合福铁路铜陵长江大桥主桥4号墩大体积承台\塔座施工技术

摘要:介绍合福铁路铜陵长江大桥主桥4号墩大型钢板桩围堰、大型基坑开挖、大体积承台、塔座施工技术。

关键词:大型钢板桩围堰；大型基坑开挖；大体积承台、塔座；施工技术

1 概述

1.1工程概况

铜陵长江大桥为合福铁路在铜陵跨越长江的重要通道，跨江桥为公铁合建斜拉桥，跨江主桥跨布置：90m+240m+630m+240m+90m。

4#墩位于长江南岸岸坡，基础采用55根直径2.8m钢筋混凝土灌注桩，桩长为101m。承台为圆倒角矩形承台，平面尺寸为：66.4×46.0×7.0m（圆弧倒角半径为10.5m），承台底标高-1.0m。塔座平面尺寸为：55.0×30.6×3.0m（圆弧倒角半径为5.0m），塔座底标高+6.0m。主塔采用“倒Y形”混凝土塔，由上、中、下塔柱和下横梁四部分组成，塔高212m，塔底高程为+9.0m。承台及塔座主要工程量见下表：

主桥4＃墩基础结构主要工程量表

部位 项目 单位 数量

承台（含塔座） Q235、HRB335钢筋 t 2976.2

C40混凝土 m3 25703

1.2水文地质条件

4#墩桥位所在河道属于感潮河段，水位主要受长江径流控制，一般每年5～10月为汛期，11月～次年的4月为枯季，据设计水文资料，历年最高水位为+14.70m，历年最低水位+1.25m，多年平均为+6.75m；桥址断面20年一遇洪水水位+12.01m。墩位处覆盖层主要为全新统、更新统河流冲积相、湖沼相地层。

2 施工技术

2.1 总体施工方案

主桥4#墩承台、塔座为半岸半江样式，根据墩位地质、水文、地形地貌及基坑开挖深度，采用大型钢板桩围堰法施工大体积承台、塔座。主要工序包括：钢板桩围堰插打，内支撑安装，基坑开挖，桩头凿除，垫层施工，钢筋绑扎，模板安装，混凝土浇筑、养护，基坑回填，钢板桩拔除等。

2.2 大体积承台、塔座施工

2.2.1 大型钢板桩围堰

钢板桩围堰平面尺寸为69.6m×49.2m，采用拉森SP-U600×210×18热轧U型钢板桩，共计396根，24m长，桩顶标高为+8.50m，基础开挖深度为10.0m。围堰内支撑采用2HN800x300型钢和Φ800x8mm钢管桩，标高为+3.5m。围堰布置形式见下图：

初步设计中钢板桩长度为18m，顶口标高为+5.5m,考虑2010年钻孔桩施工期间实测最高水位为+11.0m，为确保承台、塔座安全施工，将钢板桩长度增加3m，顶标高改为+8.5m。更改后钢板桩围堰设计计算仍满足施工，虽然前期增加了施工投入，但从后期施工情况看，作用明显，因为塔座混凝土结束后仅9天，水位即由+5.5m上涨到+8.6m，漫过钢板桩，距塔座顶面仅有40cm，危及到现场安全施工。

2.2.2钢板桩插打

4#墩原河床标高除江测其余三面标高均为约+9.0m，插打前先将原地面清理至标高约为+7.0m，以便施工钢板桩导向架，清理为挖掘机开挖及射水冲泥配合。利用既有四周钻孔桩钢护筒焊接导向架，牛腿为2[16制作三角钢架，导向梁为2HN588×300型钢，强度及刚度均满足施工需要，导向梁顶口标高为+7.6m。支撑牛腿安装完成后，在牛腿上放出围堰内侧边线即导向梁外侧边线，量测导向框安装尺寸，保证尺寸准确，安装导向梁，焊接固定。

钢卷尺量测确定钢板桩围堰大里程侧围堰中点，确定首根钢板桩位置，TC6517塔吊喂桩，左右侧均焊接限位， 100T龙门吊机起吊DZ90液压振动锤，夹桩后调整两侧垂直度符合要求后施振，塔吊随桩的下沉同步松钩，振动时如遇到钢板桩不进尺时可将钢板桩向上拔起小段距离后再向下复振，振动至标高后停止，与导向框焊接固定，防止次根桩下沉时将其下带。首根桩插打完成。割除左侧限位，起吊下一根桩，与已插打钢板桩锁口完成吻合后塔吊松钩，在自重作用下沿锁口慢慢下落，直到不再下落为止，焊接左侧限位，开动振动锤施振，后续依此法同样下沉。钢板桩插打顺序为由围堰大里程侧中部向下游插打，待插打距离满足两台100T门吊同时作业需要时，上下游两个方向同步施打，于围堰西北角处合拢。DZ90变频振动锤，激振力为57T，自重6.16吨，满足4#墩钢板桩插打要求。

