高速鐵路特大橋橋墩施工關鍵技術研究

摘要：本文基于筆者多年從事高速鐵路土建工程施工的工作經(jīng)驗，以某特大橋橋墩施工為研究對象，結合某高速鐵路特大橋3＃墩31.5米、7＃墩39m薄壁高墩的施工，研究探討了空心薄壁高墩施工方案選定、模板設計、混凝土的施工、高墩控制測量、混凝土外觀質量控制措施，全文是筆者基于工程背景實踐基礎上的理論升華，相信對從事相關工作的同行有著重要的參考價值和借鑒意義。

關鍵詞：空心高墩 薄壁施工技術

中圖分類號：TB21文獻標識碼：A文章編號：1674-098X(2012)03(b)-0000-00

1 工程概況

某高速鐵路特大橋全長1084.70m，橋中心里程DK171+780.36位于，位于R＝8000m的圓曲線上；全橋均在+6‰坡道上?？卓绮贾脼椋?0-32m+1-24m+12-32m后張法預應力混凝土組合箱梁。該橋3#墩墩高31.5米，采用鉆孔樁基礎；7#墩墩高39米，采用臺階式擴大基礎；墩身為變截面空心墩，壁厚50cm。橋址區(qū)為剝蝕低山及山間谷地，山谷洼地主要為旱地及梯形水田，海拔在161～200m，相對高差40m左右；洼地兩側山體主要為杉樹林，植被發(fā)育較好；地表水主要由大氣降水補給;地下水主要為孔隙潛水，整體水位埋深較深，一般為3.5-13.2m，山谷稍淺，水量不大，地下水和地表水對鋼筋混凝土均無侵蝕性。

2 總體施工方案

由于橋址區(qū)屬剝蝕低山及山間谷地地貌，地面起伏相對不大，施工條件相對惡劣，這就要求施工方案必須解決垂直運輸、水平運輸、混凝土輸送、支架模板等問題。根據(jù)現(xiàn)場調查及工期要求，對各種施工方案進行經(jīng)濟比較，采用移挖作填盡量根據(jù)現(xiàn)場地形順橋修建一條施工便道，即滿足各墩的施工需要，又解決了材料的運輸問題，保證了工期。垂直運輸方面，因全橋除2#墩高23米，3#墩高31.5米、4#墩高21.5米、6#墩高30.5米、7#墩高39米、8#墩高25.5米、9#墩高26米，其他墩高均在10米以內，故采取在3#墩處及7#墩處設置塔式吊機各一臺，其他墩臺施工采用汽車吊施工。根據(jù)現(xiàn)場地形在28#墩及15#墩處設置混凝土攪拌站及鋼筋加工廠一處，混凝土的輸送采用HBT60C-1413DⅢ型拖式混凝土輸送泵，另外配合2輛6立方混凝土罐車。人員的施工作業(yè)通道：3＃、7＃墩利用塔式吊機內鐵梯上下，其他墩身施工充分利用墩身內檢查梯進行上下，確保人員的施工安全。模板方面：在施工準備期間，擬定了整體模板和翻模兩種施工方案。整體配套設備較多，模板投入大；施工機具投入大；自重大；混凝土外觀質量差，施工糾偏困難；翻模配套設備較少，施工機具投入??；模板剛度要求低，自重??；混凝土外觀質量容易控制，可以連續(xù)或間斷施工，考錄與其他特大橋橋墩截面一致，圓端模按照最高的墩進行整體加工，施工糾偏容易，故在施工中選擇了翻模施工。

3 墩柱模板設計

根據(jù)該工程特點及施工要求，經(jīng)過策劃，在充分考慮技術經(jīng)濟合理性的后，采用翻模施工，墩身模板分圓端模、平板模、托盤及頂帽，圓端模又分為托盤底口調整節(jié)、墩柱標準節(jié)和墩底非標準節(jié)等幾種形式，且相互間配套使用。采用纜索吊提升墩身模板進行循環(huán)施工，外模板均設操作平臺（含扶手），操作平臺支撐于模板的橫肋上，操作平臺隨模板標準節(jié)一起提升，施工人員在操作平臺上進行模板安拆、加固、鋼筋安裝、混凝土施工等。

