飞云江三桥主墩承台施工 3页

飞云江三桥主墩承台施工熊伟峰杨峰（江西交通工程咨询监理中心南昌330009）摘要：飞云江三桥主桥墩承台为特大体积混凝土承台，位处飞云江出海口，采用钢吊箱围堰进行设计施工，即保证了工程质量，又加快了施工进度。关键词：桥梁工程；飞云江三桥；主墩承台；钢吊箱；设计；施工280前言特大体积承台水下混凝土施工，不仅要保证承台的水下施工质量，同时也要解决聚集的水化热在混凝土内外散热不均匀以及受到内外约束的情况时的温度控制。温州瑞安飞云江三桥主墩承台钢吊箱围堰施工就是一个典型示例。1工程概况1．1工程概况瑞安飞云江三桥主桥为240m＋170m＋60m三跨一联独塔双索面预应力混凝土边箱梁斜拉桥，全长2956m，桥宽33m（双向六车道），主塔由36根ф2.5m的钻孔桩组成的群桩基础，设计桩长109m，主墩承台为圆柱型，承台顶面标高为+4.35m，厚5.0m，直径44m，体积之大在工程开工之际为国内第一。1．2水文地质飞云江三桥位于出海口5km处，桥址区为强感潮河段，受潮汐影响大，河口潮差大、潮流作用强，一天内潮汐两涨两落，属不规则半月潮。瑞安站平均年最高水位4.43m，最低水位-2.809m，平均潮差5m左右，为半日潮，每天2次潮涨潮落，年内潮差变幅不大。根据在桥位区实际观测的数据最高潮位约+2.6m，最低潮位约-2.8m。桥位区地质情况如下：自地表往下分为淤泥、淤泥亚粘土全新统海相沉积地层和圆砾、亚粘土上更新统陆相冲积相地层和海相沉积地层两个工程地质层，可进一步细分为六个地质亚层，分别为：Ⅰ1淤泥（Q4m）、Ⅰ2淤泥质亚粘土及亚粘土（Q4m），Ⅱ1圆砾（Q3al）、Ⅱ2亚粘土（Q4m）、Ⅱ3圆砾（Q3al）、Ⅱ4亚粘土（Q3mc）。2承台施工方案比选按以上潮汐资料可知，在涨潮阶段主墩承台基本位于水面以下，根据主墩承台结构尺寸及具体施工条件的综合分析，拟采用钢吊箱围堰施工。2.1方案一：不封底套箱施工方案不封底套箱施工方案主要思路是：利用最低潮位承台底标高露出水面的条件，在护筒上焊接主梁，然后焊接次梁、背楞及面板（中间区域面板暂不焊以消除反水压力），最后拼装壁板，焊接中间区域面板。2.2方案二：有底套箱施工方案主要思路是：封底厚度3.0m，封底混凝土底标高-3.65m，顶标高为-0.65m。其施工步骤如下：焊接钢牛腿→底板拼装→悬套系统安装→首节钢套箱下沉→次节钢套箱下沉→钢套箱下沉就位→潜水员堵漏→浇注封底混凝土。不封底套箱方案，施工过程中主要存在的困难有两点：1、标高-1.5m以下水位保持时间，仅约4h-5h；2、套箱底板焊接量偏大，质量要求高，并且存在底板被浮力反压穿的情形。而方案二比方案的施工难度较小，安全性较高。具体比较如表1所示。表1不封底与封底套箱方案施工方案比选内容不封底套箱方案封底套箱方案施工难度施工安全施工受潮水影响，施工难度较大，对焊缝要求高。常规施工方案，施工难度较小，施工受潮水影响较小。方案实施后将来对结构物的影响（1）桩基氧化作用和盐化作用侵蚀作用较大，会使桩基钢筋腐蚀速度加快，对桥的使用寿命产生影响；（2）桩基暴露在水面以上不利美观；（3）增加了漂流物撞击的几率和强度，同时由于承台下36根桩未形成一个整体，漂流物或船舶撞击时有可能撞向单根桩，基础抗冲击大大减弱。（1）增强了基础的抗撞性，由于3m高封底混凝土的存在，漂流物或船舶撞击时不可能再撞向单根桩，整个撞击面为3m高的封底混凝土、5m高的承台以及36根桩基础组成的强大的整体；（2）桩基础不会暴露在水面以上，有利于美观；（3）桩基础不会暴露在水面以上，有利于桩基钢筋的防腐蚀。