趙強(中國鐵道科學研究院鐵道建筑研究所，北京　100081)

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荊州長江公鐵兩用特大橋引橋承臺施工技術

趙強
(中國鐵道科學研究院鐵道建筑研究所，北京100081)

摘要:蒙西華中鐵路荊州長江公鐵兩用特大橋是我國第一座跨越長江的重載鐵路橋梁。本文從承臺基坑支護及開挖、樁頭環(huán)切和墊層施工、鋼筋工程、模板工程、混凝土工程5個方面詳細介紹了其引橋承臺的施工技術。實踐表明:根據(jù)基坑開挖深度、土層性質(zhì)、周圍環(huán)境及地下水情況，分別采用放坡開挖、鋼板樁支護開挖的施工方案，可節(jié)約成本;對于地下水位較高的基坑，采用插打鋼板樁止水、設置截水、排水和抽水設施等措施可降低地下水位;放坡開挖時易造成基坑坍塌，采用鋼板樁支護能夠避免坍塌，降低基坑開挖難度;采取溫控監(jiān)測和布置冷卻水管相結合的手段能夠有效地控制承臺內(nèi)外溫差，避免溫度裂紋的產(chǎn)生。

關鍵詞:長江公鐵兩用特大橋承臺施工大體積混凝土施工基坑開挖

1　工程概況

荊州長江公鐵兩用特大橋位于湖北省荊州市，大橋由江陵縣向南跨越長江連通公安縣。其為我國第一座跨越長江的重載鐵路橋梁，設計軸重30 t，設計牽引質(zhì)量5 000 t，預留萬t條件。荊州長江公鐵兩用特大橋主要位于長江沖積平原，地形平坦，地勢開闊，植被茂密，多為農(nóng)田。橋址區(qū)地處長江流域，區(qū)域內(nèi)地下水系均與長江有直接或間接聯(lián)系。

江陵岸引橋設計里程DK27 + 298.918—DK28 + 313.475，全長1 014.557 m;其中N001～N012為公鐵合建段，N013～N031為鐵路分建段。引橋承臺均為矩形，共36個。其中，公鐵合建段共用承臺厚度2.5 m，橫橋向長20.2～30.2 m，順橋向寬9.2 m;合建段公路墩承臺厚度2.5 m，橫橋向長9.4 m，順橋向寬5.8 m;分建段鐵路承臺厚度2.5 m，橫橋向長12.7 m，順橋向寬8.2 m。

2　施工重點及難點

各承臺頂面基本位于原始地面以下0.5 m處，承臺基坑開挖深度3.0～4.5 m。

施工重點及難點:

1)引橋承臺高2.5 m，基坑開挖深度3.0～4.5 m不等，墩位土層主要為填土、粉砂及淤泥質(zhì)土，橋址區(qū)地下水系均與長江有直接或間接聯(lián)系，開挖時易造成基坑坍塌。

2)橋址位于長江荊江大堤范圍內(nèi)，素有萬里長江險在荊江，荊江之險重在江陵，因此在江陵段大堤兩側施工安全風險極大，且每年汛期5月～10月大堤外1 km范圍內(nèi)不允許任何動土作業(yè)，施工周期短，工期壓力大。

3)承臺體積大，混凝土用量大，水化熱升溫控制難度大，防止內(nèi)外溫差過大產(chǎn)生的有害裂紋，確保大體積混凝土質(zhì)量是本工程的又一重點和難點。

3　基坑支護及開挖

3.1基坑開挖方式

引橋承臺根據(jù)基坑開挖深度、土層性質(zhì)、周圍環(huán)境及地下水情況，分別采用放坡開挖、鋼板樁支護開挖兩種施工方式。

橋墩緊挨征地邊線的農(nóng)田和施工便道，原定江陵岸引橋承臺緊挨農(nóng)田和便道的上、下游兩側采用鋼板樁支護，但首個承臺(N029承臺，開挖深度4 m)基坑開挖時出現(xiàn)流砂現(xiàn)象導致基坑邊緣坍塌，雖立即采取了堆碼沙袋、插打型鋼加鋼板封堵流砂等措施，仍不能順利開挖到位，因而將原定的兩面鋼板樁支護調(diào)整為四面鋼板樁支護。各承臺基坑開挖方式見表1。

3.1.1鋼板樁施工

鋼板樁選用9 m拉森Ⅳ型鋼板樁，采用振動錘或機械手逐塊插打，最后合攏的方法進行。插打鋼板樁前在鎖口處涂以黃油，以便鎖口滑潤易插。為保證鋼板樁插打質(zhì)量，在地面上鋪設工字鋼作為鋼板樁插打導向裝置。插樁順序為首先插打順橋向下游側，從大里程往小里程方向，接著插打北側邊線、南側邊線，最后合攏。

