隨著經濟的發展，許多大型基礎建筑設施拔地而起，基礎施工技術直接關系著它們的使用壽命與人民生命財產的安全，因此基礎施工技術需要有效的管理與監督，本文以黃河特大橋基礎施工技術為例，對此進行探討。

　　《建筑施工》于1979年創刊,其內容套萃精英、博采眾長,凸現中華建筑施工之大成,是中國自然科學建筑類核心期刊,近期又被評為"中國期刊方陣"的社會效益、經濟 效益好的"雙效"科技期刊。雜志向以實用著稱,主要介紹國內外最新的建筑施工、設備安裝、建筑材料、飾面裝潢和工程質量事故防治經驗:報道國內重點工程 中"高"、"大"、"深"、"重"的施工新技術以及科學實驗新成果:主要欄目有:"地基基礎"、"結構施工"、"裝飾技術"、"建筑機械"、"工程質量與 安全"、"建筑經濟與管理"等,可供工程設計、建筑施工、基建、科研、建設監理和大專院校等單位及專業人員參考應用。

　　本文介紹了黃河特大橋超大超深拱座巖石基坑爆破開挖與大體積混凝土基礎的施工技術與質量控制，包括爆破分層、出碴方法，混凝土施工的分層與澆筑方案、深基坑開挖質量控制要點和大體積混凝土水化熱分析與現場質量控制。

　　1.工程概況

　　1.1結構介紹

　　準朔鐵路黃河特大橋位于河曲縣龍口水庫上游6.5Km，屬于庫區范圍。

　　該橋由引橋及鋼管拱主橋組成，全長655.53m。橋跨布置形式為(2×24m+3×32m)預應力混凝土T梁+1×380m上承式鋼管混凝土拱+(2×32m+2×24m)預應力混凝土T梁。

　　主橋采用鋼管提籃拱結構形式一跨跨越黃河，拱座尺寸為35×23.6×20.3米，基坑最大開挖尺寸49.4×45.5m，基坑開挖深度40m，開挖量共計土方3500m3，石方94318m3，屬于深、大基坑爆破開挖。

　　1.2地形地貌

　　橋址處河道橫斷面成U型,河道上口寬330米，下口寬300米，兩岸懸崖陡壁，岸邊高出河底約65米;蓄水水位線標高898.25m，超出基底標高1m。5#拱座位于東岸，距離河岸線25.52m，為臺階狀地形;6#拱座位于西岸，距離河岸線11.38m，處在沖溝溝底，基礎兩側為陡坡，高約40m。

　　1.3氣候水文條件

　　施工地區屬中溫帶亞干旱區，區內降雨稀少，氣候干燥，夏季炎熱，冬季寒冷，冬春兩季多風，蒸發量大;7～9月偶有暴雨，因地表植被不發達，暴雨天氣地表水流量較大，易形成沖溝。

　　1.4地質條件

　　所處地面新黃土及強風化巖，最大厚度為7米。基頂覆巖厚度為16～18米，節理較發育，有明顯裂隙，抗壓強度在60～80MPa左右,普氏等級系數f為6～8;基頂至基底段均為弱風化石灰巖，巖層產狀平緩穩定，節理不發育，無斷層、明顯裂隙、地下水等不良地質情況，基底持力層為完整連續的弱風化石灰巖，抗壓強度在80～100MPa左右，其普氏等級系數f為8～10;整個巖體自然穩定坡角線為75°。

　　2.施工方案

　　2.1拱座基坑開挖施工方案

　　拱座基坑石方開挖采用預裂爆破和松動爆破相結合的方法，挖機配合施工，履帶吊出碴，自卸汽車外運至兩岸征用的棄碴場;

　　拱座地表土及松散的風化巖石用挖掘機清除，基坑口至拱座混凝土面以上的基坑坑壁為有個別裂隙的石灰巖，采用1：0.26的坡度放坡開挖，拱座混凝土范圍內的基坑坑壁為完整巖石，按設計基礎輪廓線開挖。

