近堤岸超大型承臺施工關鍵技術

鄭華凱 唐俊 李忠育

（1.江蘇省交通工程建設局，江蘇 南京 210004；2.中交二航局第二工程有限公司，重慶 401121）

一、工程背景

龍潭過江通道主橋為主跨1560 m 的雙塔單跨鋼箱梁懸索橋。南塔承臺設計采用啞鈴型，平面尺寸為78.95m×40.5m；兩個承臺之間采用系梁聯成整體，系梁與承臺等厚，均為6m，承臺采用C40混凝土，共16232m3；塔座平面尺寸為26m×21m，厚度4m，臺座采用C40混凝土，共3336m3；墊層混凝土厚0.5m，采用C30混凝土，共3610m3。

圖1 承臺總體布置圖（單位：cm）

承臺臨近長江大堤，南塔承臺基坑距離長江大堤坡腳最小直線距離為19.7m，深基坑支護防護要求高；承臺平面尺寸大（面積2416.33m2），厚度大（6m），溫控防裂要求高；基坑開挖深，挖土方量大，施工組織難度大。國內目前工程實踐較少，有關技術亟待深入研究[1-5]。

二、施工工藝

（一）鋼板樁施工

承臺樁基施工前，先期設置大堤防護樁，并在長江大堤堤腳處設置高噴防滲墻，在沿岸線500m范圍內的水下岸坡做水下拋石防護。承臺基坑采用鋼板樁圍堰支護，原地面標高+6.5m，基坑底標高-2.5m，基坑開挖深度9m，開挖土方約2.855萬m3。圍堰內輪廓尺寸為82.79m×44.34m，采用兩層水平支撐體系。鋼板樁圍堰采用SP-Ⅳw型拉森鋼板樁，長18m。圍檁高程分別為+5m、+1m，頂層圍檁為2HN700mm×300mm，底層圍檁為4HN700mm×300mm。內支撐分別采用φ1400mm×16mm、φ1000mm×12mm、φ800mm×10mm鋼管，聯系撐使用φ426mm×6mm鋼管，C30墊層混凝土厚度為0.5m。

樁基施工完成后立即插打江側及下游側鋼板樁，從下游靠岸側角點開始，從兩個方向往上游江側合攏，根據樁基完成先后順序調整插打起點。嚴格控制第一根鋼板樁的垂直度和平面位置。岸側及上游側在+6.5m土體開挖至+5.5m后，插板機位于基坑范圍外開始插打作業。

（二）基坑開挖

基坑分四次開挖，分別為+6.5m～+5.5m，+5.5m～+4m，+4m～+0m和+0m～-2.5m。岸側及上游側鋼板樁插打施工前，采用機械破除表層混凝土，開挖土層至+5.5m標高，由渣土車轉運至指定棄土場。除圍堰平面位置內區域開挖至+5.5m外，為防止圍堰上下游土體對圍堰產生不平衡土壓力，圍堰上游側外部區域需要降低土體標高至+5.5m后卸荷，根據實際施工需要，上游側降低+5.5m標高平臺，寬度為26m。挖掘機及渣土車由承臺系梁位置及上游側分別進入基坑范圍施工，分兩個開挖作業面，每個作業面配置2臺挖掘機和3臺渣土車。

在鋼板樁插打完成后開始+5.5m～+4m基坑土體開挖。此層開挖到+4m標高后，及時施工第一層內支撐。開挖分為上游、下游兩個作業面。先開挖離運輸通道較遠區域的土體，渣土車進入基坑裝土；后開挖施工通道處土體，其中上游側只開挖影響圍檁安裝的部分土體，系梁位置則全部開挖。

第一層內支撐施工完畢后研究+4m～+0m基坑土體。首先需要回填上游側通道土體，放坡修建便道。開挖有效作業高度為4.5m（+4.5m～0m），使用常規挖機作業，需要全程專人監督，嚴禁挖機碰撞第一層圍檁結構。挖機由上游側開挖通道進入基坑內作業，作業面內4m高度分兩層階梯開挖，保證開挖安全。先開挖離運輸通道較遠區域土體，渣土車進入基坑裝土；剩余運輸通道區域土體開挖時，上游側渣土由坑內挖機開挖接力轉運至基坑上游邊緣，長臂挖機在上游基坑外平臺裝載渣土。

