桥梁建设中的大体积混凝土承台支架悬空施工技术研究

郭皓

（中建路桥集团有限公司，河北 石家庄 050000）

1 工程概况

某桥梁左线跨径组合为30m+30m+30m+30m+90m+170m+90m+30m×10，总长约780.7m，右线跨径组合为 30m+30m+30m+30m+30m+90m+170m+90m+30m×9，总长与左线相同。桥面的单幅宽度为12.25m，上部结构采用连续刚构箱梁，为三向预应力混凝土结构，下部结构为双肢薄壁墩，截面为矩形，所有主墩的墩高均超过83m，最高可以达到94m，基础为钻孔灌注桩基础，桩径2.8m。该桥梁单个承台的总浇筑数量可以达到1 280m3，属于典型的大体积混凝土，主墩承台共有4 个，其中3 个局部悬空。由于桥梁所在位置的地势相对险峻，没有可实现直接通行的条件，因此施工所需材料及设备都需要从临时便道运输。悬空承台施工是该桥梁建设的重要环节，同时也是施工难度和风险均较大的环节，因此必须引起相关人员的高度重视，需通过严格的比选确定适宜的施工方法。

2 方案比选

桥梁悬空承台施工的常用方法为通过片石补填及混凝土浇筑提供持力点，在条件允许的情况下也可借助钢管支架提供持力点。该桥梁悬空承台的位置为悬崖峭壁的边缘处，如果采用以上方法进行施工，不仅工程量大，难度也极高，不具备搭设人工操作平台的条件，安全形势十分严峻。对此，通过现场实地考察，决定采用以下施工方法：先在桩身中埋设牛腿，然后采用型钢设置支架，该施工方法可省去操作平台，能为施工安全提供良好的保障，并减少混凝土及片石施工方面的成本。在模板加固时使用的槽钢，在承台施工结束后可直接用于对墩身模板进行加固，在箱梁挂篮施工中通过适当的修改也可用于加固箱梁模板，使材料得到最大限度地利用，大幅降低了施工成本[1]。

3 施工技术

3.1 基坑开挖

在桥梁桩基施工完成且经检测确认合格后，根据现场测放结果开挖承台基坑，并按照设计要求做好桩头处理。考虑到承台基坑面积相对较大，且在开挖施工时基坑底部必然不平整，应先浇筑一层厚度在3～15cm 范围内的混凝土，将其作为垫层，所用混凝土的强度等级应达到C20 级以上，垫层的厚度以达到标高要求为准确定和控制。另外，在承台处悬空部位还应利用钢板或者是竹胶板作为底部模板，完成底部模板设置后，其标高应和承台底部的设计标高达到完全一致[2]。

3.2 支架设计与验算

在临空面外侧与两个桩身的之间进行挡墙砌筑，并在墙内填筑废渣，然后浇筑一层15cm 厚混凝土，将其作为底模，为后续施工做准备。在临空面外侧的桩身上埋设牛腿，桩身内部牛腿需选用40b 工字钢，共埋设3 根，与桥梁中心线相靠近的内侧将2 根牛腿并到一起。将工字钢埋设好后，在其后面利用钢筋进行锚固处理，锚固钢筋的长度不能小于其直径的35倍。具体的埋设高度按照与桩身顶部设计标高相距1m 的要求控制，埋深需达到1.8m，埋设完成后还应有0.6m 的外露。横梁选用63a 工字钢，将2 根并到一起。横梁的上部设置20 槽钢，将其作为纵向分配梁，每道分配梁由2根槽钢合并而成，间隔距离按40cm控制，槽钢应进入到挡墙内至少1m[3]。63a 工字钢和20槽钢之间通过点焊相连，为63a工字钢提供横向约束，避免63a 工字钢沿水平方向产生弯曲导致支架发生倾覆。完成以上步骤后，选用方木设置横向分配梁，按照30cm 的间隔距离设置，并在顶部铺设一层厚度为1cm 的竹胶板，将其作为底部模板。承台的混凝土浇筑需分为两次进行，每次浇筑2m，在支架验算过程中，混凝土的实际浇筑高度需为2m，这是由于第二次浇筑过程中，前一次浇筑完成的混凝土还无法承受承台自重。

荷载计算过程中，荷载取值为：混凝土荷载确定为25kN/m3；施工荷载确定为2kN/m3；混凝土浇筑时的冲击荷载确定为2kN/m3；混凝土振捣过程中的荷载确定为2kN/m3；槽钢、模板与方木的重量确定为2kN/m3。从槽钢的受力计算结果可看出，其最大弯矩为6.26kN·m，当截面模量取178m3，经计算可得最大弯拉应力为17.6MPa，这一数值小于最大容许值（145MPa），可以达到要求。根据槽钢计算模式，其最大剪力产生于支座，数值为16.64kN。若单根槽钢腹板面积取28.23cm2，则经计算可得腹板中剪应力为2.9MPa，这一数值小于最大容许值（85MPa），可以达到要求。

