陳敏

摘 要：武漢二七長(zhǎng)江大橋基礎(chǔ)采用雙壁鋼吊箱圍堰法施工，為提高承臺(tái)整體性能，消除承臺(tái)混凝土因分次澆筑而產(chǎn)生的施工縫，通過(guò)對(duì)優(yōu)化施工方案，改變?cè)桨竷纱螡仓橐淮涡詽仓?。本文將從技術(shù)方案優(yōu)化以及實(shí)際施工控制較全面地介紹了承臺(tái)大體積混凝土一次性澆筑施工技術(shù)。

1 工程概況

二七長(zhǎng)江大橋主橋?yàn)槿p索面結(jié)合梁斜拉橋。其橋式布置為（90m+160m+2×616m+160m+90m）。4#墩為斜拉橋的中主塔墩，位于長(zhǎng)江主航道中，其基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)為18根φ3.4m鉆孔灌注樁，承臺(tái)截面為矩形，順橋向尺寸30.75m，橫橋向尺寸52.50m，其四個(gè)角上設(shè)置半徑R=4.5m圓弧，承臺(tái)頂標(biāo)高+10.5m，底標(biāo)高+4.50m。

根據(jù)對(duì)承臺(tái)施工過(guò)程中各種工況的計(jì)算，擬定的圍堰底隔艙與封底倉(cāng)的封底砼厚度為4.5m，圍堰雙壁倉(cāng)封底厚度10.5m，封底砼強(qiáng)度為C25。4#墩承臺(tái)技術(shù)參數(shù)見(jiàn)表1。

表1：承臺(tái)技術(shù)參數(shù)表

部位 規(guī)格 單位 總量 備注

圍堰封底 C25砼 m3 10895

承臺(tái) 鋼筋 t 1072

C30砼 m3 9582

2 水文

根據(jù)1865～2004年觀(guān)測(cè)資料統(tǒng)計(jì)，漢口水文站歷年最高水位29.73m（1954年8月18日，吳凇凍結(jié)基面，下同），最低水位10.08m（1865年2月4日），多年平均水位19.00m。漢口水文站逐月平均水位統(tǒng)計(jì)見(jiàn)表2。

表2：漢口水文站逐月平均水位統(tǒng)計(jì)表

月份 1月 2月 3月 4月 5月 6月 7月 8月 9月 10月 11月 12月

水位 13.76 13.86 15.34 17.35 20.11 21.76 23.96 23.75 23.24 21.66 18.9 15.51

3 承臺(tái)砼一次性澆筑結(jié)構(gòu)計(jì)算

圖1 各孔位受力范圍示意圖

3.1 驗(yàn)算說(shuō)明

圍堰封底有效作用厚度h1=4.0m，封底砼總厚度h2=4.5m，封底砼與護(hù)筒之間握裹力取值15t/m2，承臺(tái)施工時(shí)水位按照+13.5m標(biāo)高進(jìn)行計(jì)算。承臺(tái)澆筑時(shí)，首先是圍堰封底砼受力承擔(dān)承臺(tái)砼2m荷載，待澆筑到一定時(shí)間后，承臺(tái)底部2m厚新澆筑已凝固的砼已經(jīng)擁有一定強(qiáng)度，將承擔(dān)承臺(tái)砼荷載。

3.2 圍堰封底砼所能承受的荷載

為了簡(jiǎn)化計(jì)算，將圍堰及承臺(tái)面積按照相鄰兩根樁基的中心線(xiàn)均分至每根鉆孔樁。

承臺(tái)澆筑時(shí)，主要荷載有：圍堰雙壁倉(cāng)荷載、圍堰內(nèi)支架荷載、圍堰封底砼荷載、圍堰底板及龍骨荷載、圍堰浮力、封底砼握裹力及承臺(tái)砼荷載。

其中圍堰雙壁倉(cāng)及內(nèi)支架荷載作用在14根邊樁，其余荷載按照各樁作用面積進(jìn)行均分。

根據(jù)樁基及圍堰設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)形式，其中1#、6#、13#、18#樁基受力情況一樣，2#、3#、4#、5#、14#、15#、16#、17#樁基受力情況一樣，7#、12#樁基受力情況一樣，8#、9#、10#、11#樁基受力情況一樣。具體受力面積劃分見(jiàn)下圖1。

