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摘要：大体积混凝土的浇筑质量控制和温控是大型承台施工的关键问题，本文阐述了港北大桥大体积海工混凝土施工工艺，并对大体积混凝土进行了温控分析。结果表明：大体积承台的施工组织具有可行性，施工工艺满足设计和施工要求；有限元分析亦表明，按照既定的施工工艺施工，大体积承台内外温差小于25℃，且不会产生温致裂缝。该大体积承台的施工工艺可为同类工程施工提供参考。
关键词：大体积；海工混凝土；配合比；温度控制
1工程背景
港北大桥工程路线起点桩号K0+500，终点桩号K2+972.175，全长2472.175m。全线共设大桥1835m/1座，涵洞3道，平面交叉2处及路基接线637.5m。主桥全长298m，纵坡1.55%，跨径布置为（80+138+80）=298m双塔中央双索面变高度混凝土连续箱梁矮塔斜拉桥，墩号为20#～23#墩，过渡墩20#、23#位于岸上鱼塘内，21#、22#主墩位于小海泄洪通道水中，均采用钻孔灌注群桩基础，桥梁下部主要为：1.8m、2m两种直径基桩48根，主墩24m×12m×4m承台2座，过渡墩17.3m×7m×2.5m承台2座，花瓶墩4个。桥梁上部为预应力钢筋混凝土实体结构。混凝土浇筑质量控制是承台施工的关键问题[1-2]，施工工艺如图1所示。
图2主墩承台施工工艺流程图
2围堰设计和施工
22#主墩承台基坑开挖，采用拉森Ⅳ型钢板桩围堰作为围护结构。围护结构平面尺寸26.4m（横桥向）×14.4m（顺桥向），比承台轮廓线大1.2m，钢板桩总长度18m，围檩采用双肢HW582×300型钢，选用Φ630×10mm钢管做内支撑，角撑采用双肢HW582×300型钢，内支撑设置两道，竖向间距由上往下分别为2.0m、3.0m。竖向格构柱采用双拼32a型钢，直接浇入封底混凝土内。内支撑钢管层与层之间的连接杆采用32a型钢。钢板桩围堰顶标高+3.534m，底标高-14.466。22墩承台钢板桩基坑采用干挖，承台底部设置垫层，混凝土厚度20cm。22号墩承台单层混凝土以下钢板桩入土深度7.8m。基坑深度（水面与垫层底部之间）约9.326m。
钢板桩围堰的施工要点为[3]：（1）在钢板桩施工中，为保证钢板桩插打垂直度，控制桩的打入精度，防止桩的屈曲变形和提高桩的贯入能力，在插打前先施工钢围堰导向架，亦称“施工围檩”，作为打桩时的导向设备。（2）在其中安插钢板桩，可由上游边中间至两侧插打钢板桩，在下游一个转角处合龙，第一根钢板桩位置应准确垂直，然后以第一根钢板桩为基准，再向两边对称插打钢板桩。钢板桩围堰合龙施工是最关键的一步，直接关系到围堰能否成功。（3）钢板桩插打。钢板桩的准备工作完成以后，用全站仪精确定位，插打定位钢板桩。水中钢板桩施工先安装内侧导向架，每隔2m用短型钢和内侧导向焊接固定。（4）围檩、内支撑安装：围檩采用双肢HW582×300型钢，选用Φ630×10mm钢管做内支撑，角撑采用双肢HW582×300型钢，围檩及内支撑设置两道，两道结构相同，竖向间距由上往下分别为2.0m、3.0m。内支撑的设置除了考虑受力外，还应考虑不妨碍围堰内施工。（5）基坑清理：钢板桩下沉到位后，安装完第一道围檩和内支撑后，进行基底的清理施工。承台在施工河床以下，22号承台采用干挖，基坑开挖至第二道内支撑标高一下50cm时安装第二道内支撑，基坑采用高压水枪冲洗，泥浆泵吸泥排除的方法进行开挖、清底，同时制定好围堰堵漏水措施。
