中铁二十一局集团第四工程有限公司 西宁 810000
摘要：拱桥桩基础采用桩端后压浆技术，增大桩基端头摩擦力，可以减短桩长，降低工程造价。主拱承台和桥台属于大体积混凝土施工，除根据结构物结构尺寸进行相应的分块、分层浇筑外，并埋设循环冷却水管进行强制冷却，通过冷却水对混凝土的内、外温差进行控制，使其温差符合施工规范的要求，确保混凝土表面不出现裂缝。
关键词：箱型拱；桩端后压浆；大体积混凝土；防裂
1工程概况
海东大道三号桥位于青海省海东市乐都区。桥梁起点桩号K3+271.5，终点桩号K3+388.632，桥梁全长117米；桥梁结构形式为上承空腹式箱型拱桥，横断面布置为4m（人行道）+14.5m（车行道）+0.5m（防撞护栏）+5m（中央分隔带）+0.5m（防撞护栏）+14.5m（车行道）+8m（人行道）。
桥梁主拱圈采用C50钢筋砼箱型拱，等截面悬链线，矢跨径80m, 矢高14m, 矢跨比1/5.71，拱圈高度1.2m,箱形断面无翼缘，其中左幅桥主拱圈宽20.5m，右幅桥主拱圈宽24.5m。下部结构：拱座直接设置在承台上，承台为多面体，最厚4.0m,最薄处2.0m,承台顺桥向长21.5m,横桥向左幅桥宽23.98m,右幅桥宽26.49m，承台下设群桩基础，每个承台下设36根，桩径1.5m,其中左幅桥0#、1#台桩长33m，右幅桥0#台桩长48m，1#台桩长35m。本桥所有桩基础均采用桩端后压浆技术，以减短桩长，降低工程造价，通过压浆管道采用水泥浆对桩底进行高压注浆，增大桩基端头摩擦力。对于主拱承台（拱座）大体积混凝土施工，除根据结构物结构尺寸进行相应的分块、分层浇筑外，并埋设循环冷却水管进行强制冷却，通过冷却水对混凝土的内、外温差进行控制，使其温差符合施工规范的要求（≤25℃），再辅以表面保温、增湿，确保混凝土表面不出现开裂。
主要施工工序
1) 施工桩基础、承台、桥台、桥墩：桥台混凝土达到一定强度后进行后台填土。填土后应监测的承台位移情况。
2) 搭设满堂支架，进行主拱圈施工。每跨设置三处后浇段，待其余拱圈全部浇筑完毕后进行合拢，合拢温度不应小于10oC。
3) 待混凝土强度及弹性模量均达到100%后，拆除满堂支架，进行拱上腹拱圈施工。腹拱圈施工前应监测承台位移情况。
4) 待腹拱混凝土强度达到100%后，进行侧墙施工。
5) 全桥混凝土强度达到100%后，开始施工拱上填料、桥面铺装及人行道栏杆等二期荷载，至此，全桥施工完成。施工完成后应监测的承台位移情况。
6) 清理施工现场，通车运营。
2桩端后压浆施工技术
2.1桩端后压浆原理
本桥梁全部采用桩端后压浆技术，通过对已成桩桩底高压注入水泥浆液，经过浆液的劈裂、填充、压密等作用,使桩底沉碴及桩与桩周土间的泥皮隐患得到根除,桩与桩周土的粘结力相应提高,从而提高钻孔灌注桩的单桩承载力，减少摩擦桩长度，降低工程造价，具体工程原理如下：
（1）固化效应
桩底沉渣和桩侧泥皮与压入的水泥浆发生化学反应而固化,凝结成强度高、性能稳定的水泥土,使单位端阻力和侧阻力显著提高。
（2）充填胶结效应
由于桩端压浆时，压力不断提高，使得桩端砂土不断挤密和填充胶结，同时，水泥浆液沿侧壁向上挤压，填充了桩侧壁与桩周土之间的缝隙，也胶结了桩周土之间的缝隙及桩周土，使得桩径有所加大，侧摩阻提高。
（3）加劲效应
通过对粘土层的桩端压浆测试，挖出试桩周的粘性土可以看出，有壁裂注浆现象使得单一介质的土体，成为网状结合，分割加劲成复合土体，大大提高桩侧壁摩阻力。
（4）扩底扩径效应
桩底形成扩大头,桩表面形成紧固于桩体的10～50 mm厚水泥结石层,会起到一定扩底扩径效应。
2.2压浆管及止浆阀的设置
根据设计要求，在每根桩上设置4根DN40压浆管，压浆管长度设置于桩顶标高下5m，在桩基施工时，需要对压浆管进行特殊处理，具体处理方法如下：在压浆管端头设置止浆阀（逆止阀），确保密闭性，防止漏水。
