近堤岸超大型承台施工关键技术

郑华凯 唐俊 李忠育

（1.江苏省交通工程建设局，江苏 南京 210004；2.中交二航局第二工程有限公司，重庆 401121）

一、工程背景

龙潭过江通道主桥为主跨1560 m 的双塔单跨钢箱梁悬索桥。南塔承台设计采用哑铃型，平面尺寸为78.95m×40.5m；两个承台之间采用系梁联成整体，系梁与承台等厚，均为6m，承台采用C40混凝土，共16232m3；塔座平面尺寸为26m×21m，厚度4m，台座采用C40混凝土，共3336m3；垫层混凝土厚0.5m，采用C30混凝土，共3610m3。

图1 承台总体布置图（单位：cm）

承台临近长江大堤，南塔承台基坑距离长江大堤坡脚最小直线距离为19.7m，深基坑支护防护要求高；承台平面尺寸大（面积2416.33m2），厚度大（6m），温控防裂要求高；基坑开挖深，挖土方量大，施工组织难度大。国内目前工程实践较少，有关技术亟待深入研究[1-5]。

二、施工工艺

（一）钢板桩施工

承台桩基施工前，先期设置大堤防护桩，并在长江大堤堤脚处设置高喷防渗墙，在沿岸线500m范围内的水下岸坡做水下抛石防护。承台基坑采用钢板桩围堰支护，原地面标高+6.5m，基坑底标高-2.5m，基坑开挖深度9m，开挖土方约2.855万m3。围堰内轮廓尺寸为82.79m×44.34m，采用两层水平支撑体系。钢板桩围堰采用SP-Ⅳw型拉森钢板桩，长18m。围檩高程分别为+5m、+1m，顶层围檩为2HN700mm×300mm，底层围檩为4HN700mm×300mm。内支撑分别采用φ1400mm×16mm、φ1000mm×12mm、φ800mm×10mm钢管，联系撑使用φ426mm×6mm钢管，C30垫层混凝土厚度为0.5m。

桩基施工完成后立即插打江侧及下游侧钢板桩，从下游靠岸侧角点开始，从两个方向往上游江侧合拢，根据桩基完成先后顺序调整插打起点。严格控制第一根钢板桩的垂直度和平面位置。岸侧及上游侧在+6.5m土体开挖至+5.5m后，插板机位于基坑范围外开始插打作业。

（二）基坑开挖

基坑分四次开挖，分别为+6.5m～+5.5m，+5.5m～+4m，+4m～+0m和+0m～-2.5m。岸侧及上游侧钢板桩插打施工前，采用机械破除表层混凝土，开挖土层至+5.5m标高，由渣土车转运至指定弃土场。除围堰平面位置内区域开挖至+5.5m外，为防止围堰上下游土体对围堰产生不平衡土压力，围堰上游侧外部区域需要降低土体标高至+5.5m后卸荷，根据实际施工需要，上游侧降低+5.5m标高平台，宽度为26m。挖掘机及渣土车由承台系梁位置及上游侧分别进入基坑范围施工，分两个开挖作业面，每个作业面配置2台挖掘机和3台渣土车。

在钢板桩插打完成后开始+5.5m～+4m基坑土体开挖。此层开挖到+4m标高后，及时施工第一层内支撑。开挖分为上游、下游两个作业面。先开挖离运输通道较远区域的土体，渣土车进入基坑装土；后开挖施工通道处土体，其中上游侧只开挖影响围檩安装的部分土体，系梁位置则全部开挖。

第一层内支撑施工完毕后研究+4m～+0m基坑土体。首先需要回填上游侧通道土体，放坡修建便道。开挖有效作业高度为4.5m（+4.5m～0m），使用常规挖机作业，需要全程专人监督，严禁挖机碰撞第一层围檩结构。挖机由上游侧开挖通道进入基坑内作业，作业面内4m高度分两层阶梯开挖，保证开挖安全。先开挖离运输通道较远区域土体，渣土车进入基坑装土；剩余运输通道区域土体开挖时，上游侧渣土由坑内挖机开挖接力转运至基坑上游边缘，长臂挖机在上游基坑外平台装载渣土。