　　基坑開挖采用預裂(光面)爆破與深(淺)孔松動爆破相結合的方法施工。

　　根據工程特點及地質情況，分為放坡爆破段和垂直爆破段。開挖方案設計分四次爆破，如圖2-1所示，

　　拱座均分為四層進行爆破，其中第一次爆破由地面至基頂，爆破平均深度達14.5m，需按自然穩定坡角線刷坡防護，基坑上口開挖垂直橋軸線方向尺寸為45.5m，順橋向尺寸為35m～46m不等;第二、三、四次爆破根據基礎形狀進行分層，爆破深度6～7m，受基坑尺寸制約，考慮到潛孔鉆機的作業空間，第二、三、四次爆破的預裂爆破應作一次爆破;因四次爆破均屬于深孔爆破;考慮到巖層厚度在0.5～1m范圍內，基底留1.5m進行淺孔松動爆破，最下0.5m采取人工配合機械破碎的方式開挖，以防止基底巖層受到破壞。

　　基坑出碴選用履帶吊垂直出碴，挖機配合開挖裝車，自卸汽車外運;東岸設挖機進出馬道，西岸以履帶吊吊運挖機進出基坑。

　　2.2拱座混凝土澆筑方案

　　拱座混凝土分兩期澆筑，一期混凝土澆筑強度等級為C30混凝土，澆筑范圍為鋼管拱S0節段預留槽口以下部分，每個拱座C30混凝土3787m3，一期混凝土分四層澆筑，澆筑高度為分別為2m、3.9m、7.4m、7m, 每層澆注數量分別為2×160.5 m3、2×175 m3、2×411 m3、2294m3。

　　拱座混凝土采用攪拌站集中拌合，混凝土運輸罐車運輸，汽車泵輸送，布料斗加串筒送料，全斷面連續分層法澆筑，泵車勻速將混凝土卸于布料斗。每層澆筑高度不大于30cm，上層混凝土澆筑必須在下層混凝土初凝之前進行。采用插入式振搗棒邊澆筑邊振搗。每次混凝土澆筑完畢后，養護6-7天，在混凝土水化反應峰期過后再進行下一次澆筑。第一、二、三層采用保溫保濕法養護。第四層采用外保內降法養護，即混凝土表面保溫保濕，內部用冷卻水管降溫，保溫材料采用棉氈，保濕材料采用塑料薄膜，降溫水管采用Φ40mm鋼管。

　　第一層頂部鋼筋綁扎采用馬凳支撐;第二、三層鋼筋綁扎用角鋼內支撐作為支架;由于第四層混凝土澆筑體積大，根據熱工計算，擬采用冷卻水管進行內部降溫。故將冷卻水管作為立桿，在其上搭設水平桿，用于支撐鋼筋。

　　第三層混凝土內的臨時鉸預埋鋼板可作為外模使用，其內支撐體系采用100×100×6mm角鋼獨立設置，其內拉鋼筋均焊接在預埋板內支撐架上。

　　二期混凝土澆筑強度等級為C50混凝土(摻加纖維素纖維UF500)，澆筑范圍為S0節段預留槽口至拱座表面部分，每個拱座澆筑C50混凝土2150m3，二期混凝土采用一次澆筑完成。