2.3后压浆施工工艺
（1）施工准备
注浆前认真做好机具设备的检修工作，并用清水进行试运转，发现问题及时排除和修复，使其处于良好工作状态。对注浆管路系统包括接头、阀门等进行认真检查，如有破损予以更换，不好用的接头、阀门不使用，防止注浆时在较高压力下发生脱扣。
（2）浆液配置
采用P042.5普通硅酸盐水泥进行现场配置，先量测制浆桶的容量，然后按照配合比计算出每桶浆制作时候用水泥量、微膨胀剂量及水量。拌浆时，先按体积加入水，然后添加根据配合比计算出的水泥及微膨胀剂使用量。
水泥浆液水灰比严格按照0.5-0.7控制，每桶浆拌合时间不低于2min，浆液进入储浆桶时，必须用16目砂网进行2次过滤，防止杂物进入压浆管路造成堵塞现象。
（3）压浆
压浆工作应在桩基砼强度达到设计强度80%以上进行。
压浆按照一个承台全部桩基检测完成后开始，一次性按一个承台所有桩基为一组，每根桩基压浆按照4个管分三批进行压浆，分别为40%、40%、20%。压浆总体控制原则：实行压浆量与压力双控。第一批将一个承台内所有桩基按40%浆量从各自4个管道内注入，第二批按照第一批压浆的桩基顺序再注入40%，第三批按照前两批的桩基压浆先后顺序注入剩余20%。
第一循环：每根桩基压完后，间隔时间不小于2.5h，不超过3h进行第二循环；第二循环：每根桩基压完后，间隔不小于3.5 h，不超过6 h进行第三循环。第一循环与第二循环主要考虑压浆量。第三循环以压力控制为主。压浆量不宜超过75L/min。桩端压浆终止压力：根据土层性质、压浆点深度确定。对于风化岩，非饱和黏性土、粉土，宜为5.0～10.0MPa；对于饱和土宜为1.5～6.0MPa；软土取最低值，密实土取高值。达到压浆终止压力时持荷时间为5min。若注浆压力达到控制压力，并持荷5分钟，注浆量达到80％，也满足要求。
压浆过程中随时注意检查后注浆的各项工艺参数，发现异常应及时找出原因采取相应措施排除，注浆作业前后配合，统一指挥。注浆作业完毕后，对所有的机具设备，特别是搅拌机、注浆管、接头、阀门、贮浆桶等认真清洗干净，收好后施工现场，并定期进行检查、保养，保证其处于良好状态，以备下个承台注浆使用。
3承台、桥台施工
3.1承台施工与降热
本桥承台与原地面相比，埋深达到13米，在施工桩基时考虑到承台施工及桩基础施工场地问题，将承台位置土方已经基本挖除，留有约2m深承台土方。
根据结构尺寸，本桥承台分两层浇筑（见图3），先施工底层2m，在施工顶层2m。施工时严格按照相关规范处理好施工缝。
图3承台浇筑顺序示意图
（1）基坑开挖
在开挖承台基坑之前，先放出承台中心轴线的准确位置，并做好护桩，以便基坑开挖及安装模板时检查，定出基坑开挖边线。基坑边线原则上每边较设计承台周边放宽80cm，在离承台底设计标高20～30cm时改用人工开挖，达设计标高后整平并夯实基坑。
（2）承台钢筋
承台钢筋在钢筋加工场加工，现场绑扎。由于本工程工期紧，任务重，每个承台钢筋在该承台桩基检测及压浆时要求全部制作完成，达到承台钢筋绑扎条件后，集中进行钢筋绑扎施工。在安装钢筋前首先在基底面施工C20砼垫层，然后在垫层上按钢筋设计将钢筋位置用墨斗弹线标示，最后按照墨线进行绑扎成网。
（3）模板施工
模板采用组合钢模板，钢管方木配合支撑，模板缝必须夹海绵条并批腻子处理，杜绝漏浆。模板须抛光、刷脱模剂。脱模剂涂刷从一侧到另一侧依次涂刷均匀。模型加固必须牢固，必要时应在支撑底部加设木板，以增大受力面积。在灌注砼之前应对模型进行全面检查，检查的主要内容为几何尺寸、标高、板缝处理、大面平整度、接缝错台、垂直度、支撑情况等，发现问题立即处理。
（4）砼浇注