底层支撑施工完毕后开始+0m～2.5m基坑土体开挖。开挖有效作业高度为3m（+0.5m～2.5m），需要全程专人现场管控，严禁挖机碰撞第二层支撑体系。

（三）基坑降排水

基坑顶面设置反坡排水，钢板桩顶口高出四周地面0.5m，可阻挡四周流水进入基坑，在围堰四周土体设置反坡防止积水浸泡。开挖过程中，在开挖作业面四周适当位置开挖临时排水沟及集水井，使用抽水设备外排基坑内存积水至基坑外排水体系，经沉淀后外排。垫层浇筑完成后，在基坑坑底两侧设置排水沟，排水沟断面尺寸深0.1m、宽0.2m，排水沟边缘距钢板桩距离30cm，排水沟坡度不小于0.3%；4个角点位置各设置一个平面尺寸1m×1m、深1m的集水井，集水井底部铺设碎石滤水层。用水泵将坑底积水排至基坑外，经沉淀后外排。

布置9口降水井即可满足要求，但考虑整体安全，在下游侧增设1口备用井。如图2所示，每口井出水量270m3/d，总涌水量2430m3/d，可以将水位降低至施工要求水位。

图2 承台深基坑降水管井布置图（单位：cm）

按照《建筑基坑支护技术规程(JGJ120-2012)》要求，考虑淤泥质粉质黏土地层变形较大，Ψw取1.4，计算取降深范围内最不利淤泥质粉质黏土的压缩模量Esi为3.65MPa。根据土层沉降计算公式得到大堤位置、下游侧道路和电力设备处的土层沉降值，如表1所示。

表1 环境敏感区各位置土层沉降

此次计算沉降大堤沉降为1.9mm，降水对大堤影响较小.沉降量与降深密切相关，施工过程中应做好按需控制降水，满足施工要求，避免降深过大。同时加强对长江大堤的监控监测。

（四）支撑体系施工

支撑体系分为顶层支撑体系和底层支撑体系。

顶层围檩安装时需要首先安装支撑牛腿，围檩结构吊装于支撑牛腿上拼接。根据牛腿设计的标高和位置开挖，当牛腿位置露出后，由测量人员测放牛腿标高，焊接安装牛腿，牛腿材料选用工56a型钢，长0.9m。牛腿焊接牢靠，焊缝满足设计要求。

顶层内支撑设计在系梁位置采用Φ1400mm×16mm对撑钢管，长度为42.55m；四角处采用Φ800mm×10mm斜撑钢管，长度分为4.9 m、1 4 m 和2 3.6 m。其中Φ1400mm×16mm对撑钢管分两段安装，为先安装中间对撑，再安装斜撑及其他联系撑。在钢护筒上焊接三脚架临时支撑顶层内支撑，内支撑接头处使用法兰连接，最大吊重为13t，设置4个吊点。

底层牛腿施工安装方式与顶层支撑相同。底层围檩设计为四拼HN700mm×300mm，江岸侧80.55m，上下游侧43.5m。按双拼吊装，其中岸江侧围檩分块加工为长度38m和42.55m，在牛腿上拼接；上下游侧围檩按双拼整体吊装，最大吊重18.8t，设置4个吊点，围檩对接处按有关要求错开一定距离。

底层内支撑设计在系梁位置采用Φ1400mm×16mm对称钢管，长度为42.55m；四角处分别采用：Φ1000mm×10mm斜撑钢管，长度为23.6m；Φ800mm×10mm斜撑钢管，长度为4.9m、14m两种规格。

（五）垫层混凝土施工、护筒割除及桩头破除

基坑开挖至-2.5m后，及时修整基坑底，施工0.5m垫层混凝土。垫层混凝土采用泵送方式浇筑，泵车停放位置为岸侧硬化场地。浇筑过程中，人员进入施工基坑实施振捣，保证混凝土浇筑质量。

垫层浇筑完成后割除护筒，破除桩头。桩头采用环切法施工，测量放样护筒割除标高。第一条切割线可以略高于桩头标高，减少护筒损耗，不过高要求切割精度，切割后使用龙门吊调离护筒，在上游侧平台使用平板车装运至后场堆放场地；第二条切割线严格遵循放样标高，保证桩头嵌入承台20cm，该节短护筒需要切割成块从桩头剥离，属于损耗材料。