表1　江陵岸引橋承臺基坑施工方式

鋼板樁可分成2次插打，即第1次將已插好的鋼板樁打下4～5 m，使其具有穩(wěn)定入土深度，第2次再打至設計標高。在插合攏口處鋼板樁時可能會出現(xiàn)兩種情況:①尺寸調(diào)正不過來，可考慮做一塊楔形(或異形)鋼板樁來調(diào)正合攏;②鋼板樁尺寸合適，但插下后兩邊鎖口阻力太大，插不到底，此種情況用倒鏈滑車輔助下拉，必要時可用振動錘復打幾次，來克服鎖口阻力［1］。

3.1.2鋼板樁圍堰布置形式和受力計算

1)鋼板樁圍堰采用材料的規(guī)格:①鋼板樁采用拉森Ⅳ型(Q295bz)，1 m寬鋼板樁抗彎模量為2 270 cm3;②圈梁采用2I32a(Q235B);③內(nèi)支撐采用2I32a(Q235B)。根據(jù)《鋼結構設計規(guī)范》［2］，結合現(xiàn)場實際情況，材料容許應力取值:①Q(mào)235B鋼材，［σ］= 170 MPa，［τ］= 100 MPa;②拉森Ⅳ型，［σ］= 295/1.2×0.75 = 184 MPa。

2)鋼板樁圍堰布置見圖1。

圖1　鋼板樁圍堰布置(單位:mm)

3)選取最不利水位，按《簡明施工計算手冊》進行鋼板樁抗傾覆穩(wěn)定計算［3］，得到嵌固穩(wěn)定安全系數(shù)1.39。根據(jù)《建筑基坑支護技術規(guī)程》(JGJ 120—2012)第4.2.2條規(guī)定［4］，單錨式支擋結構的嵌固穩(wěn)定安全系數(shù)須＞1.25，故滿足要求。進行鋼板樁強度計算:鋼板樁正應力σ= 55.5 MPa＜170 MPa，滿足要求。根據(jù)鋼板樁的支點反力可知，內(nèi)支撐處支點反力較小，故對圈梁、內(nèi)支撐的強度、剛度和穩(wěn)定性不做驗算。

3.2基坑開挖、降排水及坑頂圍護

采用鋼板樁支護的基坑直接垂直開挖，無支護的基坑需要按照1∶0.5的坡度進行放坡開挖?；娱_挖應保證樁身混凝土強度達到70%以上時才能進行［1］，開挖要對稱進行，高差不超過0.8 m，防止土質(zhì)滑陷而發(fā)生樁身位移?；娱_挖以機械施工為主，人工輔助成形。基坑底面以上30 cm部分改由人工開挖完成，以免破壞基底土壤結構［1］。開挖過程中根據(jù)地下滲水情況采取如排水溝、匯水井等排水措施。

基坑開挖前先做好地面排水，在基坑頂面四周向外設排水坡，疏通周邊的排水渠道，并在適當距離設截水溝［1］，防止雨水及其它地表水匯入坑內(nèi)，且要防止溝內(nèi)水滲入地下，以免影響坑壁穩(wěn)定。

基坑底面需滿足四周排水溝與匯水井的設置需要，每邊放寬不宜小于80 cm?？颖谶厬粲凶o道，棄土堆坡腳距坑頂邊緣的距離不宜小于基坑的深度，機械和機車的通道距坑頂邊緣不小于2.0 m［1］。垂直坑壁的基坑坑頂邊緣的護道還應適當增寬，堆置棄土的高度不得超過1.5 m。

開挖完畢進行基坑平面位置、尺寸、底標高的測量，對樁位、標高、樁的外觀質(zhì)量進行檢查驗收，基坑底面標高誤差要求在±50 mm［1］?；禹斔闹懿捎娩摴?密目網(wǎng)圍護，立桿間距3.0 m，橫桿為2層，第1層距地面0.6 m，第2層距地面1.2 m，橫桿外用密目網(wǎng)圍護，并設置警示牌。

