承台和塔座施工安全技术

8.3　承台和塔座施工安全技术

8.3.1　施工概况

承台为哑铃形结构，分南、北承台和中间系梁三部分，整体尺寸为77.334m×32.6m×6.0m（长×宽×高），顶标高为＋4.3m，底标高为－1.7m。塔柱底各布设一座棱台形塔座，高4.0m，顶面平面尺寸为14.0m×16.0m（横×纵），底面为18.0m×20.0m（横×纵）。

承台和塔座平面示意图如图8－7所示。

图8-7　承台（国堰）和塔座平面示意图

8.3.2　承台施工

南塔承台为大型深基坑承台，根据该工程所处地理位置和水文地质条件等实际情况，采用了锁口钢管桩围堰施工，具有加工制作简单、安全性能好、工期短、成本低等优点。施工期间，锁口钢管桩围堰壁没有渗漏水现象，止水效果和安全性能良好。大大缩短了工期，节约了成本，为成功使用锁口钢管桩围堰的深基础施工工艺开辟了一条新途径，具有较强的推广应用价值。另外，承台混凝土施工过程中独创的“大体积混凝土体内循环水管温控方法”也取得了良好成效。通过预埋循环通水管路和应力、温度监控设备，将混凝土内外温差控制在设计范围内，配合监控设备的测量数据，为大体积混凝土温控和防裂研究工作提供较大帮助。

1.施工方法

（1）围堰方案的比选

针对工程的结构特点及桥位处的水文地质情况选择适宜的围堰结构进行桥梁承台施工，对桥梁施工的安全、工期、经济和社会效益有重要影响。为此，对围堰结构提出2种方案进行比较。

①钢板桩围堰方案

此方案在国内外技术上都有成熟的工艺和大量实例，但需投入的钢板桩及其支撑体系钢材较大，而以后使用的机会不多，成本回收周期长。另外，由于支撑系统大量存在，致使承台施工操作复杂化，从而影响工期。

②钢管桩围堰方案

此方案是制作大量带锁口的钢管桩，逐根套住锁口，打入设计开挖线以下一定深度，嵌入较硬的土层，形成围堰。本方案有如下几个优点：

a.虽然用钢量较大，但锁口钢管桩可全部拔除，可用于本项目接下来的上部结构支架施工和其他项目的同类工程施工，材料周转利用率高，经济效益明显。

b.钢管桩的加工和插打都可利用现有设备，施工精度要求不高，合龙较简单。

c.锁口钢管桩本身刚度较大，能深嵌入河床中，整体稳定性非常好，围堰内无须复杂的内支撑体系，为承台施工提供少支撑干扰的作业空间和可靠的安全保障。

本方案缺点是：这种形式的结构施工，缺少经验，特别是地质资料不够详尽，桩的入土深度能否达到要求，阴阳锁口接头处的闭水方法尚需在实践中试验和摸索。

综上所述，决定采用锁口钢管桩围堰方案。经过详细计算，承台施工的围堰选择φ800mm×10mm、长18.4m的螺旋钢管制作锁口钢管桩、2HM44×30cm、2HM58.8×30cm型钢作围堰的圈梁、φ80mm×1.0cm螺旋钢管作横向支撑。

承台围堰布置图如图8－8所示。

（2）围堰施工

①锁口钢管桩加工制作

锁口钢管桩按设计要求，在工厂内定型加工。整体加工完毕后，车辆运至施工现场。钢管桩采用φ80cm×1.0cm钢管制作，共计240根，单根长度为18.4m。桩顶标高为＋6.0m，桩底标高为－12.4m。管桩分标准桩和角桩两种，在承台四角设角桩。

图8－8　承台围堰布置图

承台围堰锁口钢管桩断面图如图8－9所示。

②振动沉桩

锁口钢管桩采用DZ90振拔锤打设，该锤与钢管桩采用刚性连接。先插打至稳定深度，然后施打至设计深度。具体措施如下：

a.为避免钢管桩倾斜，采用全站仪和经纬仪进行坐标和轴线定位、监控，并在桩顶带缆绳，用卷扬机纠偏。沉设过程中，先施工角桩。首根角桩施工时，精确测设出桩底坐标，精确定位桩底，桩顶四角带缆绳，用卷扬机纠偏。用全站仪和经纬仪按90°夹角进行垂直度监控，保证角度和垂直度，用卷扬机随时纠偏。其他管桩，利用经纬仪和卷扬机带缆绳控制锁口钢管桩的轴向偏差。