　　3.施工質量控制要點

　　3.1深基坑爆破開挖質量控制要點

　　3.1.1一定要按照設計的孔位和偏角實施鉆孔，其孔口和偏角誤差應控制渣允許偏差范圍內，鉆孔時，實施全過程監挖。使鉆孔“準、正、平、直、齊”。

　　3.1.2裝藥前，要先檢查每個炮孔的深度，調整單孔炸藥量。

　　3.1.3裝藥時，要注意起爆炸藥的安放位置。預裂孔裝藥時，應盡量使炸藥置于孔中心，若炸藥串上綁竹片或木板，則木板或竹片應放在受保護的爆破一側。

　　3.1.4裝藥后，要嚴格檢查堵塞長度，根據檢查結果，適當增減用藥量

　　3.1.5堵塞時，要注意選擇合格的堵塞材料，堵塞搗固不能用力過猛，嚴防雷管腳線被破壞。

　　3.1.6敷設爆破網路時，要特別注意雷管的方向，尤其是雷管與導爆索聯接時不能反接。

　　3.1.7預裂爆破與主爆破區采用合理的間隔時間。一般情況下，預裂爆破要遲于主爆破區25ms以上;預裂爆破要先于主爆破區50ms以上，

　　3.1.8根據爆破破碎效果的需求，合理調整爆破參數。

　　3.2拱座大體積混凝土的質量控制

　　3.2.1拱座混凝土水化熱分析

　　3.2.1.1分四層澆筑結構有限元模型

　　基坑開挖施工時，根據現場實際地基情況，施工為分四層澆筑，建立有限元模型如圖3-1所示，模型共建立節點3906個，實體單元3176個。

　　圖3-1四層澆筑方案時拱座及周圍巖層的有限元實體模型

　　冷卻水管布置時考慮到分層情況和預留槽口位置等因素，沿高度方向的層距如圖3-2所示，水平間距1米，總體布置情況如圖3-3所示。

　　3.2.1.2工況劃分

　　工況一：四層、無管冷;

　　工況二：四層、有管冷;

　　工況三：四層、管冷、表面對流系數減小;

　　工況四：四層、管冷、水溫降低;

　　工況五：四層、管冷、管徑增大;

　　工況六：四層、管冷、第一層無管冷。

　　3.2.1.3有限元模擬結果

　　對拱座混凝土自澆筑第一階段起至澆筑最后施工階段混凝土完畢后1000小時進行了水化熱模擬分析，

　　整個施工過程中最高溫度達38.60℃，如圖3-4所示。最高溫度位于節點1479，坐標:X=6.355，Y=15.5，Z=16.7，位于第四層混凝土中間靠上位置(Y方向靠近邊坡)。

　　通過對拱座混凝土水化熱溫度的有限元模擬，分析混凝土水化熱溫度及應力相關數據后，得出以下結論:

　　①分四層澆筑方案進行分析所得的最高溫度在34.13℃到38.6℃之間，里表溫差基本在25℃以下符合規范要求。知混凝土澆筑后三天到五天的時期內溫度較高。

　　②增大混凝土表面對流系數對混凝土芯部最高溫度無明顯影響，但混凝土表面與大氣的熱交換速度加快，使得混凝土表層降溫較快。若是混凝土表面對流系數值過大，則可能出現表面混凝土降溫過快、里表溫差過大的狀況，使得混凝土表面產生拉應力，出現裂縫。所以大體積混凝土施工中應控制混凝土表面與大氣的熱交換速度。

　　③管冷作用

　　對比工況1和工況2可知，布置冷卻水管可使混凝土芯部最高溫度降低7℃，有效地降低水泥水化熱的影響。

　　對比工況2和工況4可知僅降低冷卻水的溫度(10℃到5℃)對混凝土溫度變化影響較小;對比工況2和工況5可知增大冷卻管管徑同時保證冷卻水的流速，可使混凝土芯部溫度顯著降低，里表溫差也有明顯減小。所以若通過管冷作用有效地降低水泥水化溫度需保證冷卻水的流速，盡可能增大冷卻管的表面積。

　　④管冷方案的優化

　　對比工況2和工況6的結果可知，第一層不加冷卻水管對拱座混凝土全過程的最高溫度無影響，因為本模型的最高溫度節點位于第四層混凝土。僅分析第一階段可以看出，第一層混凝土設置管冷時混凝土高溫僅為26.44℃，不設置管冷時最高溫達38.2℃，內外溫差總體上不超過23℃。

　　在加強養護的條件下，第一層混凝土不設置管冷，混凝土的溫度滿足規范要求，里表溫度差引起的內部溫度應力不大。

　　3.2.2拱座混凝土施工質量控制

　　施工質量控制包括一下4個方面：

　　3.2.2.1控制原材料的質量，選擇合適水泥并摻入粉煤灰，使用緩凝早強劑，合理調整混凝土的配合比，減小水化熱和提高強度;

　　本工程采用自建拌合站混凝土澆筑。對主要材料要求如下：

　　①水泥：考慮普通水泥水化熱較高，特別是應用到大體積混凝土中，大量水泥水化熱不易散發，在混凝土內部溫度過高，與混凝土表面產生較大的溫度差，便混凝土內部產生壓應力，表面產生拉應力。當表面拉應力超過早期混凝土抗拉強度時就會產生溫度裂縫，因此確定大摻量F類Ⅰ級粉煤灰和P.O42.5水泥，通過摻加合適的外加劑可以改善混凝土的性能，提高混凝土的耐久性。

