楊登峰 李鴻強(qiáng)

（新疆興亞工程建設(shè)有限公司，昌吉 831100）

1 引言

高速公路橋梁大規(guī)模建設(shè)的大背景下， 部分橋墩的水中施工環(huán)境逐步趨于復(fù)雜化，不利于橋梁施工作業(yè)，且水中承臺(tái)施工是全橋的關(guān)鍵環(huán)節(jié)， 甚至在很大程度上決定工程質(zhì)量[1-2]。 承臺(tái)的施工有多種方法，例如，水中低樁承臺(tái)的施工方法有：筑島法、鋼板樁圍堰法、鋼吊箱法。根據(jù)不同的施工場(chǎng)景，靈活運(yùn)用不同的施工方法，例如鋼吊箱法一般用于建設(shè)水中高樁承臺(tái)[3-4]。 本文以某大橋T 梁+水中承臺(tái)的結(jié)構(gòu)為工程背景， 首先對(duì)大橋水中承臺(tái)的施工工藝進(jìn)行了總結(jié)分析，然后運(yùn)用ANSYS 建立了有限元模型對(duì)承臺(tái)各構(gòu)件進(jìn)行了模擬計(jì)算， 驗(yàn)證了3 種工況下各構(gòu)件的偏移量，給實(shí)際工程施工提供參考。

2 工程概況

某大橋采取了T 梁結(jié)構(gòu)+水中承臺(tái)的結(jié)構(gòu)：上部分為先簡(jiǎn)支梁后連續(xù)T 梁與連續(xù)梁搭配使用的組合， 兩端分別鋪設(shè)的梁?jiǎn)胃鶠?0 m，左端使用了6 根，中間為現(xiàn)澆變截面混凝土的連續(xù)梁，右端使用5 根。才橋身下方的主墩已經(jīng)漫入水中， 其承臺(tái)在垂直橋面尺寸方向的長度為11 m，在平行橋面尺寸方面長度為9 m，高3.5 m。下方配置鉆孔柱，每邊各配置4 根，柱身直徑為2 m。 施工現(xiàn)場(chǎng)建設(shè)大型作業(yè)平臺(tái)的可能性較小， 為了充分利用現(xiàn)有的施工作業(yè)平臺(tái)， 施工方選擇采用鋼板樁圍堰法進(jìn)行主墩水中承臺(tái)的建設(shè)。 圖1 展示了現(xiàn)場(chǎng)施工平面布置圖。

大橋8#、9#墩圍堰平面垂直橋面尺寸方向的長度為30 m，在平行橋面尺寸方面長度為12 m，在其四周分別預(yù)留1.5 m 的工作面。 實(shí)際埋設(shè)的樁采用國產(chǎn)拉森Ⅳ型鋼板樁。 8#墩承臺(tái)在垂直橋面尺寸方向和平行橋面尺寸方面的樁尺寸分別為12 m 和9 m，9# 墩承臺(tái)在8# 墩承臺(tái)所采用的基礎(chǔ)上分別增加3 m。鋼板樁平面布置如圖2所示。

3 承臺(tái)施工技術(shù)研究

圖1 大橋水中承臺(tái)施工平面布置圖

圖2 鋼板樁圍堰平面布置圖

該承臺(tái)全部是由現(xiàn)澆混凝土澆筑而成， 并且承臺(tái)的體積較大， 容易產(chǎn)生溫度裂縫， 為了防止這種裂縫的出現(xiàn)，選用用水化熱較低的水泥，這種水泥最好具有含泥量底、顆粒級(jí)配好的特點(diǎn)，并且在攪拌的過程中盡量降低配料的溫度。為了降低溫度可以采取如下措施：選擇分層澆筑的方法，同時(shí)在承臺(tái)混凝土內(nèi)設(shè)置循環(huán)冷卻水管降溫，也可以用堰內(nèi)回灌蓄水保溫等方法使承臺(tái)內(nèi)承臺(tái)外的溫差始終保持在25℃以內(nèi)。 此外， 鋼筋定位采用內(nèi)部排架支撐的方法。

為澆筑混凝土方便， 在施工的過程中要建立澆筑平臺(tái)，以便混凝土灌車的運(yùn)輸，并且設(shè)置布料的走道，方便將布料運(yùn)送到各個(gè)指定位置， 同時(shí)為了安全起見也要建立防護(hù)欄桿。