图8－9　锁口钢管桩断面图

b.先沉设围堰临水侧钢管桩，然后施工围堰两短边侧的钢管桩。在桩基施工完毕后，最后沉设大堤侧钢管桩。围堰合龙段设置在系梁处，先插打合龙，然后沉设至设计深度。

③围堰合龙

钢管桩围堰合龙前，在插打至最后8根桩时，测量缺口的宽度，准确计算出合龙桩的外径，加工大小合适的钢管桩运至施工现场插打。为保证钢管桩围堰合龙时两侧锁口互相平行，避免使用异型桩进行合龙，减小合龙难度，应采取以下措施：当钢管桩两端相距10～15根桩的距离时，之后每打入一根桩，均须用经纬仪控制其垂直度。若桩身存在偏斜，应逐根纠正，分散偏差，调整合龙。

④支撑安装、焊接

在除土深度达到设定标高后，按如下施工顺序安装、焊接支撑系统：

a.定位、焊接牛腿。按设计位置和标高定位牛腿，控制牛腿顶面标高，使同一层圈梁下的牛腿顶面标高一致。然后将牛腿焊接在锁口桩上。

b.安装、焊接圈梁。圈梁与牛腿接触处采用贴脚焊缝全部焊接。圈梁与锁口钢管桩相切面之间的间隙采用钢板或型钢塞焊。

c.安装、焊接顺桥向撑杆。按标高先焊接竖向撑杆的牛腿，牛腿沿横桥向布置。然后按撑杆轴线定位、焊接牛腿上的弧形钢板。焊接完毕后，吊装、焊接顺桥向撑杆。受吊装设备起重能力的限制，顺桥向撑杆可分段安装、焊接。分段长度为：第一层撑杆为25m＋9.35m，第二层撑杆为25m＋9m；接头要错开布置。这样分段，确保长杆两端都支承在两端竖向撑杆的牛腿上。施工时，根据对撑点实际长度（圈梁上对撑点之间的实际净距）确定短杆长度。先安装、焊接长杆：与圈梁相接处采用环焊；与弧形钢板相接处采用双面贴脚焊缝焊接。焊接要牢靠。然后安装、焊接短杆：短杆与长杆对中、同心后，先点焊固定接缝，然后环焊，之后加结板焊接，确保焊接牢靠；与圈梁相接处采用环焊。

d.安装、焊接横桥向撑杆。横桥向撑杆采用短杆与顺桥向撑杆十字连接（接头处需放大样），其分段长度依据实际长度而定。横桥向撑杆安装时，采用全站仪和经纬仪按理论坐标定位、定线，确保撑杆在同一轴线上，以避免偏心受压。在与顺桥向撑杆交叉处，采用环焊，焊接要牢靠。撑杆与圈梁相接处采用环焊，焊接要牢靠。

e.角撑和加劲撑。按实际尺寸定尺加工，接头处需放大样。然后吊装、焊接。与撑杆和圈梁相接处均采用环焊，焊接要牢靠。

f.在围堰承台封底时，按设计位置预埋竖向桁架底脚钢板。在混凝土达到设定强度后，焊接竖向连接桁架。桁架与第一层撑杆焊接牢靠，然后拆除第二层撑杆系统，施工承台。

⑤锁口止水

图8－10　止水示意图

在锁口内灌注止水砂浆。为增强围堰止水效果，在迎水面锁口外侧，投放黏土、锯末、炉渣混合物止水。

灌浆后锁口的4个角均被浆体充实，板结的浆体有效地切断了外界水系进入围堰的路径。

止水示意图如图8－10所示。

⑥围堰除土

钢管桩围堰内除土厚度约7.8m（＋5.0～－2.8m），方量约22　046m³，土质主要为填土、亚黏土及淤泥质黏土。主要除土工具是挖掘机、泥浆泵和高压射水设备等。

a.用挖掘机开挖堰内土方至标高＋1.5m，及锁口钢管桩悬臂开挖最大深度为3.5m。严禁超挖，尤其是锁口桩附近土层。土方采用自卸汽车外运。开挖顺序：从南北两端承台向系梁处全断面逐渐推进。两端开挖要基本同步、对称。在开挖至护筒之间泥浆连通管位置时，及时割除连通管，然后继续开挖。当护筒处土方开挖到标高＋1.5m位置后，及时割除护筒。护筒切割方法：先按圆心线对称竖向割成两半，然后在底脚水平割开。割开后，吊出堰外。护筒割开后，用凿岩机凿除桩头，废渣外运。为及时排除堰内渗水，围堰周边布置8台潜水泵抽水外排。临江侧布置4台，西侧布置2台，南北两侧各布置1台。