3封底混凝土
22号墩承台围堰采用干封，封底混凝土采用C20，厚度20cm。当围堰清淤结束后，检查围堰内清淤后的标高，应进行坑底承载力检测，满足设计要求后即可进行封底，封底前先在围堰内铺设一层竹排，再填筑20cm的碎石进行找平，然后再浇筑封底混凝土。采用1台46米汽车泵浇筑。在承台四角处承台与围堰之间挖四个集水坑，用水泵抽出围堰内渗水。对围堰变形和受力情况进行观测。
4钢护筒割除及桩头处理
封底混凝土达到强度后进行抽水。抽水过程中，严密监控围堰渗漏水量。按照基坑清淤、开挖时围堰渗漏水措施对围堰堵漏。破桩头前，在桩体侧面用红油漆标注高程线，防止桩头多凿，造成桩顶伸入承台内高度不够。先割除护筒，履带吊吊除，施工过程中严禁碰撞围檩及内支撑。破除桩头时应采用空压机结合人工凿除，上部采用空压机凿除，下部留有10~20cm由人工进行凿除。凿除过程中保证不扰动设计桩顶以下的桩身混凝土，严禁用挖掘机将桩头强行拉断，以免破坏主筋。桩头凿除完毕后，将伸入承台的桩身钢筋清理整修成设计形状并对环氧涂层就行修补，复测桩顶高程，桩头凿除预留部分后无残余松散层和薄弱混凝土层。
5承台钢筋及冷却水管安装
承台钢筋集中在钢筋加工场集中加工，平板车运输到施工现场绑扎。具体工艺为：钢筋下料→钢筋加工→底板钢筋绑扎→钢筋固定→顶板钢筋绑扎→墩身预埋钢筋绑扎→支架及塔吊预埋件安装。
钢筋加工：先清理钢筋表面油污、泥土等，对涂层掉落部位重新喷涂，钢筋下料先下长料后下短料，尽量减少和缩短钢筋短头，以节约钢材。钢筋的连接采用直螺纹套筒。钢筋套丝在钢筋螺纹套丝机上进行，端头有弯勾的采用加长型丝头，其余的用标准型丝头。套丝完成后，采用塑料封盖拧紧丝口，防止丝口受到损伤。直螺纹接头连接前，先回收接头上的塑料封盖，检查接头丝口是否完好，有无油污、锈蚀。然后将拟连接的钢筋放在套筒上，然后拧紧钢筋，完成连接，或者先将套筒拧至一端钢筋上，然后回转套筒并拧紧，完成接头连接。接头连接完成后，用目测法检验两端外露螺纹长度是否相等，且不超过一个完整丝口。
钢筋运输：将加工好的钢筋用运输车运往施工现场并分类堆放在指定地方。在装车前做好钢筋的编号，并做好钢筋的运输管理，防止钢筋在运输过程中发生变形，被污染。
钢筋绑扎：底板钢筋按弹出的钢筋位置线，先铺下层钢筋，钢筋绑扎时，靠近外围两行的相交点每点都绑扎，中间部分的相交点相隔交错绑扎；顶板钢筋绑扎与顶板的绑扎工艺与底板的基本一致且应该对已经施工完成的钢筋绑扎进行检查。
钢筋固定：先绑扎2~4根竖筋，并画好钢筋分档标志，然后在下部及齐胸处绑两根钢筋定位，并画好竖筋分档标志。在承台内预埋墩身钢筋，要严格按照墩身钢筋设计要求进行埋设，桥墩钢筋插入承台内的深度要符合设计要求，且必须固定牢固。
劲性骨架安装：为确保冷却水管和钢筋位置的准确性和各层面的平整性，增设定位劲性骨架，承台劲性骨架采用L75×75×8mm角钢作为立杆和平联，劲性骨架安装完成后，以承台角点为特征点，安装钢筋定位框架，辅助承台钢筋定位。
冷却水管安装：为了降低混凝土内部水化热温度，调节承台混凝土内表温差，采取在承台混凝土内设冷却水管通水降温措施。冷却水管直径Φ42.3mm，壁厚3.25mm的钢管，在承台中设置4层，每层间距90cm。
6承台混凝土浇筑与养护