3.1 綁扎承臺(tái)鋼筋

為了確保承臺(tái)上下兩層鋼筋的間距， 采用架立筋和型鋼相結(jié)合的支撐方式， 同時(shí)安排專人有序地墊好鋼筋保護(hù)層墊塊，墊塊的制作要求十分嚴(yán)格，要有足夠的設(shè)計(jì)強(qiáng)度和放置數(shù)量，才能保證墊塊的保護(hù)作用，同時(shí)要將墊塊與鋼筋牢牢相連，并檢查有無遺漏。然后監(jiān)理驗(yàn)收綁扎完成的鋼筋，確認(rèn)符合要求后，進(jìn)行混凝土的澆筑。 因?yàn)樵诨炷翝仓倪^程中很容易出現(xiàn)鋼筋及預(yù)埋件移位、混凝土污染等問題，因此澆筑全程都必須有專人值班，出現(xiàn)問題隨時(shí)處理。做好掛籃零號(hào)塊鋼管支架預(yù)埋件、墩柱預(yù)埋主筋及防雷接地鋼筋的安裝； 鋼筋綁扎中可以出現(xiàn)細(xì)微的偏差。 接頭長度區(qū)段內(nèi)受力主筋焊接頭面積在受壓區(qū)小于或等于一半的總截面面積， 主鋼筋綁扎接頭面積在受拉區(qū)小于或等于1/4 的總截面面積， 在受壓區(qū)小于或等于一半的總截面面積。 鋼筋連接方式采用電焊焊接，對(duì)于部分確實(shí)無法采用焊接的直徑小于25 mm 的鋼筋部位，可以采用綁扎搭接的方法，為了使鋼筋骨架在澆筑混凝土的過程中不發(fā)生松動(dòng)， 鋼筋骨架首先要在確保有足夠剛度的前提下結(jié)實(shí)綁扎在正確的位置上， 一定不能有錯(cuò)位、扭曲，并且保護(hù)層的厚度也要符合規(guī)定，這樣能夠保證混凝土澆筑的順利進(jìn)行， 避免因澆筑暫停而形成施工縫。同時(shí)不能在鋼筋骨架上行走、運(yùn)輸材料以對(duì)其進(jìn)行全面保護(hù)。

3.2 冷卻水管安裝

通過埋設(shè)冷卻水管的方式可以降低混凝土內(nèi)溫度，避免形成溫度裂縫。 這一工序的具體施工過程是綁扎鋼筋和安裝冷卻水管同時(shí)進(jìn)行， 冷卻管要連接進(jìn)出水管和水泵，并且做到絕對(duì)的密封。對(duì)鋪設(shè)完成的冷卻水管進(jìn)行檢驗(yàn)，檢查它是否滲水，以此來確定冷卻水管是否鋪設(shè)成功。同時(shí)也要在承臺(tái)的四周和中間建立測(cè)溫點(diǎn)，測(cè)量進(jìn)出口的水溫，以確定內(nèi)外溫差。冷卻管并不是一個(gè)獨(dú)立鋪設(shè)的系統(tǒng)，它必須與鋼筋骨架相連，這樣可以避免在澆筑混凝土的過程中發(fā)生水管移位現(xiàn)象。 在澆筑混凝土前還要檢查冷卻水管的暢通性和密封性。 避免出現(xiàn)漏水或者是發(fā)生阻塞導(dǎo)致水管爆裂現(xiàn)象。

3.3 安裝承臺(tái)模板

對(duì)于承臺(tái)模板，要求該模板有足夠的強(qiáng)度和剛度，因此采用鋼模板，并建立起穩(wěn)固的支撐系統(tǒng)。 使用前，要在模板和混凝土接觸的表面上涂刷上一層隔離劑， 以便日后模板的拆除。模板是預(yù)制的，先將模板的底口用水泥砂漿找平，并按照順序進(jìn)行安裝固定，從而建立起承臺(tái)模板的縱模龍骨及支撐系統(tǒng)。安裝完成后，要把模板內(nèi)清理干凈， 再用水泥砂漿把模板的底部外側(cè)和墊層的接口處封閉起來。然后進(jìn)行混凝土澆筑。在澆筑過程中一定要有專門的負(fù)責(zé)人全程看守，一旦發(fā)現(xiàn)有支架松動(dòng)、模板變形，要及時(shí)進(jìn)行加固處理。拆除模板的時(shí)候一定要小心謹(jǐn)慎，避免模板的拆除引起混凝土的破壞。 拆除后的模板不能隨意堆放，應(yīng)在清理后整齊堆放在固定的地方，防止模板變形。

3.4 承臺(tái)大體積混凝土澆筑

澆筑前首先要按照規(guī)定制作混凝土試件并進(jìn)行強(qiáng)度檢查，確定強(qiáng)度合格后，再進(jìn)行正式澆筑。 因?yàn)闈仓娣e比較大，所以在澆筑的時(shí)候采用分層澆筑的方法，保證每層的厚度在30 cm 左右。 相鄰兩層的澆筑時(shí)間間隔要盡量短，以免出現(xiàn)施工縫。為了使新舊混凝土能夠良好地結(jié)合， 在上層混凝土振搗時(shí)， 要將振動(dòng)棒插入下層混凝土5～10 cm。另外，為了避免混凝土發(fā)生離析，澆筑的時(shí)候要采用串筒或溜槽的方法。