b.系梁侧锁口钢管桩合龙、第一层支撑安装完毕后，挖机继续挖泥，吊车配吊斗吊土方至堰外装车外运。开挖深度为2.0m，及至标高－0.5m。严禁超挖，尤其是锁口桩附近土层。为确保围堰支护体系受力均衡、稳定，采用以下挖泥顺序：按照两端同步、对称的原则，先开挖两端承台中心区域，然后逐渐向四周开挖，形成锅底形，最后向系梁处合龙。当护筒周边土层开挖到位后，切割、吊出护筒，破除桩头，废渣吊出堰外。然后挖机吊出堰外。

c.第二层支撑系统安装完毕后，采用高压水枪切割土体，泥浆泵吸泥外排。为避免不对称荷载的出现，确保围堰支护体系受力均衡、稳定，采用以下挖泥顺序：按两端同步、对称的原则分块开挖，先开挖两端承台中心区域，形成锅底形，然后逐渐向四周开挖到位，最后按同样的方法开挖系梁区域。在接近封底标高－2.8m时用人工找平。严禁超挖，尤其是锁口桩附近土层。

d.两端承台土方开挖到位后，及时设置碎石盲沟，铺碎石垫层。同时，在封底厚度范围内，清洗钢管桩管壁、锁口以及钢护筒表面，必要时用铁刷清理。清洗要干净彻底，管壁和护筒表面不得有泥土，以保证管壁、筒壁与封底混凝土的粘结力。然后在分界线处立模，分块浇筑封底混凝土。先浇筑1＃块，然后浇筑2＃块。浇筑顺序：沿顺桥向从江边向大堤侧全断面逐渐推进。拆模后，及时将分界面的混凝土凿毛，以保证与系梁封底混凝土的可靠粘结。围堰周边封底混凝土顶面设置排水边沟。边沟为半圆形，直径约30cm，距锁口桩管壁约60cm。在封底混凝土浇筑的同时，预埋竖向桁架底脚连接钢板。

e.系梁处开挖到位后，及时设置碎石盲沟，铺碎石垫层，安装集水井。同时，在封底厚度范围内，清洗钢管桩管壁、锁口以及钢护筒表面，必要时用铁刷清理。清洗要干净彻底，管壁和筒壁不得有泥土，以保证管壁与封底混凝土的粘结力。然后绑扎系梁封底钢筋，浇筑封底混凝土。混凝土浇筑顺序：沿顺桥向从江边向大堤全断面逐渐推进。

⑦围堰监测

围堰在施工过程中进行监测，通过对监测数据的分析来指导施工，防止意外事故的发生。一旦监测值超过控制指标，应会同咨询和复核单位一起分析数据，采取相应的措施，确保围堰结构的安全。

（3）钢筋绑扎

钢筋在钢筋加工厂加工成型后，运至现场采用起重机吊至围堰内。为满足承台大体积钢筋的施工需要，采用劲性骨架作为钢筋安装骨架。劲性骨架采用框架结构焊接而成，确保其整体稳定性，一次性安装到位。主筋采用滚轧直螺纹接头连接，分层安装，施工较为困难。施工中要严格按图施工，认真、仔细地定位，确保主筋的层距和水平间距。底板、顶板和周边均设置防裂钢筋网，要保证保护层净距在3～4cm，以起到更好的防裂效果。

（4）模板工程

模板均采用大面定型钢模，因承台分为上下两层浇筑，竖向由两块拼接而成。模板外委专业工厂加工制作，出厂前先进行试拼装，确保拼缝严密不漏浆。试拼合格后，运至现场安装。安装前，清除模板上的浮锈及其他杂物，并均匀地涂抹一层脱模剂。