底層支撐施工完畢后開始+0m～2.5m基坑土體開挖。開挖有效作業高度為3m（+0.5m～2.5m），需要全程專人現場管控，嚴禁挖機碰撞第二層支撐體系。

（三）基坑降排水

基坑頂面設置反坡排水，鋼板樁頂口高出四周地面0.5m，可阻擋四周流水進入基坑，在圍堰四周土體設置反坡防止積水浸泡。開挖過程中，在開挖作業面四周適當位置開挖臨時排水溝及集水井，使用抽水設備外排基坑內存積水至基坑外排水體系，經沉淀后外排。墊層澆筑完成后，在基坑坑底兩側設置排水溝，排水溝斷面尺寸深0.1m、寬0.2m，排水溝邊緣距鋼板樁距離30cm，排水溝坡度不小于0.3%；4個角點位置各設置一個平面尺寸1m×1m、深1m的集水井，集水井底部鋪設碎石濾水層。用水泵將坑底積水排至基坑外，經沉淀后外排。

布置9口降水井即可滿足要求，但考慮整體安全，在下游側增設1口備用井。如圖2所示，每口井出水量270m3/d，總涌水量2430m3/d，可以將水位降低至施工要求水位。

圖2 承臺深基坑降水管井布置圖（單位：cm）

按照《建筑基坑支護技術規程(JGJ120-2012)》要求，考慮淤泥質粉質黏土地層變形較大，Ψw取1.4，計算取降深范圍內最不利淤泥質粉質黏土的壓縮模量Esi為3.65MPa。根據土層沉降計算公式得到大堤位置、下游側道路和電力設備處的土層沉降值，如表1所示。

表1 環境敏感區各位置土層沉降

此次計算沉降大堤沉降為1.9mm，降水對大堤影響較小.沉降量與降深密切相關，施工過程中應做好按需控制降水，滿足施工要求，避免降深過大。同時加強對長江大堤的監控監測。

（四）支撐體系施工

支撐體系分為頂層支撐體系和底層支撐體系。

頂層圍檁安裝時需要首先安裝支撐牛腿，圍檁結構吊裝于支撐牛腿上拼接。根據牛腿設計的標高和位置開挖，當牛腿位置露出后，由測量人員測放牛腿標高，焊接安裝牛腿，牛腿材料選用工56a型鋼，長0.9m。牛腿焊接牢靠，焊縫滿足設計要求。

頂層內支撐設計在系梁位置采用Φ1400mm×16mm對撐鋼管，長度為42.55m；四角處采用Φ800mm×10mm斜撐鋼管，長度分為4.9 m、1 4 m 和2 3.6 m。其中Φ1400mm×16mm對撐鋼管分兩段安裝，為先安裝中間對撐，再安裝斜撐及其他聯系撐。在鋼護筒上焊接三腳架臨時支撐頂層內支撐，內支撐接頭處使用法蘭連接，最大吊重為13t，設置4個吊點。

底層牛腿施工安裝方式與頂層支撐相同。底層圍檁設計為四拼HN700mm×300mm，江岸側80.55m，上下游側43.5m。按雙拼吊裝，其中岸江側圍檁分塊加工為長度38m和42.55m，在牛腿上拼接；上下游側圍檁按雙拼整體吊裝，最大吊重18.8t，設置4個吊點，圍檁對接處按有關要求錯開一定距離。

底層內支撐設計在系梁位置采用Φ1400mm×16mm對稱鋼管，長度為42.55m；四角處分別采用：Φ1000mm×10mm斜撐鋼管，長度為23.6m；Φ800mm×10mm斜撐鋼管，長度為4.9m、14m兩種規格。

（五）墊層混凝土施工、護筒割除及樁頭破除

基坑開挖至-2.5m后，及時修整基坑底，施工0.5m墊層混凝土。墊層混凝土采用泵送方式澆筑，泵車停放位置為岸側硬化場地。澆筑過程中，人員進入施工基坑實施振搗，保證混凝土澆筑質量。

墊層澆筑完成后割除護筒，破除樁頭。樁頭采用環切法施工，測量放樣護筒割除標高。第一條切割線可以略高于樁頭標高，減少護筒損耗，不過高要求切割精度，切割后使用龍門吊調離護筒，在上游側平臺使用平板車裝運至后場堆放場地；第二條切割線嚴格遵循放樣標高，保證樁頭嵌入承臺20cm，該節短護筒需要切割成塊從樁頭剝離，屬于損耗材料。

在切割線以上用風鎬剝離混凝土，露出樁頂鋼筋，使鋼筋與混凝土徹底脫離。利用鋼釬處理樁頭，樁芯標高不低于設計標高，利用80t龍門吊垂直穩定起吊樁頭。人工鑿除樁基鋼筋內側多余混凝土，清除樁頭浮渣，調整樁頭鋼筋。

