简支T 梁桥水中承台施工技术研究

杨登峰 李鸿强

（新疆兴亚工程建设有限公司，昌吉 831100）

1 引言

高速公路桥梁大规模建设的大背景下， 部分桥墩的水中施工环境逐步趋于复杂化，不利于桥梁施工作业，且水中承台施工是全桥的关键环节， 甚至在很大程度上决定工程质量[1-2]。 承台的施工有多种方法，例如，水中低桩承台的施工方法有：筑岛法、钢板桩围堰法、钢吊箱法。根据不同的施工场景，灵活运用不同的施工方法，例如钢吊箱法一般用于建设水中高桩承台[3-4]。 本文以某大桥T 梁+水中承台的结构为工程背景， 首先对大桥水中承台的施工工艺进行了总结分析，然后运用ANSYS 建立了有限元模型对承台各构件进行了模拟计算， 验证了3 种工况下各构件的偏移量，给实际工程施工提供参考。

2 工程概况

某大桥采取了T 梁结构+水中承台的结构：上部分为先简支梁后连续T 梁与连续梁搭配使用的组合， 两端分别铺设的梁单根均为30 m，左端使用了6 根，中间为现浇变截面混凝土的连续梁，右端使用5 根。才桥身下方的主墩已经漫入水中， 其承台在垂直桥面尺寸方向的长度为11 m，在平行桥面尺寸方面长度为9 m，高3.5 m。下方配置钻孔柱，每边各配置4 根，柱身直径为2 m。 施工现场建设大型作业平台的可能性较小， 为了充分利用现有的施工作业平台， 施工方选择采用钢板桩围堰法进行主墩水中承台的建设。 图1 展示了现场施工平面布置图。

大桥8#、9#墩围堰平面垂直桥面尺寸方向的长度为30 m，在平行桥面尺寸方面长度为12 m，在其四周分别预留1.5 m 的工作面。 实际埋设的桩采用国产拉森Ⅳ型钢板桩。 8#墩承台在垂直桥面尺寸方向和平行桥面尺寸方面的桩尺寸分别为12 m 和9 m，9# 墩承台在8# 墩承台所采用的基础上分别增加3 m。钢板桩平面布置如图2所示。

3 承台施工技术研究

图1 大桥水中承台施工平面布置图

图2 钢板桩围堰平面布置图

该承台全部是由现浇混凝土浇筑而成， 并且承台的体积较大， 容易产生温度裂缝， 为了防止这种裂缝的出现，选用用水化热较低的水泥，这种水泥最好具有含泥量底、颗粒级配好的特点，并且在搅拌的过程中尽量降低配料的温度。为了降低温度可以采取如下措施：选择分层浇筑的方法，同时在承台混凝土内设置循环冷却水管降温，也可以用堰内回灌蓄水保温等方法使承台内承台外的温差始终保持在25℃以内。 此外， 钢筋定位采用内部排架支撑的方法。

为浇筑混凝土方便， 在施工的过程中要建立浇筑平台，以便混凝土灌车的运输，并且设置布料的走道，方便将布料运送到各个指定位置， 同时为了安全起见也要建立防护栏杆。

3.1 绑扎承台钢筋

为了确保承台上下两层钢筋的间距， 采用架立筋和型钢相结合的支撑方式， 同时安排专人有序地垫好钢筋保护层垫块，垫块的制作要求十分严格，要有足够的设计强度和放置数量，才能保证垫块的保护作用，同时要将垫块与钢筋牢牢相连，并检查有无遗漏。然后监理验收绑扎完成的钢筋，确认符合要求后，进行混凝土的浇筑。 因为在混凝土浇筑的过程中很容易出现钢筋及预埋件移位、混凝土污染等问题，因此浇筑全程都必须有专人值班，出现问题随时处理。做好挂篮零号块钢管支架预埋件、墩柱预埋主筋及防雷接地钢筋的安装； 钢筋绑扎中可以出现细微的偏差。 接头长度区段内受力主筋焊接头面积在受压区小于或等于一半的总截面面积， 主钢筋绑扎接头面积在受拉区小于或等于1/4 的总截面面积， 在受压区小于或等于一半的总截面面积。 钢筋连接方式采用电焊焊接，对于部分确实无法采用焊接的直径小于25 mm 的钢筋部位，可以采用绑扎搭接的方法，为了使钢筋骨架在浇筑混凝土的过程中不发生松动， 钢筋骨架首先要在确保有足够刚度的前提下结实绑扎在正确的位置上， 一定不能有错位、扭曲，并且保护层的厚度也要符合规定，这样能够保证混凝土浇筑的顺利进行， 避免因浇筑暂停而形成施工缝。同时不能在钢筋骨架上行走、运输材料以对其进行全面保护。

3.2 冷却水管安装

通过埋设冷却水管的方式可以降低混凝土内温度，避免形成温度裂缝。 这一工序的具体施工过程是绑扎钢筋和安装冷却水管同时进行， 冷却管要连接进出水管和水泵，并且做到绝对的密封。对铺设完成的冷却水管进行检验，检查它是否渗水，以此来确定冷却水管是否铺设成功。同时也要在承台的四周和中间建立测温点，测量进出口的水温，以确定内外温差。冷却管并不是一个独立铺设的系统，它必须与钢筋骨架相连，这样可以避免在浇筑混凝土的过程中发生水管移位现象。 在浇筑混凝土前还要检查冷却水管的畅通性和密封性。 避免出现漏水或者是发生阻塞导致水管爆裂现象。