（5）混凝土浇筑

承台为典型的大体积混凝土结构，为防止混凝土裂缝的产生，须进行绝热温升等计算，采取相应的温控措施。

混凝土采用全断面分层浇筑，每层铺筑厚为30cm，由一端向另一端推进，采用振动棒振捣密实。振捣时，避免碰撞钢筋、预埋件、模板。在顶面混凝土浇筑完成后，按测量标高用木刮尺刮平。待混凝土定浆后，用木泥抹打磨压实，最后用铁抹收光压实。在施工过程中，为防止混凝土表面裂纹的出现，采用平板振捣器进行二次振捣，增加混凝土收面、压光遍数等办法。

2.危险性分析

（1）钢管桩围堰

①危险因素分析

围堰施工包括沉桩、支护、开挖、止水、排水和封底等作业内容，主要涉及车辆作业、机械作业、起重作业、电焊气割作业和高处作业等。可能存在的重大危害因素有：车辆和机械碰擦或伤人，起重作业过程中钢丝绳断裂、起重机械安全装置失灵、指挥失误等，高处临边作业未佩戴和使用安全带或无防护设施，土方开挖未按方案实施，导致边坡坍塌。可能引起对人员的伤害风险主要有：车辆伤害、机械伤害、起重伤害、高处坠落和坍塌等。

②控制措施

a.钢管桩沉设采用两台起重设备，一台起吊桩身至垂直位置后就位，另一台起吊振动桩锤夹住桩顶后沉设，两台设备作业位置合理，设专人负责起重指挥作业，现场设置危险作业警戒区。钢管桩就位过程中，应使用缆风绳控制位置，在阴阳锁扣卡位时起重机动作幅度应缓慢和谨慎。钢管桩沉设过程中，桩身倾倒半径内不得站人。

b.基坑土方开挖前制定详细的开挖流程，合理组织开挖机械、车辆和人员，场内划定车辆进出路线。土方开挖现场设专人指挥，所有机械、车辆和人员听从现场指挥人员的指挥信号。运输车辆应经常检查制动系统，倒车进入装运点时应缓慢，边坡临边处设置防溜坎，防溜坎仅作为制动失灵或操作失误紧急情况下使用。

c.土方开挖过程中，按方案要求及时对钢管桩进行支护。钢管桩沉设到位后，高出原地面约1.1～1.3m，正好作为基坑临边防护，醒目位置设置警示标示。原地面至承台内设置钢制平台和梯道，四周设置标准护栏。承台出入口设置明显标示，便于应急时易察觉。

d.承台底部土方采取射水吸泥法，即高压水枪冲击土层，土层成为泥浆后排出。此施工方法适用于半封闭环境中无法采取大开挖运输的土方作业。由于高压水枪具有较强的水压冲击力，容易对人体造成伤害，应合理安排人员作业点和覆盖面，在确保安全的基础上提高工作效率。此外，作业人员还应配备口罩、防护镜和防护服。泥浆泵工作状态应良好，能及时将形成的泥浆排出。

e.土方开挖完成后，定期观察钢管桩围堰的稳定情况，如桩顶位移、桩顶原地面有无裂缝、型钢围檩连接情况等。围堰四周2m内禁止起重机、汽车泵等大型机械设备进入。

f.基坑底四周设置排水槽和集水井，及时将地下水排除。基坑施工至设计底标高后，为避免基底长时间暴露出现不稳定的危险情况，要及时进行封底施工。

（2）钢筋和模板安装

①危险因素分析

承台钢筋和模板安装主要涉及起重作业、电焊气割作业和高处作业。可能存在重大危害因素有：起重作业过程中钢丝绳断裂、起重机械安全装置失灵、指挥失误等，高处临边作业未佩戴和使用安全带或无防护设施；用电作业无漏电保护、绝缘性能较差和私拉乱接等；气瓶使用和放置不当以及无回火防止器等。可能引起对人员的伤害风险主要有：起重伤害、高处坠落、触电和灼伤等。

②控制措施

a.因起重机吊运钢筋和模板时距离围堰2m，作业视线受限，必须根据指挥人员信号进行操作。现场设置专人进行起重指挥，经验丰富，指挥命令清晰易懂。进行起重作业前，必须对起重机、吊索具和钢丝绳进行检查，确保无误后方可作业。严禁使用起重机对钢筋、模板和钢丝绳进行拖、拉、拽。

b.钢筋和模板作业时，确保作业面至承台上下梯道之间有方便人员正常出入的通道，通道不得堵塞或断节。模板安装应有牢靠的固定措施，搭设简易的脚手架操作平台，平台满铺脚手板。不得攀爬模板或钢筋。