（六）承臺澆筑施工

承臺分兩次澆筑，第一次澆筑2m，第二次澆筑4m。承臺澆筑完成后再澆筑塔座，最后澆筑承臺后澆帶。

承臺每層模板高2m，模板之間使用M16螺栓連接，模板內部加固使用拉桿焊接拉筋方式。承臺頂面與塔座接觸范圍內，采用表層涂刷緩凝劑、高壓水沖毛工藝處理。塔座模板安裝完成后安裝塔柱底節模板，塔柱模板放置在墊塊之上，保證塔柱底節模板底口與塔座混凝土頂面標高齊平。在塔座側模上增設混凝土透水模板布，確?；炷帘砻娑嘤嗟目諝夂退樌懦?，避免產生氣泡。

塔座（含1m塔柱）施工完畢后，施工后澆帶。使用人工加高壓水槍清洗方式清洗預留后澆帶。綁扎后澆帶未完成鋼筋，使用定型鋼模作為后澆帶端頭模板，后澆帶使用C40微膨脹混凝土，6m高后澆帶一次性澆筑成型。由于澆筑過高，使用PVC管串筒輔助澆筑。后澆帶混凝土養護方式為土工布覆蓋灑水保濕。

（七）圍堰體系轉換及拆除

第一層承臺施工完畢并拆除模板后，在承臺四周與圍堰夾壁內回填1.4m砂土并壓實，在砂土上澆筑0.5m厚度C30夾壁混凝土。施工前應在夾壁混凝土與鋼板樁接觸位置涂刷一層脫模油，方便后期拔樁施工。后澆帶位置使用混凝土預制板隔檔，防止砂土進入污染預留后澆帶。預留0.1m高度供第二層承臺模板定位安裝使用。夾壁混凝土及承臺混凝土達到強度后，拆除底層支撐，準備施工第二層承臺。

第二層承臺澆筑完成，拆模養護達標后及時通知有關人員驗收，合格后圍堰內局部回填砂土至+4m并壓實，拆除影響塔座施工的內支撐，準備施工塔座。

在澆筑完承臺第一層混凝土并完成體系轉換后，使用80t龍門吊拆除底層圍檁；在澆筑完承臺第二層混凝土并完成體系轉換后，使用80t龍門吊拆除頂層圍檁；在完成承臺后澆帶施工并拆模后，回填承臺與圍堰剩余空隙空間并壓實，開展拔樁作業。

三、溫控計算

承臺施工分為兩種工況，如表2所示。

表2 承臺塔座大體積混凝土邊界條件

根據模擬結果，主塔大體積混凝土各澆筑層溫度場發展規律為：混凝土前期升溫較快，溫峰后降溫較快，后期降溫速率下降，約第3天達到溫度峰值；構件中心溫度最高，表面溫度較低；內表溫差變化趨勢與內部溫度發展趨勢基本同步，中心部位溫峰出現時，內表溫差達到最大，之后逐漸降低；下層混凝土溫度受上層新澆混凝土溫度影響。溫度計算結果如表3所示。

表3 承臺塔座大體積混凝土溫度計算結果

混凝土應力場計算結果如表4所示。工況1承臺和塔座最小抗裂安全系數分別為1.41和1.38，安全系數保證率在85%以上；工況2承臺和塔座最小抗裂安全系數分別為1.38和1.32，安全系數保證率在80%以上，均滿足現場施工要求，配合智能溫控系統，能滿足抗裂要求。

表4 承臺塔座大體積混凝土應力場計算結果

溫控措施包括：優化混凝土配合比，選擇低水化熱水泥，摻加粉煤灰和外加劑，降低水泥用量；控制混凝土入倉溫度，如搭建遮陽棚、灑水、加冰、選擇較低溫度澆筑等；使用冷卻水管，利用水循環降低混凝土內部溫度峰值；注意混凝土表面覆蓋蓄熱養護，提高混凝土表面溫度，降低溫度梯度。

四、結語

近堤岸施工尤其關注承臺對大堤沉降和周邊道路的影響。本文通過鋼板樁圍堰施工，分多層開挖，配合強支撐體系，顯著降低了環境擾動，取得了良好的社會效益。經過工程實踐驗證，溫控計算值與實測值較為相符，混凝土抗裂效果顯著，可有效指導現場施工。該工程實踐為近堤岸大型工程積累了寶貴的技術經驗。