各樁能承受的極限承臺(tái)砼荷載厚度見(jiàn)下表

封底砼能承受承臺(tái)砼厚度計(jì)算表

樁號(hào) 封底砼重量G1（t） 雙壁倉(cāng)總重量G2（t） 浮力F1（t） 護(hù)桶握裹力F2（t） 圍堰底板及龍骨 承臺(tái)砼厚度

1# 824.79 564.60 1548.17 723.45 44.9 4.0

2# 801.09 249.34 1232.4 723.45 35.7 4.3

7# 903.55 311.68 1417.65 723.45 41.1 3.9

8# 875.61 1099.8 723.45 31.9 4.1

附筑：封底砼厚度按照4.5m、容重2.3t/m3計(jì)，握裹力有效厚度按照4.0m計(jì)、承臺(tái)砼按照2.6t/m3計(jì)。

取上表計(jì)算所得的最小值，封底砼能承受承臺(tái)砼厚度H=3.9m。

3.3 承臺(tái)底部新澆筑已凝固的砼受力

①、驗(yàn)算說(shuō)明

承臺(tái)砼方量約為10000立方米，根據(jù)現(xiàn)有水上砼工廠(chǎng)生產(chǎn)能力80m3/h，澆筑時(shí)間總共需要125小時(shí)，其中澆筑底部2m高度需要約42小時(shí)，澆筑頂部4m高度需要約83小時(shí)，即待到承臺(tái)全部完成澆筑時(shí)，底部2m高度混凝土已有83小時(shí)（約3.5天）強(qiáng)度。承臺(tái)混凝土設(shè)計(jì)標(biāo)號(hào)為C30，根據(jù)試驗(yàn)配合比試拌試驗(yàn)，砼2天強(qiáng)度約為15Mpa，若控制砼工廠(chǎng)產(chǎn)量，將上部4m砼澆筑時(shí)間延長(zhǎng)至96小時(shí)，則承臺(tái)底部2m高度砼強(qiáng)度將遠(yuǎn)大于C15，在驗(yàn)算時(shí)將承臺(tái)底部高度2.0m砼按照C15級(jí)砼強(qiáng)度進(jìn)行計(jì)算。

②、驗(yàn)算設(shè)定

承臺(tái)底部厚2.0m砼已經(jīng)凝固，且已有C15級(jí)砼強(qiáng)度，其承臺(tái)底部2m厚砼荷載由封底砼承擔(dān)，頂部4m厚砼荷載由底部2m厚砼承受。

承臺(tái)底部砼受力工況為鋼筋混凝土板，底部施加18點(diǎn)支撐的受力結(jié)構(gòu)，為了簡(jiǎn)化計(jì)算過(guò)程，按照偏于安全考慮，將其按照縱橋向劃分單元為寬度8.7m、跨度10.875m、厚度2.0m的簡(jiǎn)支梁受力結(jié)構(gòu)，具體結(jié)構(gòu)受力形式見(jiàn)下圖