4　樁頭環(huán)切和墊層施工

基坑開挖后即可安排人員按照測量放樣標高畫出樁周切割線，截除樁頭至設計樁頂標高，并用紅漆標識以免誤截。作業(yè)人員用砂輪切割機沿樁周環(huán)切線進行環(huán)縫切割，環(huán)切深度3～5 cm，環(huán)切時避免損傷主筋。樁頭截除前先用風鎬將樁身鋼筋剝離露出(見圖2)，然后在環(huán)切線上方一定距離切割V形槽，沿V形槽在樁周均勻鉆4～6個鋼釬孔，之后將鋼釬打入各個V形槽中，通過鋼釬的擠壓作用截斷樁頭，并將其吊離。樁頭截除后仔細沿環(huán)切線修整樁頭，使樁頭頂面基本平整，輪廓完整，避免損壞棱角。樁頭修整采用風鎬人工修整，要求樁頭全斷面為新鮮混凝土，樁頂必須清理干凈，并適當清洗。

綁扎承臺鋼筋前，核查承臺底面高程及每根基樁伸入承臺的長度，并對基坑底面進行修整。當基底為軟弱土層時，采取適當措施，防止承臺在澆筑混凝土過程中產(chǎn)生不均勻沉降?；娱_挖整平后，澆筑10 cm 厚C25混凝土墊層。墊層頂面不得高于承臺底面設計高程。

圖2　樁頭環(huán)切

5　鋼筋工程

5.1原材料的驗收及檢驗

鋼筋原材料進場后，首先檢驗進場材料的等級、規(guī)格和產(chǎn)品外觀，檢驗無誤后再檢查其出廠質(zhì)量合格證書和質(zhì)量檢驗報告單，無合格證書和質(zhì)量檢驗報告單的不予驗收。材料使用前必須按照相關規(guī)范規(guī)定對每批次原材料的力學性能進行檢驗，不合格產(chǎn)品堅決不予使用，并建立不合格產(chǎn)品臺賬。

5.2鋼筋加工及安裝

鋼筋在鋼筋車間下料、彎制成型，通過平板車運至現(xiàn)場進行安裝。首先在混凝土墊層上放線，并作好鋼筋綁扎的標示線，按底層→架立鋼筋→中層→頂面→側面→墩身預埋鋼筋的順序進行鋼筋綁扎。因承臺較大，鋼筋較多，除承臺自身拉筋外需根據(jù)實際情況增設部分架立鋼筋。承臺側面鋼筋分層點焊在框架上，固定其位置。為保證鋼筋綁扎質(zhì)量和混凝土澆筑質(zhì)量，采用架立鋼筋固定上下層鋼筋網(wǎng)片，做到上下層網(wǎng)格對齊，間距正確，綁扎、點焊牢固不松動;承臺主筋分段接頭應錯開布置，且通過墩身范圍內(nèi)的主筋接頭位置應盡量在墩身范圍內(nèi)，鋼筋接頭應滿足有關規(guī)范要求。

在進行墩身預埋鋼筋施工時，先在鋼筋定位架上準確放出墩身邊線，將墩身預埋鋼筋用型鋼支撐固定在架立鋼筋和鋼筋定位架上，當墩身預埋鋼筋與頂板面層鋼筋位置相沖突時，可適當移動面層鋼筋，保證預埋鋼筋位置準確［5］。承臺標高以上墩身預埋鋼筋預留長度按規(guī)范要求及施工方便預留;同一層鋼筋同一截面的接頭應不超過該層鋼筋數(shù)量的50%，兩接頭錯開的長度不小于35d(d為鋼筋直徑)且不得小于500 mm［6］。在鋼筋安裝過程中，若樁基錨固鋼筋與承臺鋼筋位置沖突時，適當調(diào)整樁基錨固鋼筋，若各種施工預埋件與承臺鋼筋位置沖突時，適當調(diào)整承臺鋼筋，以保證預埋構件的準確位置。

6　模板工程

承臺采用廠制大塊鋼模板，模板接頭采用螺栓連接，模板加工完成先預拼，合格后運至現(xiàn)場安裝。模板與承臺的接觸面經(jīng)過氧化皮剝離處理后才能使用，使用前表面清理干凈并涂刷專用脫模劑。立模前在墊層頂面沿承臺輪廓線測放模板標示線，然后沿標示線逐邊安裝模板，安裝時調(diào)整位置，確保每邊模板線形順直，模板拼縫緊密無錯臺，拼縫貼膠帶密封避免漏漿。模板支撐采用拉桿螺栓固定，有條件的也可根據(jù)需要與基坑鋼板樁支撐固定。

