論承臺大體積混凝土一次性澆筑施工技術

陳敏

摘 要：武漢二七長江大橋基礎采用雙壁鋼吊箱圍堰法施工，為提高承臺整體性能，消除承臺混凝土因分次澆筑而產生的施工縫，通過對優化施工方案，改變原方案兩次澆筑為一次性澆筑。本文將從技術方案優化以及實際施工控制較全面地介紹了承臺大體積混凝土一次性澆筑施工技術。

1 工程概況

二七長江大橋主橋為三塔雙索面結合梁斜拉橋。其橋式布置為（90m+160m+2×616m+160m+90m）。4#墩為斜拉橋的中主塔墩，位于長江主航道中，其基礎結構為18根φ3.4m鉆孔灌注樁，承臺截面為矩形，順橋向尺寸30.75m，橫橋向尺寸52.50m，其四個角上設置半徑R=4.5m圓弧，承臺頂標高+10.5m，底標高+4.50m。

根據對承臺施工過程中各種工況的計算，擬定的圍堰底隔艙與封底倉的封底砼厚度為4.5m，圍堰雙壁倉封底厚度10.5m，封底砼強度為C25。4#墩承臺技術參數見表1。

表1：承臺技術參數表

部位 規格 單位 總量 備注

圍堰封底 C25砼 m3 10895

承臺 鋼筋 t 1072

C30砼 m3 9582

2 水文

根據1865～2004年觀測資料統計，漢口水文站歷年最高水位29.73m（1954年8月18日，吳凇凍結基面，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計見表2。

表2：漢口水文站逐月平均水位統計表

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 承臺砼一次性澆筑結構計算

圖1 各孔位受力范圍示意圖

3.1 驗算說明

圍堰封底有效作用厚度h1=4.0m，封底砼總厚度h2=4.5m，封底砼與護筒之間握裹力取值15t/m2，承臺施工時水位按照+13.5m標高進行計算。承臺澆筑時，首先是圍堰封底砼受力承擔承臺砼2m荷載，待澆筑到一定時間后，承臺底部2m厚新澆筑已凝固的砼已經擁有一定強度，將承擔承臺砼荷載。

3.2 圍堰封底砼所能承受的荷載

為了簡化計算，將圍堰及承臺面積按照相鄰兩根樁基的中心線均分至每根鉆孔樁。

承臺澆筑時，主要荷載有：圍堰雙壁倉荷載、圍堰內支架荷載、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砼荷載。

其中圍堰雙壁倉及內支架荷載作用在14根邊樁，其余荷載按照各樁作用面積進行均分。

根據樁基及圍堰設計結構形式，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下圖1。

各樁能承受的極限承臺砼荷載厚度見下表

封底砼能承受承臺砼厚度計算表

樁號 封底砼重量G1（t） 雙壁倉總重量G2（t） 浮力F1（t） 護桶握裹力F2（t） 圍堰底板及龍骨 承臺砼厚度

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，握裹力有效厚度按照4.0m計、承臺砼按照2.6t/m3計。

取上表計算所得的最小值，封底砼能承受承臺砼厚度H=3.9m。

3.3 承臺底部新澆筑已凝固的砼受力

①、驗算說明

承臺砼方量約為10000立方米，根據現有水上砼工廠生產能力80m3/h，澆筑時間總共需要125小時，其中澆筑底部2m高度需要約42小時，澆筑頂部4m高度需要約83小時，即待到承臺全部完成澆筑時，底部2m高度混凝土已有83小時（約3.5天）強度。承臺混凝土設計標號為C30，根據試驗配合比試拌試驗，砼2天強度約為15Mpa，若控制砼工廠產量，將上部4m砼澆筑時間延長至96小時，則承臺底部2m高度砼強度將遠大于C15，在驗算時將承臺底部高度2.0m砼按照C15級砼強度進行計算。

②、驗算設定

承臺底部厚2.0m砼已經凝固，且已有C15級砼強度，其承臺底部2m厚砼荷載由封底砼承擔，頂部4m厚砼荷載由底部2m厚砼承受。

承臺底部砼受力工況為鋼筋混凝土板，底部施加18點支撐的受力結構，為了簡化計算過程，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的簡支梁受力結構，具體結構受力形式見下圖

混凝土梁計算簡圖及梁斷面圖

③、驗算過程

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

a、正截面驗算

4.0m高承臺砼荷載：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

混凝土梁結構尺寸為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%

不會發生少筋破壞

受壓區有效高度

>ξb

ξ取值ξ=ξb=0.55

則混凝土梁允許承受荷載：

Mu=

Mu> M

因此，該結構安全。

b、斜截面驗算

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

此混凝土梁實際所受剪力：

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

Vc> V

因此，該結構安全。

4 承臺砼一次性澆筑施工過程控制

4.1 確保結構安全的措施

根據砼試拌的結果，承臺砼2天強度可達C15。我部將嚴格控制承臺澆筑速度，確保承臺澆筑完時，底部2米砼至少有4天強度，以保證絕對安全。

4.2 澆筑分層厚度及澆筑時間控制

承臺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，預計澆筑時間為12小時，此后每層澆筑厚度為30cm，因此承臺底層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。按照這種澆筑進度，至承臺砼澆筑完成時底層2m，砼將有4天強度，可確保結構的絕對安全。另外，在砼澆筑過程中制作同條件養護試件，對砼的實際強度進行跟蹤監控。

⑶解決混凝土初凝時間的變化：采用兩種方法解決砼初凝時間縮短的問題。一種是通水降溫法，即在砼覆蓋冷卻管后，立即通過循環冷卻水降溫，帶出水化熱，降低砼的內部溫度，以延緩后澆砼初凝時間。另一種方法為調整外加劑摻量：砼澆筑前，由試驗室模擬在不同溫度條件下砼的初凝情況，根據模擬情況適時調整外加劑的摻量，推遲凝結時間，以滿足施工需要。

5 承臺大體積砼溫度控制

5.1 冷卻水管布置

承臺一次澆筑，砼厚度較厚，為了保證混凝土施工質量，需加強砼溫控措施。在承臺范圍內布置5層冷卻水管，冷卻水管布置詳見下圖。

5.2 冷卻水管通水

某一區域內的冷卻水管被澆筑砼完全覆蓋并振搗完畢后，即可在該區域的冷卻水管中通水，對砼進行降溫。

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

5.3 砼溫度監控

測溫時間：砼覆蓋某測溫點后該點即開始測溫，直至砼內部溫度與大氣環境平均溫度之差小于20°C時止。

測溫頻率：在溫度上升階段每2小時測一次，溫度下降階段每4小時測一次，溫度穩定階段每4小時測一次；大氣溫度應同時測量。

砼通水養護時間以砼內部溫度與大氣環境平均溫度之差低于20℃為標準，一般砼養護時間21天。

6 結束語

武漢二七長江大橋承臺混凝土澆筑施工通過對施工方案的優化，消除了施工接縫，提高了承臺結構的整體性能，加快了施工進度，取得了預期的效果。