跨铁路转体桥深基坑大体积承台施工技术

摘要：结合我标段实际情况，转体桥承台，利用水泥搅拌桩止水帷幕，混凝土灌注桩进行支护，桩顶冠梁上设置钢支撑施工深基坑，浇筑大体积混凝土，并在施工过程中取得了良好的效果。

关键词：止水帷幕深基坑大体积混凝土施工技术

Abstract: This paper is combined with the actual situation in our section. The bridge pile cap employs cement mixing pile waterproof curtain, piles of concrete support, steel supporting construction of deep foundation pit is arranged on the pile top beam, concrete, and have achieved good results in the construction process.

Keywords: waterproof curtain; deep foundation; mass concrete; construction technology

中图分类号：TL372+.2文献标识码：A文章编号：

1工程概况

112线高速公路与京沪铁路相交，交角为90.32度。相交处京沪下行铁路里程为K117＋242.5，112线主线桩号为YK78＋647.251。本工程上部结构为跨越京沪铁路主桥梁体采用两幅68＋68m的T型钢构，采用转体法施工，左右幅在铁路的东西两侧分别预制，预制完成后进行转体施工，左幅转体长度为61＋61m，右幅转体长度为56＋56m，转体角度为89.5度，转体重量分别为13500t 、12600。主墩承台最大厚度5m ，分七次浇注混凝土1460m3。

2转体承台施工工艺

2.1总体施工方案

跨铁路桥的T梁，转体处中墩（8、11号墩）承台因为靠铁路较近，且开挖深度较深，开挖深度约为5m，为保证铁路安全防止由于施工降水引起线路下沉，基坑支护采用钻孔灌注桩做支撑，桩顶设置锁口冠梁，桩间土锚喷砼，砼支护桩外侧水泥搅拌桩作为止水帷幕，靠铁路侧基坑采用双层水泥搅拌桩作为止水帷幕。转体边墩（9、10桥墩）的基坑深度较浅，开挖深度约为2m，支护桩采用I40a工字钢，密排打入，支护桩外侧采用2排φ60cm水泥搅拌桩作为止水帷幕，桩长16.5m，桩间距50cm。距离铁路较远的桥墩（7、12号墩）基坑开挖采用大开挖，尼龙袋围堰防护。中墩承台上埋设梁转体用的转盘、绞球等转体系统。

承台施工工艺：支护桩、止水帷幕施工基坑开挖凿除桩头打砼垫层绑扎钢筋支立模板浇筑砼养生坑基回填。

2.2深基坑施工

主基坑深5.5米，距离铁路16m。为了确保铁路路基的稳定及行车安全，基坑周边布设16.5m双排水泥搅拌桩止水帷幕，采用直径1m间距1.2m的混凝土灌注桩进行支护，支护桩上设1.4*1m冠梁，冠梁间垂直铁路方向设置6道钢支撑，另外在承台施工过程中加强铁路及周边建筑物沉降观测，做到了深基坑的安全文明施工。

2.2.1支护结构布置

基坑平面形状为矩形，支护体系也按照矩形布置，由于一般情况下铁路路基与地表存在高差，靠铁路侧一般采用二级支护，尺寸确定以不影响承台施工为原则，一般支护桩距承台边1.3～2m，一级支护桩与二级支护桩距离不小于50cm。

2.2.2焊接支撑

支撑共设置两道，第一道支撑布置在距冠梁腰部，第二道支撑布置在高出承台顶面50cm处。

支撑用腰梁采用双层Ⅰ40b工字钢并排焊接而成，工字钢用30×30×10mm厚钢板每隔1m满焊连接，腰梁下设牛腿，牛腿用[10槽钢，间距2m，采用壁厚10mmΦ426螺旋焊管作为四角斜撑，采用壁厚14mmΦ600无缝钢管连接活络头作为内支撑，利用活络头施加预加应力。

2.2.3基坑支护计算

a、b两点中，a点压力最大，即最不利位置。

基坑底的水平压力Pa为：Pa=γhtg2(45°-φ/2)

下支点a 点处主动土压力荷载q为：q=Pa·L

在土压力三角形荷载作用下，下端支点反力为：Ra=ql1/3

其中γ=18.2KN/m3,h=5.145m, φ=20°,L=0.4m, l1=0.8m将数值代入上式得:Ra=34.36KN，σ=Ra/A=34.36/3.14*0.3*0.3=121.59MPa

基坑受力稳定。

2.2.4开挖

开挖分三期进行，在支护桩施工完毕后进行一期开挖，开挖深度为1.5m，然后焊接第一道支撑，锚喷防护砼，焊接完成后进行二期开挖，开挖至第二道支撑以下0.8m处，再接着焊接第二道支撑，锚喷防护砼，焊接完成后进行三期开挖，开挖至比设计承台底标高低30cm处，浇注垫层砼，并锚喷防护砼。