通過計算，模板標準節(jié)高度為2.0米，非標準節(jié)根據(jù)橋墩高度計算高度為1.5米、1.0米、0.5米3種。內外模板的面板采用6mm鋼板，吊鉤采用直徑20mm圓鋼，上下邊框為16mm鋼板、左右邊框為12mm鋼板，豎向及豎向龍骨選用12#槽鋼，背楞用14#槽鋼連接（用直徑32mm對拉螺栓加固），模板與模板間用M18×60螺栓連接，模板間采用子母口連接，大小為凸5mm凹3mm。內外模板通過直徑20mm對拉桿連接，在穩(wěn)定性方面主要通過拉桿的抗剪、混凝土與模板的粘結力、模板的整體受力及墩身收坡來保證整個模板的穩(wěn)定性。外模操作平臺采用50×505×5角鋼焊接成托架，通過牛腿處直徑20mm的圓鋼固定于外側模橫肋上（橫肋設預留孔），每個標準節(jié)外模安裝一套，在托架位置外連續(xù)鋪設，在墩身周圈形成貫通通道，并在外模與與塔式吊機間安裝人員通道。在托架頂面滿鋪5cm厚木板，供施工人員作業(yè)、存放小型機具。內模板中間施工平臺采用Ф50鋼管搭設一施工平臺，滿鋪5cm厚木板，并與模板連接，同時采用鋼絲繩打保險，確保平臺安全。墩身內平臺利用纜索吊隨著模板的爬升一起上升。

4 混凝土施工

由于工程處在山區(qū)，混凝土水平輸送距離最遠達到300米，垂直距離高達50米，這對混凝土的和易性要求較高，因此混凝土施工是本工程的重點難點。工地附近河砂較為充足，能夠滿足施工需要，但是地方所產(chǎn)碎石質量相對較差，主要是石粉含量比較大，石粉含量高，吸水量就會相應增加，這就要求增加用水量，水灰比變大，混凝土的強度就會下降。

針對以上問題，在考慮技術可行及經(jīng)濟合理后，通過多次的混凝土配合比試驗，采用了以下針對措施解決泵送混凝土問題：1、粗骨料采用連續(xù)級配，確?；炷良壟涞母雍侠?。2、加入Ⅰ級粉煤灰作為混凝土摻和料，降低泵送阻力，提高細骨料中細顆粒組分。同時減少水泥用量，降低混凝土水化熱，減少因水化熱過大產(chǎn)生混凝土裂縫，并降低混凝土成本。3、加入高效緩凝減水劑，降低水灰比，防止混凝土裂縫，保證強度，增加可泵性。水灰比控制在0.4～0.6之間。

在施工過程中，為了確保混凝土質量及混凝土的可泵性，采用了以下施工措施：(1)施工前對混凝土所需原材料進行實地考察，嚴格按照配合比要求對原材料進行試驗檢查，保證原材料合格；碎石采用硬質巖石灰?guī)r打制的碎石，石粉含量較大的碎石進行沖洗；外加劑選用上海格雷斯ADVA-152型，并經(jīng)檢驗合格；墩身混凝土使用同一廠家、同品種、同強度等級水泥、同品種脫模劑，以保持混凝土外觀顏色一致。(2)嚴格按配合比施工，每次開盤前對現(xiàn)場砂石料進行含水量測定，以對理論配合比調整，確定合理的施工配合比。水泥、砂、碎石、水、粉煤灰、減水劑計量采用自動計量設備，混凝土中水泥、粉煤灰每盤稱量偏差控制在±1％之內，粗、細骨料控制在±2％之內，外加劑與拌和用水控制在±1％之內。 (3)嚴格控制混凝土的攪拌時間，控制在180s分鐘左右(4)嚴格控制混凝土出機與入模的坍落度，坍落度控制在180mm～ 220mm之間，不滿足要求的混凝土嚴禁使用。(5)混凝土入模時對混凝土溫度與鄰接介質溫度進行測量，保證溫差不大于20℃。（6）對混凝土的含氣量進行測定，含氣量控制在≥4.0％。

5 高墩控制測量

高墩的控制測量與施工監(jiān)測主要從墩中心定位、高程、垂直度測量三個方面加以考慮；施工監(jiān)測主要從墩的沉陷觀測、位移觀測、傾斜和扭轉觀測三方面考慮。因此必須提高測量放線的精度，同時施工前后及施工過程中復核好墩身軸線位置及標高。標高測量至每層模板的頂口，根據(jù)不同的標高計算出所對應的墩身截面尺寸，用以檢驗和控制模板的截面尺寸及坡度。