通过施工难度、施工安全以及施工后对结构物的影响等各方面的比较可看出，不封底套箱方案施工难度稍大，对结构物的影响非常不利，而封底钢吊箱围堰方案施工难度稍小，施工安全度较高，实施后有利于结构物防腐、美观、有利于结构物防撞。3钢吊箱的实施28 在主塔桩基施工完毕后，以桩基为依托，拼装钢吊箱，并下沉到设计位置，水下混凝土封底，在封底混凝土达到强度后，吊箱内抽水，封底整平，干浇混凝土。3．1钢吊箱初步结构拟定用钢吊箱围堰是为承台施工而设计的临时阻水结构，其作用是通过钢吊箱围堰侧板和底板上的封底混凝土围水，为承台施工提供无水的干处施工环境；本方案拟定的钢吊箱初步设计尺寸为：承台轮廓尺寸+吊箱壁厚，本钢吊箱围堰外径47m，内径44m，壁厚1.5m，吊箱底板底标高-4.15m，吊箱顶标高+7.0m。底篮和吊装平台利用型钢及钢护筒周边的牛腿，采用“底包侧”方案；吊箱侧壁由面板、竖向背肋、水平环向桁片、竖向钢肋、防浪板、内支撑组成，竖向钢肋、水平环向桁片和内支撑是钢吊箱的主要承重部位，基本构造如图1所示。图1钢吊箱基本构造3．2钢吊箱初步设计验算根据钢吊箱围堰施工作业时段，钢吊箱施工验算可分为以下几个工况：1、拼装下沉过程；2、封底混凝土施工过程；3、钢吊箱抽水阶段；4、浇注承台混凝土阶段。按以上4种工况，利用SAP2000有限元分析软件对钢吊箱侧壁、底板进行分析验算，根据计算结果进一步优化钢吊箱设计。3．3钢吊箱加工主桥墩承台施工钢吊箱围堰结构尺寸大、自重大，目前在同类型钢吊箱围堰中位居国内之最。受加工、运输和现场环境制约，钢吊箱在附近船厂加工，施工环节多、施工难度高，在完善结构设计、工艺设计的同时，对钢吊箱的加工采用了灵活多变的制造方法，共分三节加工，每节按环形等分为20块，每块重约20t，如图2所示。3．4钢吊箱组拼、悬吊在钢护筒上设置临时牛腿，然后在钢牛腿上拼装吊箱底篮，根据复测的桩位计算出承台底板中心位置，按其投影放出比桩径大10cm的圆孔，然后将图2钢吊箱加工吊箱底板割出孔洞，并在桩孔位置处安装密封板。利用底篮作为平台，在平台上拼装吊箱侧板。为确保侧板拼装位置准确，在吊箱四周设置8根辅助钢管桩，利用辅助钢管桩的导向作用来对侧板位置进行导向、纠偏。利用50t浮吊起吊钢吊箱到拼装平台上，按照分块线安装各分块钢吊箱，并将相邻两块钢吊箱临时固接。焊接各分块之间的竖向、底板与钢吊箱之间的竖向接缝，每条接缝均采用双面焊缝。完成首节钢吊箱安装后，将吊箱受力体系由牛腿转换到悬吊系统，拆除临时牛腿，下沉首节钢吊箱，再以首节钢吊箱为平台，分块拼装次节钢吊箱。悬吊系统（吊具）安装顺序：吊座→吊杆→上承重梁→底座→临时锚固螺栓→落梁→锚固。3．5钢吊箱下沉下沉顺序：首节下沉→次节组拼固接→二次下沉到位。护筒围板安装：吊箱下沉到位，潜水工水下螺接钢围板，堵塞护筒与围板间隙，减少封底混凝土外泄。吊杆受力调整：逐个检查吊点受力情况，使其基本均匀受力，排除不均匀受力隐患。3．6吊箱封底混凝土施工封底混凝土为3m厚的水下不离析混凝土，一次性整体浇注，封底混凝土的作用一是作平衡重的主体；二是防水渗漏，实现承台的干浇；三是抵抗水浮力在吊箱底部形成的弯曲应力；四是作为承台的承重底模。钢吊箱经测量核实下沉到位后，随即进行堵缝和封底混凝土浇注平台搭设工作。为确保封底混凝土的浇注成功，采用中心集料斗、刚性导管法进行浇注，根据水下混凝土的流动性，综合考虑护筒对其影响，采用泵送混凝土法多点快速灌注，拟布置24根导管，通过计算混凝土的流动半径，确定首盘混凝土及中心集料斗的体积，按水下混凝土浇注方式进行浇注。为确保封底混凝土浇注质量，采取以下主要措施：1、在吊箱底板与护筒的空隙间设置堵漏封板；2、堵塞完成后，对底板进行潜水工水下冲淤；3、封底前打开钢吊箱内外连通器，使整个封底混凝土浇注过程中，内外水头一致；4、使用水下不离析混凝土。