挖土和支撑的架设施工过程必须紧密配合，挖土过程要保证安全的前提下，迅速为支撑施工创造工作面，支撑结构必须能较快地产生整体刚度或预紧力，两者配合就能较好地利用施工中的时空效应，有效地控制围护体系在受力后的变形。施工中切不可超挖和不及时施加支撑，土方施工要求分层均匀高效，以使支护结构处于正常的受力状态。

2.2.5封底

封底混凝土一是防水渗漏，二是抵抗土压力在支护桩底部形成的弯曲应力，三是作为承台的承重底模。因此，封底混凝土灌注也是施工成败的一大关键。施工中拟采取以下措施：

①适当提高封底混凝土的强度级别，另外掺入高效复合减水剂，起到减水、提高和易性及早强的作用。

②提高混凝土坍落度，将其控制在18～20cm。

③采取从一端推进的方式灌注。

④提早备足砂石等材料、维修机械设备，保证混凝土快速施工，尽量缩短工序时间。

2.2.6解除支撑

承台施工完毕后，在靠铁路侧支护桩与承台之间设置临时支撑，利用承台作为临时支撑面，支撑采用15×15cm方木，在每个支护桩处水平设置。

临时支撑施工完毕后利用千斤顶撤销预加应力，割除支撑及腰梁，解除支撑，解除顺序为：撤销预加应力—割除横撑—割除四角斜撑—割除腰梁，横撑及四角斜撑割除时都先切割铁路远侧，然后再割除铁路近侧。

2.3基坑排水

天津地区地下水位很浅，场区浅层地下水类型主要为第四系潜水，坑开挖期间在雨季时，基坑周边做围埝，以防雨水流入基坑内。

基坑排水：采用降水井排水，在基坑内根据设计位置挖降水井，并在周围挖边沟，使其低于基坑底面30～40cm。抽水采用抽水机。抽水时需有专人负责汇水井的清理工作。

东侧铁路边沟因在基坑开挖范围内，施工时与铁路部门沟通，将其临时改移，位置沿预制场地外侧2米处，施工结束后按原状恢复。在施工期间安排专人对铁路边沟定期疏通、修缮，保证铁路边沟畅通。

2.4凿桩头、检桩

确定承台底标高，并按设计图纸将桩顶混凝土凿至相应标高。

凿桩头完成后，即进行桩基检测。所有桩基均进行检测，合格后方可进行下道工序施工，若不合格，应立即处理。

2.5基底检验及测量定位

基坑开挖至标高后，立即对基坑进行隐蔽工程检查，检查内容为：基底平面位置、尺寸、标高是否符合设计图纸；基底的承载力是否满足设计要求；确定地基土层是否能保证墩台的稳定；基底无积水、杂物，净洁。合格后及时进行垫层施工。

2.6绑扎钢筋、立模板

由测量人员放出垫层线及标高，支立侧模，浇筑一层10cm厚的素混凝土垫层，待垫层有一定强度后，放出承台边线，按照图纸几何尺寸在垫层上弹出底排钢筋位置线并绑扎钢筋，钢筋绑扎必须牢固，保证在砼浇筑过程中不移位。

钢筋在进场前按规范要求进行抽检，杜绝不合格品进场。进场的钢筋全部堆放在钢筋棚内，在钢筋加工厂内加工。钢筋在钢筋加工厂进行放大样加工，主筋连接采用双面搭接焊，钢筋绑扎时钢筋接头错开35d，但最少不小于1m，钢筋加工严格按图纸进行，同时满足施工规范要求。

承台的模板用小钢模板拼装，内侧打磨光滑，刷脱模剂，外侧用φ50钢管竖向、横向支撑，加固间距为0.6m，模板内侧采用内拉片，拉片一端点焊固定于承台钢筋上，一端固定于钢模缝中，上下设置两道，模板与钢筋间用垫块支垫，保证承台钢筋保护层厚度。