7　混凝土工程

7.1混凝土配合比及原材料要求

混凝土理論、施工配合比和攪拌工藝均由試驗確定。承臺施工前首先進行混凝土配合比選定試驗，施工所用理論配合比必須為經(jīng)報批允許使用的配合比。通過試驗合理選用低水化熱水泥及其用量，摻用適量粉煤灰和外加劑，使拌合物具有和易性好、可泵性好、初凝時間長、坍落度損失小等特性。水泥、粗骨料、細骨料等各種原材料均需經(jīng)過試驗檢驗其各項指標滿足設計和相關規(guī)范要求。

7.2混凝土澆筑

混凝土澆筑時保證供料及時，分布均勻，采用水平分層澆筑，每層厚度不超過30 cm。上下層澆筑間隔時間不宜超過45 min，以免后澆的混凝土出現(xiàn)裂縫?；炷翝仓r的自由傾落高度不得大于2 m，當大于2 m時，應采用滑槽澆筑以保證混凝土入模后的質(zhì)量。

混凝土振搗采用插入式振搗棒振搗，振搗及時、適度，保證混凝土的澆筑質(zhì)量。機械振搗時不得碰撞模板、鋼筋和預埋部件。每振點的振搗延續(xù)時間宜為20～30 s，以混凝土不再沉落，不出現(xiàn)氣泡，表面不呈現(xiàn)明顯浮漿為度［7］。

在鋼筋較密集部位，為保證混凝土的密實性，振搗間距可適當放小。不能在模板內(nèi)平拖振搗棒以免混凝土離析。承臺混凝土應在基坑無水的條件下澆筑，混凝土在終凝前不得泡水。

7.3混凝土養(yǎng)護

混凝土澆筑后，在初凝后即應覆蓋和灑水，直至規(guī)定的養(yǎng)護時間。操作時，不得使混凝土受到污染和損傷。夏季氣溫較高時施工，應對混凝土表面進行保濕養(yǎng)護，保證混凝土強度的正常增長，降低混凝土的干縮應力，防止混凝土表面裂紋的產(chǎn)生［8］。當日平均氣溫低于5℃時，應采取保溫保濕養(yǎng)護措施，且不得對混凝土灑水養(yǎng)護。采用塑料布覆蓋養(yǎng)護時，將剛澆完的混凝土表面用塑料布覆蓋嚴密。塑料布內(nèi)應有凝結水析出，并需經(jīng)常檢查［7］。

7.4大體積混凝土施工

承臺是大體積混凝土結構，由于施工期間水泥的水化反應導致其溫度發(fā)生了變化，在受到內(nèi)部和外部約束時將產(chǎn)生較大的溫度應力，容易引起混凝土開裂［9］。

承臺大體積混凝土除采取優(yōu)化配合比、埋設測溫元件掌握混凝土溫度、降低混凝土入模溫度、保溫和保濕養(yǎng)護等一系列技術措施外，還布置了冷卻水管通過循環(huán)水降溫，防止內(nèi)外溫差過大產(chǎn)生有害裂紋，確保大體積混凝土質(zhì)量。

在承臺內(nèi)部埋設冷卻水管通過冷卻水流與混凝土內(nèi)部水化熱的“熱交換”作用，帶走混凝土內(nèi)部蓄積的水化熱，降低混凝土內(nèi)部的溫升值，以控制大體積混凝土的內(nèi)外溫差。冷卻水管布置見圖3。

圖3　冷卻水管布置

根據(jù)混凝土內(nèi)部溫度分布特征，承臺內(nèi)布設不同層次和方式的冷卻水管，具體要求如下:

1)混凝土澆筑到各層冷卻水管標高后即開始通水，直至混凝土溫度穩(wěn)定后根據(jù)溫度下降速率調(diào)整通水狀態(tài)。

2)為防止上層混凝土澆筑后下層混凝土溫度變化，通水時間與流量根據(jù)測溫結果確定。

3)根據(jù)現(xiàn)場實際情況，在承臺附近高處設置蓄水箱，用水泵抽水進入蓄水箱，再通過分流閥向循環(huán)水管供水。合理選擇水泵，配備備用水泵，使冷卻水流量控制在1.2～1.5 m3/h。配備檢修人員，以保證冷卻水循環(huán)系統(tǒng)正常工作，且能夠隨時改變水流方向。每12 h改變一次水流方向，控制冷卻水與承臺混凝土溫度之間的最大溫差不超過20℃，混凝土內(nèi)部溫度不高于65℃。

4)從通水循環(huán)開始，每2 h測1次進水口和出水口水溫并記錄，承臺內(nèi)部溫度下降和穩(wěn)定階段每4 h 測1次進水口和出水口水溫并記錄。大氣溫度應同步測量，直至混凝土內(nèi)部溫度與大氣環(huán)境平均溫度之差＜20℃時為止。