（3）混凝土浇筑

①危险因素分析

承台混凝土施工主要涉及车辆作业、机械作业和高处作业。可能存在重大危害因素有：车辆和机械碰擦或伤人；高处临边作业未佩戴和使用安全带或无防护设施；用电作业无漏电保护、绝缘性能较差和私拉乱接等。可能引起对人员的伤害风险主要有：车辆伤害、高处坠落、触电等。

②控制措施

a.混凝土浇筑前，应在钢筋上采用脚手板铺设作业平台和通道，脚手板铺设牢靠。在高处设置夜间施工照明设施，照明应覆盖全部工作面，不得有死角。振捣设备的用电线路妥善布置和保护，便于作业点移动。

b.由于承台大方量混凝土浇筑，浇筑时间较长，为减轻浇筑人员的工作负荷，有足够的休息时间，将混凝土浇筑人员分成白天和夜间两班，每班根据方案制定的布料点分成若干组，合理分配和减轻作业劳动强度。

c.混凝土浇筑过程中，安排专人对模板和支撑进行监控，混凝土严格按照方案中的分层厚度分层浇筑。混凝土全部浇筑完成后，及时在承台四周临边设置护栏。

8.3.3　塔座施工

1.施工方法

（1）模板

塔座混凝土一次浇筑完成，塔座模板按混凝土一次浇筑进行设计，使其强度、刚度满足规范要求。塔座模板均采用大面定型钢模，竖向两块拼成一组，然后分组安装。先安装两长边侧（顺桥向）模板，后安装两短边侧（横桥向）模板。由于模板位置倾斜，牢靠稳定性极为重要，防止浇筑混凝土时松动，特别是模板底部，混凝土侧向压力会导致较大的上浮力，迫使模板底部松动。

塔座模板总体布置图如图8－11所示。

图8－11　塔座模板总体布置图

（2）钢筋

为满足塔座顶板钢筋的施工需要，采用劲性骨架作承重架。劲性骨架采用框架结构焊接而成，确保其整体稳定性。在钢筋绑扎前，焊接竖杆，焊接顶层桁架，然后施工钢筋。主筋采用滚轧直螺纹接头连接，顶板主筋层数为3层，且层距和水平间距均较小（均为15cm），施工较为困难。施工中要严格按图施工，认真仔细地定位，确保主筋的层距和水平间距。

塔座底板、顶板和周边均设置防裂钢筋网，底板两层，周边和顶板设一层钢筋网。在施工顶板和周边的钢筋网片时，要保证保护层净距在3～4cm，以起到更好的防裂效果。

（3）混凝土

塔座和承台均为大体积混凝土结构，为防止混凝土有害温度裂缝的产生，温控设计和控制措施与承台施工基本相同，在此不予复述。

2.危险性分析

塔座施工过程中涉及起重作业、高处临边作业、电气焊作业和有限空间作业，可能存在的危险有害因素有：钢筋吊运过程中滑落、钢丝绳断裂、起重机械安全装置失灵、指挥失误；人员在钢筋框架中移动碰擦伤身体；混凝土浇筑过程中模板跑模。可能引起对人员的伤害风险主要有：起重伤害、高处坠落、物体打击等。

3.安全控制措施

塔座与承台施工方法基本相同，故塔座施工安全控制措施与承台基本相同，另补充以下几点：

（1）塔座侧模为倾斜结构的钢模，模板必须严格按照施工方案要求进行安装固定，上、下固定点精确定位并确保焊接质量，确保模板在混凝土较大应力下的稳定性。

（2）塔座钢筋布置极为密集，为便于立模后进行模板检查的人员通行，检查人员通行线路上的钢筋间距应适当放宽或暂不固定，确保留有足够的人员通过空间，并做好标记。

（3）混凝土浇筑严格按照方案要求分区分层进行，靠近模板处混凝土振捣时不得触及模板，特别是底角，防止损伤和震动而发生模板变形或移动。

（4）塔座施工空间属半密闭空间，施工期间应使用36V安全电压设置照明，照明线路加软管进行保护，防止线路损坏和触电。照明覆盖应符合要求，无照明死角。

（5）塔座施工过程中设置临时上下通道，通道不得与模板及其支撑连接，应分开设置，坡度和宽度符合要求。混凝土浇筑前注意预埋临边防护栏和防坠物防护棚预埋底座，塔座施工完毕后，应制作钢制爬梯作为固定式上下通道。