模板加固完成后，由测量人员放出墩柱边线，根据墩柱几何尺寸及高度搭设支架，预埋墩柱钢筋，墩柱钢筋与承台钢筋间点焊固定成整体。确保墩柱钢筋位置准确。

2.2混凝土浇注

上下承台共分7次浇筑，第一步浇筑2.6m至下球铰骨架底面位置，第二步浇筑至4m位置将球铰骨架固定牢固，第三步安装下球铰后浇筑混凝土，下转盘施工完成。第四步浇筑千斤顶反力支座。第五步安装上球铰后绑扎上转盘钢筋、预埋牵引索钢绞线，第六步施工上承台，转体完成后进行后封闭施工浇筑第七步混凝土。混凝土采用商品混凝土，运输采用混凝土输送车运送，在运行中以每分钟2～4转的转速进行搅拌；卸料前以常速再进行搅拌。砼浇筑通过滑槽送至承台内，采用插入式振捣器振捣密实，设专人负责检查支架、模板、钢筋和墩柱预埋钢筋的稳定情况，发现问题，立即处理。浇至设计标高后，振捣时观察砼不再下沉，表面泛浆，水平有光泽即可缓慢抽出振捣棒，对承台顶面进行抹面及二次收光，墩柱范围内的承台面作刷毛处理。砼养护采用草袋加塑料薄膜覆盖法，洒水养生，养护时间不少于7天。当砼达到一定强度后拆模。

3 承台大体积混凝土温控防裂措施

主墩承台最大厚度5m ，七次浇注混凝土1460m3，属于大体积混凝土施工。从以往大体积混凝土的施工经验可知，大体积混凝土在施工过程中，由于混凝土量大，水泥的水化热热量大，在混凝土内外散热不均匀以及受到内外约束的情况下，在混凝土内部产生较大的温度应力，导致混凝土发生开裂。因此，大体积混凝土施工中的温度控制是防止混凝土开裂的关键。

温差控制原则：混凝土的中心温度与表面温度的差值不得超过25℃；混凝土表面温度与环境空气最低温度的差值不得超过25℃；冷却水管之间混凝土最高温度与冷却水温度的差值不得超过25℃。温控防裂措施为：

3.1控制温度升降速度，防止出现过大温度应力

①选用低水化热水泥，降低混凝土内部热量：选用普通硅酸盐42.5级水泥。

②掺加缓凝剂，推迟水化热的峰值，混凝土缓凝时间可推迟8～10小时，从而延缓水泥的水化速度。

③掺加粉煤灰，降低水泥用量，减少水泥水化热。

3.2选择合理的浇筑工艺

①浇筑方法：浇筑方法采用“斜面分层、薄层浇筑、连续推进、一次到顶”的方案。

②振捣：根据混凝土自然形成的流淌斜坡度，在浇筑带前、后各布置2道振捣器，随着混凝土向前推进浇筑，振捣器相应跟进。

③表面处理：混凝土浇筑约3～4h后，先按设计标高用长括尺初括平，后在混凝土初凝前用木蟹打压实，最后用铁抹刀抹光。

3.3“内排外保”，减少混凝土内外温差

根据国内外经验，大体积混凝土内外温差控制在25℃以内，可避免混凝土出现温度收缩裂缝，为此拟采取以下措施：

①“内排”：尽快排出混凝土内部热量，降低混凝土内部温度，需埋设散热管，采用φ80mm冷却水管。水管布置于砼的不同层面，本承台布设3层，上下间距1.2m，水平间距1.5m。冷却水管设置一个进水口，一个出水口。在通水冷却过程中，要求水的流量不低于15升/分钟，浇注时即通水。混凝土达28天后用同标号混凝土将散热管灌实。

②“外保”：在混凝土表面采取保温措施，控制混凝土内外温差及表面与空气温差，避免出现深层裂纹和表面裂纹。在混凝土顶面采取两种保温措施：本承台在夏季施工，散热管内水温较高，一般超过40℃，待混凝土终凝后将抽换的热水覆盖混凝土表面，既可保温，又作养生。

3.4改善混凝土的性能和施工工艺，提高混凝土抗裂能力

①采用干净的砂、石料，含泥量分别控制在3%和1%以下。

②掺加高效缓凝减水剂，配制自密实流态混凝土，既减少混凝土用水量，又能延缓终凝时间，同时增加混凝土前期强度，防止混凝土发生开裂。

③掺加一定粉煤灰，除减少水泥用量外还能增加混凝土的抗渗、抗裂能力。

④优化施工工艺，提高混凝土抗裂性能。采用全面分层的方法浇注，每层厚度控制在0.5m，浇注顺序由一端往另一端进行，混凝土连续浇注。加强混凝土的捣固，增加混凝土密实度。

4 结束语

为确保铁路路基的稳定及行车安全，在基坑四周采用灌注桩加冠梁，基坑内采用钢管进行支护。采用水泥搅拌桩止水帷幕，采取多种措施防控混凝土开裂，工程在施工转体桥承台方面积累了宝贵经验。为转体桥转体成功打下坚实基础，

参考文献：

[1] 公路施工手册. 北京人民交通出版社. 1999.11

[2] 公路桥涵施工技术规范. 人民交通出版社. 2000

[3] 国道112线高速公路天津东段工程施工图纸设计说明