22#主墩承台厚度4m，属于大体积混凝土，采用一次浇筑并设置冷却水管的工艺。因为本项目涉及混凝土均为海工混凝土，所以在配合比设计时均应考虑怎么才能提高混凝土的密实度保证氯离子扩散系数指标。大体积海工混凝土不但要保证混凝土的密实度，而且要降低混凝土水化热防止产生受力裂缝。每方混凝土水泥用量每增加10kg混凝土内部温度约提高将近1℃，所以本项目海工混凝土配合比均采用粉煤灰和矿渣粉双掺法设计。本项目采用P.O42.5普通硅酸盐水泥，矿渣粉采用S95矿渣粉；粉煤灰采用海Ⅱ级细磨粉煤灰，粗集料由5-10mm碎石(30%)和10-20mm碎石(70%)组成；掺配外加剂采用HSP-V-HGB1型高性能聚羧酸减水剂，掺量为1.3%，阻锈剂采用SHJ-901有机复合型钢筋阻绣剂（液体），掺量为每方混凝土掺8Kg，拌合用水采用自来水，其缓凝时间控制在36小时以上。
承台混凝土浇筑采用竖向分层、斜向分段、由下游向上游、由四周向中间逐步推进的方式进行浇筑，由于采用汽车泵进行浇筑，布料简单方便，可以确保布料间距不超过4m，且可以保证布料软管靠近承台底部最上层主筋下料，可以有效的控制混凝土的均匀性，16根桩顶位置要求优先采用布料软管直接下料，提高桩头承台混凝土的质量，分层厚度按照30cm浇筑振捣，现场每台振动棒划分一个区域，振动过程中振捣棒需要避开冷却管和温度传感器。
混凝土浇筑完成后，在收浆后尽快予以覆盖养护，承台属于海工耐久性混凝土，求应尽量延长新浇混凝土与海水等氯盐接触前的养护期限，一般养护时间不得小于4周，覆盖时不得损伤或污染混凝土表面。承台养护直接利用冷却管留出的热水进行养生，按照“内降外保”的原则对混凝土进行养护，混凝土养护和冷却水循环应坚持24h监控，监控期限以大体积混凝土体内外温差不大于25℃为标准。通过调整冷却水管进出水流量和流速，可以有效地提高混凝土内部降温效率，控制温差，防止承台出现裂缝[4]。
7温控计算及温控措施
对22#墩承台大体积混凝土使用有限元软件进行仿真计算，按照实际冷却水管的布置、水流情况、以及各种不同的边界情况、实际施工过程等因素进行了水化热三维温度场的仿真分析。计算模型如图2所示。根据对称性，取承台1/2模型分析；考虑混凝土保温，按侧面钢套箱、顶面蓄水养护；考虑冷却水管降温；考虑混凝土徐变。主墩承台施工时间为1月份，外界平均气温取17℃，日气温变化幅值均为4℃；采用自来水作为冷却水，自来水温度为18℃；封底混凝土底面及侧面初始温度为16.2℃；承台浇筑温度为23℃。计算结果表明：承台内部混凝土峰值温度为67℃，温峰出现时间为浇筑后80h。
图4承台有限元分析对称模型
8结语
本文详细阐述了港北大桥22号承台大体积承台施工工艺，并对大体积混凝土进行了温控分析。结果表明：大体积承台的施工组织具有可行性，施工工艺满足设计和施工要求；有限元分析亦表明，按照既定的施工工艺施工，大体积承台内外温差小于25℃，且不会产生温致裂缝。该大体积承台的施工工艺可为同类工程施工提供参考。
参考文献:
[1]邵旭东主编.桥梁工程[M].人民交通出版社，2007.
[2]朱伯芳.大体积混凝土温度应力与温度控制[M].中国电力出版社,1999.
[3]《公路桥涵施工技术规范》(JTG/TF50-2011)[S].中华人民共和国交通部,人民交通出版社,2011.
[4]《大体积混凝土施工标准》（GB50496-2009）
作者简介：许佳伟，男，1984年2月生，陕西人，本科，助理工程师，主要从事道路与桥隧试验检测工作。