　　②粗骨料：采用碎石，粒徑5-31.5mm，含泥量不大于1%。選用粒徑較大、級配良好的石子配制的混凝土，和易性較好，抗壓強度較高，同時可以減少用水量及水泥用量，從而使水泥水化熱減少，降低混凝土溫升。

　　③細骨料：采用中砂，含泥量不大于2.0%。選用中砂拌制的混凝土比采用細砂拌制的混凝土可減少用水量10Kg左右，同時相應減少水泥用量，使水泥水化熱減少，降低混凝土溫升，并可減少混凝土收縮。

　　④粉煤灰：由于混凝土的澆筑方式為泵送，為了改善混凝土的和易性便于泵送，考慮摻加大量的粉煤灰降低水化熱、改善混凝土和易性有利，即減少配合比中的水泥用量。按配合比要求計算出每立方米混凝土所摻加粉煤灰量。

　　⑤外加劑：采用北京建工聚羧酸高性能減水劑。

　　3.2.2.2利用夜間拌合混凝土，控制料溫和混凝土出倉溫度;

　　3.2.2.3分層澆筑，各層混凝土澆筑后12小時內，于混凝土表面覆蓋一層塑料布，上覆棉氈并蓄水養生。

　　3.2.2.4在拱座內安裝冷卻管，加強混凝土內的溫度測量，通過調節水的流速，控制混凝土芯部溫度;

　　冷卻水管采用Φ40鋼管，冷卻水管管路采用回旋形布置，縱橋向間距1.2m，橫橋向間距1m，距離基礎邊緣0.5m。每兩排設一個進水口，一個出水口，進出水口高出基礎頂面0.2m，水管接頭采用絲扣套筒連接。在混凝土施工前，對冷卻水管進行通水試壓，仔細檢查每一個接頭，確保管路不漏水。在混凝土澆筑和鋼筋綁扎過程中，不得損壞管路，確保供水的連續性。拆除模板后，將冷卻水管用同標號水泥漿封堵。

　　根據混凝土澆筑過程中的測溫情況，適時向管內通水，通過水循環，帶走拱座混凝土內部的部分熱量，使混凝土內部的溫度降低到要求的限度。控制冷卻水進、出水的溫差不大于50℃。以保證降溫速率不大于2℃/d，根據測溫數據相應調整水循環的速度，以充分利用混凝土的自身溫度，即中部溫度高、四周溫度低的特點，在循環過程中自動調節溫差。冷卻水管安裝時，用鋼筋骨架和剪刀撐固定牢靠。

　　拱座混凝土澆筑時預埋測溫導線，測溫點布置為十字交叉狀，測溫點間距為4m，每個測溫點分上中下三個高度埋設3條測溫線，測溫線在混凝土澆筑前綁扎于專用鋼筋上，鋼筋及測溫線均高出本次澆筑頂面20cm，上表面測溫頭埋入混凝土表面以下20cm處，中心測溫線埋于混凝土澆筑層厚度的1/2處，下表面測溫頭埋于距本次澆筑底面20cm處。并在測溫線外露部分按不同深度分別纏上不同顏色的彩色膠帶，以便測溫時區分。

　　利用建筑用電子測溫儀對混凝土進行測溫，在混凝土澆筑完畢后的升溫和峰值持續階段，即開始的3～4天，每隔2小時測溫1次;待測溫趨于平穩后的降溫階段，每4小時測溫1次。當測位的混凝土內外溫差不大于200C并趨于穩定時為止。測溫內容包括環境溫度、混凝土表面(6個面)溫度、內部溫度等。根據測點編號順序，記錄所測溫度數據，

　　現場測溫數據按規定表格如實記錄，并及時計算出混凝土實時內外溫差、混凝土內部升、降溫速度，并指向現場及時調整保溫及散熱措施。

　　4.結束語

　　通過對黃河橋超大超深拱座基礎施工技術與質量控制的理論研究與實踐，確保了工程進度與質量，為今后施工同類型基礎總結了經驗。