測量措施：(1)組建精干的精測小組專門負責墩身的測量工作，配備先進的測量儀器，確保墩身的線形控制。我們購置了價值十二萬的拓普康6002C型及拓普康701型全站儀。(2)為了防止儀器誤差導致墩身偏斜，每煩一模必須用全站儀測設中心點與鉛直儀校核一次，并對墩身截面尺寸進行一次復測以確保墩身的幾何尺寸準確。(3)堅持墩身中線的復測和墩身截面尺寸的測量檢查制度。(4)實行測量換手復核，對同一部位測量堅持兩個人兩臺儀器獨立測量復核。(5)對于測量內業(yè)，我們嚴格執(zhí)行復核制度。測量資料復核無誤后，報監(jiān)理工程師審查認可，方可用于施工。(6)每次測量時，對氣壓、溫度進行測定并輸入儀器，減少誤差。

空心墩的測量、監(jiān)控過程：為確保高墩施工的質量，在施工過程中，應做好墩身的測量和監(jiān)控。提升托架翻轉模板施工工藝測量控制墩柱斷面復雜，結合現(xiàn)有測量條件，利用三角高程法測定墩柱模板頂標高，采用單測站極坐標法結合量鋼尺法，控制墩柱模板主要角點的平面就位，使其滿足設計要求。一個墩柱每施工6m，采用雙測站極坐標精確測定墩柱模板各主要點的平面位置，同時用懸掛鋼尺法精確測定墩柱模板頂?shù)臉烁?，以此來檢核及修正三角高程。當一節(jié)混凝土澆筑完成，要即刻對混凝土面的控制點進行復測，以掌握模板在混凝土澆筑前后的變位，同時提供下一節(jié)模板的安裝參數(shù)。

（1）在承臺施工前，首先放出墩身十字線，做好型鋼支架，將墩身預埋鋼筋準確定位并確保在整個施工過程中墩身鋼筋不移位，不偏斜。（2）在第一次立墩身模板時，采用平面坐標法(與導線點聯(lián)測)準確測放出模板4個控制點的平面位置，采用三角高程法測放出模板頂面高程，然后利用鉛錘線測量模板的傾斜。（3）以后每節(jié)段立模時均與第一次一樣測量控制放樣，而且還要對前一節(jié)段進行竣工檢查。（5）每次測量時間固定在溫度、陽光等氣候因素影響較小的每天早上9:00以前或下午4點以后進行。（6）平面位置控制。將全站儀架于控制點，用極坐標法通過控制模板位置來控制墩柱平面位置。（7）高程控制。在承臺上南北面各布設兩個水準點作為基準高程，基準高程采用三角高程測量的方法從控制點用檢定鋼尺沿墩柱向上傳遞。

6 混凝土外觀質量控制

由于多次立模，多次澆注，容易引起外觀質量下降。為了提高外觀質量，經(jīng)多次探索，施工中采取了以下措施：

（1）采用同一廠家的水泥、砂石、外加劑、摻和料，確保外觀的一致性。（2）針對混凝土泵送難，和易性差，顏色灰白的問題，施工中優(yōu)化了混凝土配合比，在保持原來配合比、坍落度的前提下，采用“雙摻”技術，增加適量粉煤灰和減水劑，這使得混凝土的顏色更均勻，和易性更好。（3）混凝土應按一定厚度、順序和方向分層澆注，每層30cm，采用插入式振搗棒星型振搗，要求移動間距不超過振動器作用半徑的1．5倍；與側模應保持5—10cm 的距離；插入下層混凝土5—10cm；操作嚴格遵守快插慢拔要求，避免振動棒碰撞模板、鋼筋及其他預埋件。

7 結語

在高墩施工中正確選用合理的施工工藝十分重要。在技術上對方案進行謹慎分析比較，高空、立體、平行、交叉作業(yè)才有可靠保證。特大橋采用提升托架翻轉模板施工是一種新的，切實可行的施工工藝，它特別適用于跨度較大、地形條件比較復雜，大型機械設備無法進場施工的地方，它具有操作方便，易掌握，成本低，工期短，安全等特點。實踐表明，提升托架翻轉模板在薄壁空心高墩施工中是切實可行的，可進一步的推廣到其它橋梁高墩施工中。

參考文獻

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