首根钢板桩插打施工大型钢板桩围堰顺利合龙

2.3.3大型基坑开挖

围堰内开挖土方约34000m3，基坑开挖以机械施工为主，人工为辅。由于原河床表面淤泥较多，大型机械初期难以操作，利用长臂挖机将地表部分淤泥清除，铺设跑板，吊PC200挖掘机入基坑，由下游逐步向上游清理地表淤泥，淤泥由挖掘机接力转出基坑，为更多机械进入基坑开挖操作创造工作面。

清理地表淤泥至标高约为+6.0m，露出硬土，铺设跑板，吊入数量较多的挖掘机分块分区域开挖，由下游向上游开挖，接力转土将土方于下游转出基坑，从而达到开挖目的。结合挖掘机有效开挖深度，整个基坑分层开挖，由+6.0开挖至+3.0m标高，内支撑标高为+3.5m，安装内支撑圈梁，焊接加固。由+3.0m开挖至约+ 1.0m，割除护筒、破除桩头，再开挖至-1.8m，达到基坑底。

基坑开挖为上游、中部、下游的顺序，分块尺寸横桥向三分之一围堰的范围。根据现场地形情况，于下游站立三台挖掘机接力出土，由上游开始开挖。随基坑分层开挖，钢护筒分层割除，高桩头同步破除。将内支撑角撑全部安装焊接完成后方开始开挖，PC200挖掘机挖余的部分由PC90小挖机与射水冲泥配合清除，角撑区域开挖完成后，将破除的桩头铺设在基坑底作为矿渣，及时浇筑垫层，形成强支护，确保基坑安全。将基坑垫层分块浇筑，及时封闭基坑底，此种施工方法在现场实践中证实是极为有效的。上游区域开挖完成后，将垫层全部浇筑。中部区域开挖，由于围堰横桥向跨度较大，且平台上设置有2台100t门吊，为确保门吊安全及防止围堰变形过大影响门吊安全使用，先安装横撑，再开挖，由于作业高度限制，PC200挖掘机操作有限，全部用PC90小挖机开挖，虽然速度稍慢，但对安全施工是有利的。同样开挖完成后及时浇筑垫层封闭基坑南北向。下游区域靠近出土地点，距离近，出土快速，先将岸侧及江测角撑全部安装完成，此时工作面有限，大部分挖掘机退场，只留4台，再逐步出基坑，为加快开挖速度，减少暴露时间，下游江测由射水冲泥出土，岸侧由挖掘机开挖出土，较短时间内完成了开挖，最后一台挖掘机由门吊吊出基坑，破除剩余桩头，浇筑垫层，完成基坑开挖。

基坑开挖施工中时刻检测钢板桩围堰、门吊轨道、门吊支腿、塔吊垂直度等处的变形发展及周边道路的变形及裂缝情况，保证施工过程中结构的安全；实测基坑开挖对围堰的变形影响，对比理论计算数据，积累施工经验。围堰顶口均匀设置28个观测点，内支撑圈梁设置28个观测点，门吊轨道设置10个观测点，每天观测6次，门吊支腿垂直度及TC6517塔吊垂直度每天观测2次，及时提供测量数据指导基坑开挖作业。开挖施工中，门吊南侧轨道变形由于围堰南侧土方卸载不及时，变形较大，门吊轨距累计变化值多达23cm，钢板桩顶口累计最大变形值约为43cm，发生于围堰上游岸侧处，此处几个测点变形值都近于40cm，内支撑圈梁最大变形值为11cm，TC6517塔吊柱脚角点最大位移值18mm，上游门吊支腿累计最大偏移量为130mm。以上数据可以看出整个围堰及周边结构变形值比较大，且主要发生于围堰岸侧，主要原因是开挖施工过程中对岸侧土压力估计不足，低估了土侧压力对基坑的影响，开挖中及时纠正错误施工方法，依据数据指导开挖，从而避免更大变形发生。

基坑开挖挖掘机接力出土 基坑开挖施工场景

2.3.4桩头破除

主桥4#墩钻孔桩直径大，桩头砼方量可满足30cm矿渣垫层需用，桩头须随基坑开挖分层完全破碎，破除的桩头及时铺设到基坑底部。

2.3.5钢筋绑扎

承台、塔座钢筋主要为φ40、φ32、φ25及φ16螺纹钢，总计约2976.2.T。钢筋绑扎施工按照规范要求施工，施工时设置支撑骨架，骨架定位牢固，支撑到位，有足够刚度，使已绑扎钢筋形成一个平面及完整整体。