在切割线以上用风镐剥离混凝土，露出桩顶钢筋，使钢筋与混凝土彻底脱离。利用钢钎处理桩头，桩芯标高不低于设计标高，利用80t龙门吊垂直稳定起吊桩头。人工凿除桩基钢筋内侧多余混凝土，清除桩头浮渣，调整桩头钢筋。

（六）承台浇筑施工

承台分两次浇筑，第一次浇筑2m，第二次浇筑4m。承台浇筑完成后再浇筑塔座，最后浇筑承台后浇带。

承台每层模板高2m，模板之间使用M16螺栓连接，模板内部加固使用拉杆焊接拉筋方式。承台顶面与塔座接触范围内，采用表层涂刷缓凝剂、高压水冲毛工艺处理。塔座模板安装完成后安装塔柱底节模板，塔柱模板放置在垫块之上，保证塔柱底节模板底口与塔座混凝土顶面标高齐平。在塔座侧模上增设混凝土透水模板布，确保混凝土表面多余的空气和水顺利排出，避免产生气泡。

塔座（含1m塔柱）施工完毕后，施工后浇带。使用人工加高压水枪清洗方式清洗预留后浇带。绑扎后浇带未完成钢筋，使用定型钢模作为后浇带端头模板，后浇带使用C40微膨胀混凝土，6m高后浇带一次性浇筑成型。由于浇筑过高，使用PVC管串筒辅助浇筑。后浇带混凝土养护方式为土工布覆盖洒水保湿。

（七）围堰体系转换及拆除

第一层承台施工完毕并拆除模板后，在承台四周与围堰夹壁内回填1.4m砂土并压实，在砂土上浇筑0.5m厚度C30夹壁混凝土。施工前应在夹壁混凝土与钢板桩接触位置涂刷一层脱模油，方便后期拔桩施工。后浇带位置使用混凝土预制板隔档，防止砂土进入污染预留后浇带。预留0.1m高度供第二层承台模板定位安装使用。夹壁混凝土及承台混凝土达到强度后，拆除底层支撑，准备施工第二层承台。

第二层承台浇筑完成，拆模养护达标后及时通知有关人员验收，合格后围堰内局部回填砂土至+4m并压实，拆除影响塔座施工的内支撑，准备施工塔座。

在浇筑完承台第一层混凝土并完成体系转换后，使用80t龙门吊拆除底层围檩；在浇筑完承台第二层混凝土并完成体系转换后，使用80t龙门吊拆除顶层围檩；在完成承台后浇带施工并拆模后，回填承台与围堰剩余空隙空间并压实，开展拔桩作业。

三、温控计算

承台施工分为两种工况，如表2所示。

表2 承台塔座大体积混凝土边界条件

根据模拟结果，主塔大体积混凝土各浇筑层温度场发展规律为：混凝土前期升温较快，温峰后降温较快，后期降温速率下降，约第3天达到温度峰值；构件中心温度最高，表面温度较低；内表温差变化趋势与内部温度发展趋势基本同步，中心部位温峰出现时，内表温差达到最大，之后逐渐降低；下层混凝土温度受上层新浇混凝土温度影响。温度计算结果如表3所示。

表3 承台塔座大体积混凝土温度计算结果

混凝土应力场计算结果如表4所示。工况1承台和塔座最小抗裂安全系数分别为1.41和1.38，安全系数保证率在85%以上；工况2承台和塔座最小抗裂安全系数分别为1.38和1.32，安全系数保证率在80%以上，均满足现场施工要求，配合智能温控系统，能满足抗裂要求。

表4 承台塔座大体积混凝土应力场计算结果

温控措施包括：优化混凝土配合比，选择低水化热水泥，掺加粉煤灰和外加剂，降低水泥用量；控制混凝土入仓温度，如搭建遮阳棚、洒水、加冰、选择较低温度浇筑等；使用冷却水管，利用水循环降低混凝土内部温度峰值；注意混凝土表面覆盖蓄热养护，提高混凝土表面温度，降低温度梯度。

四、结语

近堤岸施工尤其关注承台对大堤沉降和周边道路的影响。本文通过钢板桩围堰施工，分多层开挖，配合强支撑体系，显著降低了环境扰动，取得了良好的社会效益。经过工程实践验证，温控计算值与实测值较为相符，混凝土抗裂效果显著，可有效指导现场施工。该工程实践为近堤岸大型工程积累了宝贵的技术经验。