同時在承臺內(nèi)布設測溫元件，用測溫儀監(jiān)測承臺混凝土內(nèi)部溫度。測溫元件布設見圖4。為準確掌握混凝土內(nèi)部溫度，在承臺中間平面布置3個測溫點:中心布置1個，縱橫向軸線1/4位置各布置1個。采用有線式溫度傳感器作為測溫元件，采用混凝土測溫儀(數(shù)據(jù)收集器)測量內(nèi)部溫度，采用普通溫度計測量大氣溫度。

圖4　測溫元件布設

根據(jù)混凝土配合比和氣溫，通過熱工計算可知，承臺芯部溫度在3 d齡期時到達峰值50.8℃?，F(xiàn)場溫度監(jiān)測和理論計算基本相符，承臺芯部溫度在3 d齡期時達到峰值41.7℃。混凝土內(nèi)部溫度達到峰值后，降溫階段最容易出現(xiàn)裂紋;此時應加強表面的保溫蓄熱養(yǎng)護，減小表面的降溫速度和溫度梯度，以達到降低內(nèi)外溫差的目的［10］。由于采取了冷卻水管循環(huán)水降溫措施，承臺芯部、表面溫度和內(nèi)外溫差均滿足規(guī)范要求。

8　結語

1)荊州長江公鐵兩用特大橋引橋承臺根據(jù)基坑開挖深度、土層性質(zhì)、周圍環(huán)境及地下水情況，分別采用放坡開挖、鋼板樁支護開挖的施工方案，節(jié)約了施工成本、優(yōu)化了資源配置，同時也加快了施工進度。

2)地下水位較高的基坑，采用插打鋼板樁止水、設置截水、排水和抽水設施等方式降低了地下水位，確保了工程施工安全。

3)引橋承臺土層主要為填土、粉砂及淤泥質(zhì)土，且橋墩緊挨征地邊線的農(nóng)田和施工便道，該區(qū)域內(nèi)地下水系均與長江有直接或間接聯(lián)系，如放坡開挖易造成基坑坍塌，采用鋼板樁支護能夠避免坍塌，降低基坑開挖難度。

4)由于承臺體積大，在混凝土澆筑后內(nèi)部水化熱一時無法散出，在混凝土強度還未達到要求時，內(nèi)外溫差過大容易產(chǎn)生裂紋。為防止承臺大體積混凝土施工時產(chǎn)生溫度裂紋，主要采取了優(yōu)化配合比、測溫監(jiān)控、布置冷卻水管通過循環(huán)水進行降溫、混凝土保溫保濕養(yǎng)護等措施。實踐證明，采取溫控監(jiān)測和布置冷卻水管相結合的手段能夠有效地控制承臺內(nèi)外溫差，避免溫度裂紋產(chǎn)生。

參考文獻

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(責任審編葛全紅)

Construction Technology of Approach Span Platform of Jingzhou Yangtze River Highway and Railway Shared Super-long Bridge

ZHAO Qiang

(Railway Engineering Research Institute，China Academy of Railway Sciences，Beijing 100081，China)

Abstract:Jingzhou Yangtze River highway and railway shared super-long bridge on M engxi－Huazhong Railway is the first heavy rail bridge across the Yangtze River.T his article introduced the platform construction technology of approach bridge from five aspects，including excavating and supporting foundation pit，cutting annularly at pile top，bedding course construction，steel reinforcement work，formwork installation and concrete work.According to the depth of excavating foundation pit，soil properties，surrounding environment and groundwater conditions，two excavation methods with slope or steel sheet piles，can be used to decrease cost.If the ground water level is relatively high around the foundation pit，the measures of inserting steel sheet pile to retain water or installing facilities of cutting，draining and pumping water can be used to lower the ground water level.Excavation with slope may cause collapse of foundation pit while steel sheet pile supporting can be useful to avoid collapse and reduce the driving difficulty.T he combination of monitoring temperature and using cooling water pipes can efficiently control the temperature difference between inside and outside of platform，avoiding temperature crack.

Key words:Yangtze River highway and railway shared super-long bridge;Platform construction;Large volume concrete construction;Excavating foundation pit

作者簡介:趙強(1981—)，男，工程師。

收稿日期:2015-12-10;修回日期:2016-01-20

文章編號:1003-1995(2016)03-0045-05

中圖分類號:U448.12

文獻標識碼:A

DOI:10.3969/j.issn.1003-1995.2016.03.11