28 封底完毕3天后，抽干钢吊箱内积水后，发现混凝土表面比较平整无渗漏现象，效果很好。4主桥墩基础承台混凝土浇筑主桥墩基础承台混凝土标号为C40，总方量7602.7m3，为防止大体积混凝土在水化过程中结构内部产生过高的水化热温度，使结构产生裂缝，承台混凝土浇筑采取了一系列措施。4．1主墩承台施工温度控制措施4.1.1采用分次分层法分次浇筑厚度为2.0m、3.0m，分层厚度不超过30cm，混凝土浇筑顺序由上游至下游再由下游向上游往复循环浇筑。4.1.2在承台浇筑体内水平布置三层冷却管采用外径40mm、壁厚2.5mm的钢管，每层冷却管有一个进水口，两个出水口。梳型冷却管接头采用螺旋式套筒连接，其平面分布间距为1m，均采用U型定位筋卡焊，其位置控制采用定位架方式，冷却管安装随钢筋安装逐层同步进行。安装完毕后，做密水检查，保证注水时管道畅通，浇筑开始时因地制宜地利用江水进行循环降温；混凝土养生完成后，冷却管内压入30号水泥砂浆。4.1.3通过试配利用“双掺”技术采用低水化热的矿渣水泥，同时掺加粉煤灰和高效外加剂，一者确保在浇注上层混凝土时下层混凝土不至于初凝和延缓混凝土内部温度峰值出现，另者降低水灰比，减少了水泥用量，使得混凝土的水化热降低；细集料选用级配良好的中砂，砂率控制在40%左右；混凝土拌和用水采用添加冰块控制水温方式降低混凝土的温度回升率。4.1.4在混凝土内部埋设温度计对温度进行跟踪测试，以根据温度情况采取相应措施降低混凝土内外温差。4．2施工期温度观测与初步分析温度观测仪器布置在主墩承台上游1/2范围内，在混凝土浇筑过程及浇筑完成后，通过设置的温测仪器，观测温度统计如表2所示。在承台浇筑第一层混凝土三天后，发现混凝土表面出现了不同程度的温度裂纹，缝宽0.5mm左右，表2温度观测结果承台部位水泥标号及品牌水泥用量（kg/m3）入仓温度（℃）最高温度（℃）水化热温升（℃）到最高温升的时间（h）最高内外温差（℃）第一层42.5级海螺3781050405030第二层42.5级海螺37811554412025长度15cm-50cm；在承台浇筑第二层混凝土后，表面没有出现任何裂纹，侧模拆除后混凝土表面也没有发现任何裂纹，且外观质量良好。根据温度测试结果及外观检查，初步分析如下：1、承台第一层表面出现裂纹，主要由于其下部刚性基础约束太强，承台在设计上，底部布置了多层钢筋网，四周也布置了二层钢筋；另外由于为第二层浇筑做准备，表面养生没有加草袋覆盖，同时内外温差相对也较大，故此导致表面出现裂纹；2、承台第二层表面没有裂纹，其受基础约束比第一层小，而且第二层表面有多层钢筋网，对防止裂纹出现有一定作用；另外，在混凝土抹面后，当人踩在上面无明显脚印时，随即用塑料薄膜覆盖严实，不使透风漏气、水分蒸发散失并带走热量，且在薄膜上盖两层草包保湿保温养护，以减少混凝土表面的热扩散，延长散热时间，减少混凝土内外温差，有效防止了承台表面产生裂纹。5结语1、大体积承台水平分层浇筑可增加散热面，延长浇筑和散热时间，使混凝土水化热量最高升值能得以减少，但分层浇筑施工的浇筑间隔不宜过长；2、混凝土施工温度控制措施的选择确定，不仅与温差控制标准、结构形式和环境条件密切相关，同时还涉及到组成混凝土的原材料性能及混凝土配合比优化、施工时间安排等；3、飞云江三桥主墩承台采用钢吊箱围堰施工，速度较快，成本较小，并能使承台混凝土浇筑完全处于干浇状态，确保了工程质量。参考文献：[1]JTJ021-89，公路桥涵设计通用规范[s].[2]JTJ041—2000，公路桥涵施工技术规范[s].28