对于63a 工字钢，若忽略槽钢受力，且悬空处宽度为1.1m 的部分均由该工字钢承担，则荷载共计63.8kN/m，具体包括混凝土与模板自重、施工荷载及混凝土浇筑与振捣时的荷载。工字钢的最大弯矩等于443.38kN·m，据此经计算可得其最大正应力为74.4MPa，这一数值小于最大容许值（145MPa），可以达到要求。工字钢的最大剪力为306.3kN，据此计算可得其最大剪应力为21.7MPa，这一数值小于最大容许值（85MPa），可以达到要求。

从上述计算结果可以看出，支点受到的支撑力属于拉力，这与实际情况并不相符，可假设桩身内部的预埋件，其受到的最大支撑力为横梁受到的总荷载的一半，数值为510.4kN。牛腿的最大弯矩为306.2kN·m，据此经计算可得其最大弯拉应力为134.4MPa，这一数值小于最大容许值（145MPa），故可以达到要求。经计算可得牛腿的最大剪应力为31.3MPa，这一数值也小于最大容许值（85MPa），故可以达到要求。桩身内部工字钢通过钢筋锚固，若其所有拉力均由后锚钢筋来承担，则经计算可得后锚钢筋受到的拉力等于170.1kN，由于后锚固点设有螺纹钢筋，故钢筋拉应力为46.05MPa， 这一数值小于最大容许值（145MPa），可达到要求。前支点钢筋受到的压应力为680.5kN，以螺纹钢筋作为承压钢筋，其压应力为141.1MPa，这一数值也小于最大容许值（145MPa），同样可达到要求。

3.3 混凝土浇筑

选择质量合格且性能满足要求的原材料，并对混凝土的配合比予以优化。其中，粗骨料以有良好级配的碎石为主，其针片状颗粒的实际含量不能超过15%，同时含泥量不能超过1%；细集料以质量合格的中粗砂为主，其石粉含量不能超过3%。在配合比设计过程中，还可掺入一定量的外掺剂，如粉煤灰与减水剂等，用于减小水灰比，即缩减水泥的用量，以免产生太高的水化热，这对大体积混凝土而言是十分重要的[4]。最终将混凝土的配合比确定如下：水∶水泥∶砂∶碎石∶外加剂∶粉煤灰=0.507∶1∶2.25∶2.97∶0.01∶0.20。

为防止浇筑时出现冷缝，开工前应做好施工组织，确保混凝土拌制、运输及浇筑振捣之间达到充分协调，以加快浇筑速度，并保证浇筑施工的连续性，防止中途停顿。

在混凝土中设置冷却管，然后通过水循环降温，能起到降低混凝土内外温度差的作用。冷却管采用内径为40mm 的薄壁钢管，其壁厚不能超过2.5mm。承台时，冷却管沿水平方向布置，相邻两层水管之间的距离按1m 控制，设置层数不能少于3 层[5]。冷却水的进水管口需设置在承台其中一侧的中心线上，而出水管口需设置在承台另外一侧的边沿处，在每层水管处都要设置进出水口。冷却管的布置必须严格按照设计要求进行。将冷却管布置完成，开始水循环时，从浇筑开始到完毕整个过程应连续注水，且进出水口温度差不能超过6℃。通过在蓄水池中使用温度仪来测定水源温度能否达到要求，若水温很高，应通过添加冰块的方式降温。另外，在冷却管的出水口处也应设置一个温度仪，用于随时对水温进行测定和对比，若实测水温数值超过规定范围，则应适当增加通水数量。为实现对通水数量的精准控制，需在冷却管的进水口处设置调节阀。

为避免承台2 次浇筑过程中之前浇筑的部分由于悬空处的支架产生不均匀沉降导致被拉裂，需在悬空的交接部位于首次浇筑完成的混凝土顶部下方10m 增设负弯矩钢筋，按15cm 的间隔距离布置，单根负弯矩筋的长度为3m，沿承台横向将整个承台布满。

为防止混凝土产生温度与干缩裂缝，需在浇筑结束后立即覆盖一层麻草袋，并进行保湿养护，减缓温度降低的速度，防止混凝土内外部产生过大的温差。在此基础上，还应借助温度传感器实施全程测温，根据测温结果对保温养护措施进行适当的调整，确保混凝土的内外部温差始终不超过25℃。

4 结语

综上所述，悬空承台对支架及相关施工技术都有较高要求。目前，该桥梁悬空承台施工已经顺利完成，不仅过程顺利，而且质量合格、安全稳定，表明以上搭设支架作为承台持力点的施工方法合理可行，可供此类桥梁工程参考借鉴。