混凝土澆筑的過程中容易出現(xiàn)產(chǎn)生氣泡或者混凝土澆筑不能夠連續(xù)不斷的輸出問題， 這可能是因?yàn)楣艿啦粔驖櫥木壒剩虼嗽陂_始澆筑混凝土之前，先泵送一部分水泥砂漿， 以潤滑管道， 再進(jìn)行正式的混凝土泵送作業(yè)。 作業(yè)完成后，要及時(shí)排出管道里殘留的混凝土，并將管道清理干凈，以保證下次使用時(shí)管道的順滑。 同時(shí)，為了保證混凝土澆筑過程中保持連續(xù)性的要求，需準(zhǔn)備1臺(tái)備用的泵機(jī)，以保證在一臺(tái)泵機(jī)出現(xiàn)故障時(shí)，使用備用泵機(jī)保證混凝土澆筑的正常進(jìn)行，滿足澆筑需要。 同時(shí)聯(lián)系好2 座混凝土攪拌站，一座供應(yīng)混凝土，另一座備用。

4 承臺(tái)吊裝及下放的有限元分析

根據(jù)工程實(shí)際情況取3 種工況計(jì)算， 不同工況受力分析如圖3 所示。

圖3 不同工況受力示意圖

采用ANSYS 大型有限元分析軟件進(jìn)行建模，圖4 展示了整體模型。

圖4 整體模型圖

4.1 邊界條件

為方便建模， 將實(shí)際上約束復(fù)雜的條件進(jìn)行等效替代并適當(dāng)進(jìn)行簡(jiǎn)化。 對(duì)頂部的吊帶約束通過與下部承臺(tái)節(jié)點(diǎn)連接來進(jìn)行處理。 由此，本模型總體自由度為2。

4.2 計(jì)算結(jié)果

從各部位位移看，側(cè)板的位移最大值為4.75 mm；而底板為7.37 m、吊帶為4.33 mm、內(nèi)撐為552。從各方向位移值觀察，各方向最大位移均發(fā)生在工況3 的情況，而x方向的最大位移3.77 mm 產(chǎn)生于側(cè)板處；y 方向的最大位移也產(chǎn)生于側(cè)板處， 位移量為4.75 mm；z 方向的最大位移產(chǎn)生于地板處，位移量為7.37 mm。 通過與規(guī)范進(jìn)行對(duì)比，其偏移量都屬于正常偏移。

工況3 因?yàn)槌信_(tái)主體放置于水中， 承受了較大的水壓力， 而在實(shí)際受力中也有水給予承臺(tái)向上的一定的浮力，所以其最終呈現(xiàn)出整體偏移量過大，而z 方向位移量反常變小的結(jié)果。 計(jì)算見表1～3 及圖5～7 所示。

表1 x 方向最大位移

表2 y 方向最大位移

表3 z 方向最大位移

圖5 各構(gòu)件不同工況下x 方向最大位移值圖

圖6 各構(gòu)件不同工況下y 方向最大位移值圖

圖7 各構(gòu)件不同工況下z 方向最大位移值圖

不論在何種方向， 內(nèi)撐方向的偏移量始終是呈現(xiàn)逐漸增加的情況。而x 和y 方向的側(cè)板位移量較大，其底板和吊帶的偏移量較小，兩者不同的是，前者是除底板方向的位移先大后小外，其余方向都是呈增大趨勢(shì)，而后者是吊帶位置。 就z 方向而言，其底板偏移量最大，吊帶和內(nèi)撐的偏移量最小，其側(cè)板、吊帶同時(shí)呈現(xiàn)先大后小，而底板偏移量穩(wěn)定增加。

5 結(jié)論

大橋水中承臺(tái)施工難度相對(duì)較大， 施工方案的選擇應(yīng)與施工現(xiàn)場(chǎng)的具體情況相適應(yīng)， 同時(shí)在施工的全過程中都要采取相應(yīng)的質(zhì)量把控措施，全面確保施工質(zhì)量。本文詳細(xì)闡述了與大橋承臺(tái)施工有關(guān)的施工工藝， 運(yùn)用ANSYS 建立有限元模型對(duì)承臺(tái)各構(gòu)件進(jìn)行相關(guān)性能的檢驗(yàn)計(jì)算， 結(jié)果表明內(nèi)撐方向的偏移量始終是呈現(xiàn)逐漸增加的情況，且x 和y 方向的側(cè)板位移量較大，其底板和吊帶的偏移量較小， 不同構(gòu)件的偏移量均處于規(guī)范正常偏移范圍，給實(shí)際工程施工提供了一定的指導(dǎo)。