2.3.6模板安装

承台设计两次浇筑，每次3.5m高，采用钢模板，无拉杆设计，组合为6mm面板+∠75角钢横肋+2[10槽钢竖肋+2[20背带+∠75角钢支撑+2[14支撑，最大分块模板高3.9m、宽4.0m。模板利用∠75角钢支撑于钢板桩上，2[14为支撑分配梁。

塔座一次性浇筑，高3m，模板除圆弧段采用15mm竹胶板新制作，其余均用承台模板改制，外侧支撑为在承台设置预埋件，拼装贝雷片支撑，顶口设置拉杆，中间及底部为外部支撑，无拉杆。

2.3.7温控措施

为减少混凝土内部水化热，降低混凝土内外温差，避免承台、塔座混凝土开裂，在混凝土内设冷却水管通水降温，冷却水管采用φ内32，δ=3.0mm的黑钢管，上下层管网交错布置。承台高度方向布置6层，塔座高度方向布置3层，高度方向间距平均为1.25m，水平距离为1.5m。管网的进出水口垂直引出混凝土顶面0.5m以上。管网的垂直进出水口相互错开，编号进行区分。混凝土浇筑前进行通水，检查不漏水。温控测试元件安装时固定牢固并与钢筋及固定架金属体绝热，平面布置为承台、塔座四分之一范围，共计11层、132个测点，测点布置依据温控计算应力场及温度场确定，测温元件连接电线固定于∠50×4内口，以免浇筑砼时损坏。引线集中布置，加以保护。

2.3.8大体积混凝土浇筑、养护

4#墩承台、塔座混凝土采用C40标号混凝土。混凝土由生产区两个2×120m3/h混凝土工厂拌制供应，浇筑采用四台HBT80C地泵及四台HGY28型布料机布料，坍落度控制为18～22cm，初凝时间：大于12h。混凝土全面分层浇筑，分层厚度小于30cm，以保证砼热量散发，当某一区域的冷却水管被混凝土完全覆盖后，将该区域的冷却水管通水，尽量减少新老混凝土的温差，防止混凝土开裂。

根据砼内部测温数据调整指导冷却水循环情况，测温频率：通水过程中进出水温度及混凝土内部温度在混凝土浇筑时约2小时测一次，后续每4小时测一次，做好相应记录。通过对测定的温度数据进行计算、分析，及时指导现场混凝土养生。总计测温天数为混凝土内部温度达到峰值后12天，第一次浇筑承台2011年5月16日结束监测，第二次浇筑承台2011年6月10日结束监测，塔座于2011年6月29日结束监测。测试循环冷却水管进出水管口温度温差均小于15°C，循环冷却水在浇筑完成20日后停止循环，混凝土表面采用洒水保湿、覆盖保温养护持续14天。

承台、塔座混凝土温度现场实测值

序号 项目 实测值

1 混凝土浇筑温度 19 ～25℃

2 混凝土内、表温差 ≤23.2°C

3 混凝土内部最高温度 58.9℃

主桥4＃墩承台、塔座温控监测结果

监测

部位 监测点 监测最高

温度（℃） 到达最高

温度用时（h）

峰值12天后监测温度（℃）

第一次

承台 第一层 37 69 30.5

第二层 50.7 56 31.5

第三层 54.1 52 32.3

第四层 43.4 28 27.4

第二次

承台

第一层 53.2 62 34.6

第二层 56.3 66 33.5

第三层 45.5 20 27.1

塔座

第一层 47.4 76 35.8

第二层 58.9 52 32.8

第三层 57.2 54 31.7

第四层 47.5 34 21.2

2.3.9基坑回填、钢板桩围堰拆除

承台、塔座混凝土养护完毕，竣工检测验收后，进行基坑回填工作，回填分两次。采用细砂作为回填材料，由长江上沙船直接吹砂至围堰内，第一次回填吹沙高度比第一次承台顶面低70cm，再浇筑50cm厚C30混凝土于钢板桩与承台之间作为内支撑替换钢支撑，强度达到20Mpa时割除钢支撑。第二次承台及塔座施工结束后，再次吹沙将墩位岸侧区域回填至原地面，拔除钢板桩，平整恢复场地。

至此4#墩基础施工结束，转入主塔施工。

3、结束语

合福铁路铜陵长江大桥主桥4#墩承台、塔座基础结构尺寸大，整个基础施工顺利，质量控制到位，符合施工规范要求。在施工过程中，发现并总结存在的问题，不断积累、不断创新，加深了对大体积混凝土结构施工工艺的理解，在较短时间内顺利完成基础施工，为同类工程更好更快的施工积累了宝贵的经验。

注：文章内所有公式及图表请用PDF形式查看。