3.3 安装承台模板

对于承台模板，要求该模板有足够的强度和刚度，因此采用钢模板，并建立起稳固的支撑系统。 使用前，要在模板和混凝土接触的表面上涂刷上一层隔离剂， 以便日后模板的拆除。模板是预制的，先将模板的底口用水泥砂浆找平，并按照顺序进行安装固定，从而建立起承台模板的纵模龙骨及支撑系统。安装完成后，要把模板内清理干净， 再用水泥砂浆把模板的底部外侧和垫层的接口处封闭起来。然后进行混凝土浇筑。在浇筑过程中一定要有专门的负责人全程看守，一旦发现有支架松动、模板变形，要及时进行加固处理。拆除模板的时候一定要小心谨慎，避免模板的拆除引起混凝土的破坏。 拆除后的模板不能随意堆放，应在清理后整齐堆放在固定的地方，防止模板变形。

3.4 承台大体积混凝土浇筑

浇筑前首先要按照规定制作混凝土试件并进行强度检查，确定强度合格后，再进行正式浇筑。 因为浇筑面积比较大，所以在浇筑的时候采用分层浇筑的方法，保证每层的厚度在30 cm 左右。 相邻两层的浇筑时间间隔要尽量短，以免出现施工缝。为了使新旧混凝土能够良好地结合， 在上层混凝土振捣时， 要将振动棒插入下层混凝土5～10 cm。另外，为了避免混凝土发生离析，浇筑的时候要采用串筒或溜槽的方法。

混凝土浇筑的过程中容易出现产生气泡或者混凝土浇筑不能够连续不断的输出问题， 这可能是因为管道不够润滑的缘故，因此在开始浇筑混凝土之前，先泵送一部分水泥砂浆， 以润滑管道， 再进行正式的混凝土泵送作业。 作业完成后，要及时排出管道里残留的混凝土，并将管道清理干净，以保证下次使用时管道的顺滑。 同时，为了保证混凝土浇筑过程中保持连续性的要求，需准备1台备用的泵机，以保证在一台泵机出现故障时，使用备用泵机保证混凝土浇筑的正常进行，满足浇筑需要。 同时联系好2 座混凝土搅拌站，一座供应混凝土，另一座备用。

4 承台吊装及下放的有限元分析

根据工程实际情况取3 种工况计算， 不同工况受力分析如图3 所示。

图3 不同工况受力示意图

采用ANSYS 大型有限元分析软件进行建模，图4 展示了整体模型。

图4 整体模型图

4.1 边界条件

为方便建模， 将实际上约束复杂的条件进行等效替代并适当进行简化。 对顶部的吊带约束通过与下部承台节点连接来进行处理。 由此，本模型总体自由度为2。

4.2 计算结果

从各部位位移看，侧板的位移最大值为4.75 mm；而底板为7.37 m、吊带为4.33 mm、内撑为552。从各方向位移值观察，各方向最大位移均发生在工况3 的情况，而x方向的最大位移3.77 mm 产生于侧板处；y 方向的最大位移也产生于侧板处， 位移量为4.75 mm；z 方向的最大位移产生于地板处，位移量为7.37 mm。 通过与规范进行对比，其偏移量都属于正常偏移。

工况3 因为承台主体放置于水中， 承受了较大的水压力， 而在实际受力中也有水给予承台向上的一定的浮力，所以其最终呈现出整体偏移量过大，而z 方向位移量反常变小的结果。 计算见表1～3 及图5～7 所示。

表1 x 方向最大位移

表2 y 方向最大位移

表3 z 方向最大位移

图5 各构件不同工况下x 方向最大位移值图

图6 各构件不同工况下y 方向最大位移值图

图7 各构件不同工况下z 方向最大位移值图

不论在何种方向， 内撑方向的偏移量始终是呈现逐渐增加的情况。而x 和y 方向的侧板位移量较大，其底板和吊带的偏移量较小，两者不同的是，前者是除底板方向的位移先大后小外，其余方向都是呈增大趋势，而后者是吊带位置。 就z 方向而言，其底板偏移量最大，吊带和内撑的偏移量最小，其侧板、吊带同时呈现先大后小，而底板偏移量稳定增加。

5 结论

大桥水中承台施工难度相对较大， 施工方案的选择应与施工现场的具体情况相适应， 同时在施工的全过程中都要采取相应的质量把控措施，全面确保施工质量。本文详细阐述了与大桥承台施工有关的施工工艺， 运用ANSYS 建立有限元模型对承台各构件进行相关性能的检验计算， 结果表明内撑方向的偏移量始终是呈现逐渐增加的情况，且x 和y 方向的侧板位移量较大，其底板和吊带的偏移量较小， 不同构件的偏移量均处于规范正常偏移范围，给实际工程施工提供了一定的指导。