混凝土梁計(jì)算簡(jiǎn)圖及梁斷面圖

③、驗(yàn)算過(guò)程

查資料得：C15砼fc=7.2MPa，ξb=0.55，fy=300 Mpa，α=1.0

a、正截面驗(yàn)算

4.0m高承臺(tái)砼荷載：q=2.5*4.0*8.7=87.0t/m；

M=0.125*ql2=0.125*87.0*10.8752=1286.1t.m

混凝土梁配筋為φ28mm鋼筋兩根一束，間距150mm布置，共布置3層，則鋼筋面積為：

As =As=3*2*615.8*8700/150=214298.4mm2

混凝土梁結(jié)構(gòu)尺寸為8.7*2.0m，其截面面積為：

A=8700*2000=17400000

則配筋率為：

ρ= As/A=214298.4/17400000=1.23%>ρmin=0.2%

不會(huì)發(fā)生少筋破壞

受壓區(qū)有效高度

>ξb

ξ取值ξ=ξb=0.55

則混凝土梁允許承受荷載：

Mu=

Mu> M

因此，該結(jié)構(gòu)安全。

b、斜截面驗(yàn)算

查資料得：C15砼ft=0.91Mpa

混凝土梁有效高度h0=1500mm，則

混凝土梁斜截面允許承受荷載：

Vc=0.7βhftbh0=0.7*0.854*0.91*8700*1500=733.3t

此混凝土梁實(shí)際所受剪力：

V=1/2*ql=1/2*87.0*10.875=473.1t

Vc> V

因此，該結(jié)構(gòu)安全。

4 承臺(tái)砼一次性澆筑施工過(guò)程控制

4.1 確保結(jié)構(gòu)安全的措施

根據(jù)砼試拌的結(jié)果，承臺(tái)砼2天強(qiáng)度可達(dá)C15。我部將嚴(yán)格控制承臺(tái)澆筑速度，確保承臺(tái)澆筑完時(shí)，底部2米砼至少有4天強(qiáng)度，以保證絕對(duì)安全。

4.2 澆筑分層厚度及澆筑時(shí)間控制

承臺(tái)砼第一層澆筑厚度為50cm，以保證底部3層主筋完全覆蓋，砼量850 m3，預(yù)計(jì)澆筑時(shí)間為12小時(shí)，此后每層澆筑厚度為30cm，因此承臺(tái)底層2m砼澆筑共分為6層，砼方量為3300m3，需42h左右。上部4米澆筑方量為6700 m3，控制砼澆筑速度為70m3/h，需96h左右，砼澆筑分層厚度仍為30cm。按照這種澆筑進(jìn)度，至承臺(tái)砼澆筑完成時(shí)底層2m，砼將有4天強(qiáng)度，可確保結(jié)構(gòu)的絕對(duì)安全。另外，在砼澆筑過(guò)程中制作同條件養(yǎng)護(hù)試件，對(duì)砼的實(shí)際強(qiáng)度進(jìn)行跟蹤監(jiān)控。

⑶解決混凝土初凝時(shí)間的變化：采用兩種方法解決砼初凝時(shí)間縮短的問(wèn)題。一種是通水降溫法，即在砼覆蓋冷卻管后，立即通過(guò)循環(huán)冷卻水降溫，帶出水化熱，降低砼的內(nèi)部溫度，以延緩后澆砼初凝時(shí)間。另一種方法為調(diào)整外加劑摻量：砼澆筑前，由試驗(yàn)室模擬在不同溫度條件下砼的初凝情況，根據(jù)模擬情況適時(shí)調(diào)整外加劑的摻量，推遲凝結(jié)時(shí)間，以滿(mǎn)足施工需要。

5 承臺(tái)大體積砼溫度控制

5.1 冷卻水管布置

承臺(tái)一次澆筑，砼厚度較厚，為了保證混凝土施工質(zhì)量，需加強(qiáng)砼溫控措施。在承臺(tái)范圍內(nèi)布置5層冷卻水管，冷卻水管布置詳見(jiàn)下圖。

5.2 冷卻水管通水

某一區(qū)域內(nèi)的冷卻水管被澆筑砼完全覆蓋并振搗完畢后，即可在該區(qū)域的冷卻水管中通水，對(duì)砼進(jìn)行降溫。

冷卻水的流量應(yīng)使進(jìn)、出口水的溫差不大于6°C，可控制在1.2～1.5m3/h。

5.3 砼溫度監(jiān)控

測(cè)溫時(shí)間：砼覆蓋某測(cè)溫點(diǎn)后該點(diǎn)即開(kāi)始測(cè)溫，直至砼內(nèi)部溫度與大氣環(huán)境平均溫度之差小于20°C時(shí)止。

測(cè)溫頻率：在溫度上升階段每2小時(shí)測(cè)一次，溫度下降階段每4小時(shí)測(cè)一次，溫度穩(wěn)定階段每4小時(shí)測(cè)一次；大氣溫度應(yīng)同時(shí)測(cè)量。

砼通水養(yǎng)護(hù)時(shí)間以砼內(nèi)部溫度與大氣環(huán)境平均溫度之差低于20℃為標(biāo)準(zhǔn)，一般砼養(yǎng)護(hù)時(shí)間21天。

6 結(jié)束語(yǔ)

武漢二七長(zhǎng)江大橋承臺(tái)混凝土澆筑施工通過(guò)對(duì)施工方案的優(yōu)化，消除了施工接縫，提高了承臺(tái)結(jié)構(gòu)的整體性能，加快了施工進(jìn)度，取得了預(yù)期的效果。