砼采用购置商品砼，由混凝土输送罐车运输，汽车泵输入，插入式振捣器振捣。砼水平分层浇筑，每层厚控制在0.3～0.4m左右。采用插入式振捣器振捣，振捣器移动间距不超过其作用半径的1.5倍，与侧模应保持5～10cm的距离，避免振动棒碰撞模板，且插入下层砼中5～10cm，振捣时应快插慢提，振捣密实，振捣密实的标志是混凝土停止下沉，不再冒气泡，表面呈平坦不泛浆。砼浇筑完成后，对混凝土裸面及时进修整、抹平，初凝后第二次压光。随后用麻袋覆盖，洒水养生。
（5）主拱座混凝土的降热保温保湿
在承台混凝土浇筑前安装埋设好循环冷却水管，以便降低混凝土内部温度。冷却水管采用32mm标准钢管，管与管之间采用与之配套的街头连接。冷却水管的安装严格按照技术交底要求进行。考虑承台降温及养护用水，分别在0#台西侧、1#台东侧设置一处高位水池，水池尺寸3×3×2m，在沟底设置一处循环蓄水池，水池尺寸4×4×2m；承台降温用水从高位水池经冷却管后排向循环蓄水池，分别在高位水池及循环蓄水池设置温度计，并派专人观测并记录水温，待循环蓄水池水温接近高位水池后再利用潜水泵抽至高位水池循环利用；该施工用水采用水车拉运至现场，水源需经试验检测，检测合格水源方能使用。承台养护采用普通薄棉毡覆盖，派专人洒水养护。
3.2台身施工
该桥桥台采用箱型桥台，其中0#台高14.58m，1#台高13.54m，顶板厚1.0m，根据桥台尺寸，该桥桥台分3次浇筑（见图4），第1、第2次浇筑5m高，第3次浇筑剩余高度及顶板，施工时严格按照相关规范处理好施工缝。
图4桥台施工顺序示意图（单位：m）
（1）台身钢筋
台身钢筋在钢筋加工场加工，现场绑扎。由于本工程工期紧，任务重，每个桥台钢筋在该承台施工完成前保证全部制作完成，达到台身施工条件后，集中劳力进行台身钢筋绑扎。
在安装钢筋前首先将承台基础面清理干净并凿毛，然后再进行钢筋绑扎，绑扎过程严格按照设计交底完成。
（2）模板施工
模板采用组合钢模板，模型加固必须牢固，模板布置必须整齐，尤其是箱型内部表面必须采用尺寸整齐划一、平整度满足要求的模板，内、外模板之间采用20mm钢筋对拉螺栓加固，为保证箱身混凝土质量，内侧模板之间粘贴双面胶镶嵌，以防止灌注混凝土时漏灰浆而影响混凝土外面质量。
箱内采用满堂碗扣式脚手架支撑系统，侧墙采取对拉螺栓加固，并支撑在内部支架上。模板表面平整，尺寸偏差符合设计要求，具有足够的刚度、强度、稳定性，且拆装方便接缝严密不漏浆。
外侧支架底部支撑范围内场地需平整并夯实，搭设钢管支架立柱在两个互相垂直的方向加以固定，支架支承部分安置在可靠的地基上。模板安装好后，检查轴线、高程符合设计要求后加固，保证模板在灌注混凝土过程受力后不变形、不移位。模内干净无杂物，拼合平整严密。支架结构的立面、平面安装牢固，并能抵挡振动时偶然撞击。模板检查合格后，刷隔离剂。
（3）砼浇注
砼采用购置商品砼，由混凝土输送罐车运输，汽车泵输入，插入式振捣器振捣。砼水平分层浇筑，每层厚控制在0.3～0.4m左右。采用插入式振捣器振捣，振捣器移动间距不超过其作用半径的1.5倍，与侧模应保持5～10cm的距离，避免振动棒碰撞模板，且插入下层砼中5～10cm，振捣时应快插慢提，振捣密实，振捣密实的标志是混凝土停止下沉，不再冒气泡，表面呈平坦不泛浆。砼浇筑完成后，对混凝土裸面及时进修整、抹平，初凝后第二次压光。
参考文献：
[1].刘兴法.混凝土结构的温度应力分析[M].北京：人民交通出版社，1991.
[2].王铁梦.建筑物的裂缝控制[M].上海：上海科技出版社，1993.
[3].朱伯芳.大体积混凝土温度应力与温度控制[M].北京:中国水利水电出版社,1998.
[4].季日臣.桩基承台大体积混凝土温度应力与防裂[J].甘肃水利水电技术，2004,40(3).
[5].田野，袁勇，夏才初.大体积混凝土基础底板温度控制[J].混凝土，2006,28(1).
论文作者:马生彬
论文发表刊物:《基层建设》2016年4期
论文发表时间:2016/6/7
标签：混凝土论文; 桩基论文; 桥台论文; 钢筋论文; 拱圈论文; 模板论文; 浆液论文; 《基层建设》2016年4期论文;