探究高墩施工技術(shù)在高速公路橋梁施工中的應(yīng)用

李君

山西路橋建設(shè)集團(tuán)有限公司公路工程總承包分公司 山西太原 030000

我國相關(guān)規(guī)范中將高墩施工定義為墩頂設(shè)計標(biāo)高至承臺或底部系梁標(biāo)高之差H超過15m的施工技術(shù)。其中H大于等于15m，小于25m的為一般高墩施工；H大于等于25m，小于35m的為較高墩施工；H不低于35m的為超高墩施工。相對于普通橋墩施工來說，高墩施工周期較長、定位控制精度要求較高、施工工藝操作流程復(fù)雜，并且需要大規(guī)模機(jī)械設(shè)備的投入，再加上危險性較高、施工技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)嚴(yán)格，如果施工過程中技術(shù)方法選擇不合理、定位控制不科學(xué)、施工監(jiān)控不到位，便會影響高速公路橋梁主體結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性、安全性與耐久性，為高速公路橋梁后續(xù)通行使用埋下安全隱患。為此，需把握高速公路橋梁施工中高墩施工技術(shù)特點(diǎn)，選擇適宜技術(shù)提升工程整體質(zhì)量，并將施工質(zhì)量控制貫穿于施工全過程中。

1 高速公路橋梁施工中高墩施工技術(shù)特點(diǎn)

高速公路橋梁施工中高墩施工關(guān)系到整體結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性與安全性，應(yīng)當(dāng)予以高度重視，切實(shí)把握其施工特點(diǎn)，以此控制施工質(zhì)量，保證高墩施工滿足設(shè)計要求。

1.1 施工周期長

高速公路橋梁施工中，高墩設(shè)計高度超過15m，部分橋墩高度達(dá)100m以上，相當(dāng)于五十層建筑，高墩總重量超過12萬噸，再加上主梁自重，在不通車情況下高墩底部需要承受超過15萬噸的壓力,對高墩基礎(chǔ)部分應(yīng)力、結(jié)構(gòu)強(qiáng)度等有著較高的要求。因此在高墩施工前需要花費(fèi)大量時間進(jìn)行地質(zhì)勘察，了解施工現(xiàn)場周邊水文環(huán)境、地質(zhì)特點(diǎn)、地形地貌特征等，以此作為施工方案組織的依據(jù)。與此同時，施工前需要借助全站儀、經(jīng)緯儀等進(jìn)行精準(zhǔn)定位，確定各高墩具體位置及精確的三維坐標(biāo)，在此方面也需要消耗大量時間。此外，就高墩澆筑而言，因其高度較大，為保證施工質(zhì)量每次澆筑的高度不宜超過6m，對于高度幾十米的高墩而言，需進(jìn)行多次澆筑施工，每一次澆筑后需等待混凝土達(dá)到一定強(qiáng)度后進(jìn)行上層澆筑，再加上機(jī)械設(shè)備組織、驗(yàn)收后的施工調(diào)整等，高速公路橋梁施工中高墩施工周期較長[1]。

1.2 施工技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)嚴(yán)格

高速公路橋梁是我國交通運(yùn)輸體系內(nèi)的重要組成部分，在我國社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展、區(qū)域間文化交流中扮演著不可或缺的角色。近年來，我國交通基礎(chǔ)設(shè)施逐漸完善，公路橋梁建設(shè)水平已經(jīng)達(dá)到一定高度。但人們對快捷高效交通設(shè)施的需求與日俱增，高速公路橋梁工程若想滿足人們的交通出行需求便需要穿越自然條件惡劣、地質(zhì)條件較差的地區(qū)，致使高速公路橋梁跨度逐漸加大，在跨越峽谷地區(qū)時需要應(yīng)用高墩施工技術(shù)克服復(fù)雜多變的施工環(huán)境。橋墩是高速公路橋梁的主體結(jié)構(gòu)部分，承擔(dān)著交通荷載與橋梁自重，因此對高墩結(jié)構(gòu)形式、高墩應(yīng)力、高墩施工技術(shù)水平等有著嚴(yán)苛要求。

1.3 定位控制精度要求高

高速公路橋梁高墩高度加大，所承受的外部及內(nèi)部應(yīng)力較為復(fù)雜，若想保證高墩施工質(zhì)量及安全性，一方面需要對施工技術(shù)進(jìn)行嚴(yán)格把關(guān)，另一方面則需要根據(jù)外界環(huán)境、地質(zhì)條件、通行需求、結(jié)構(gòu)形式等盡量減小高墩截面，這就需要借助科學(xué)有效的技術(shù)措施保證高墩軸線、豎直橋梁的定位精度，在高墩施工前做好測量放線工作。

1.4 設(shè)備及模板需求量大

高速公路橋梁施工中高墩施工工序復(fù)雜，包括大體積混凝土澆筑、液壓爬模施工、掛籃施工、鋼絞線預(yù)應(yīng)力張拉施工等，不同工序需要不同形式的機(jī)械設(shè)備組織，所需的設(shè)備類型較多、設(shè)備體量較大，如果在施工過程中機(jī)械設(shè)備組織不合理、機(jī)械設(shè)備性能不能滿足施工要求，不僅會降低施工效率，還有可能誘發(fā)安全事故。

2 高墩施工技術(shù)在高速公路橋梁施工中的應(yīng)用

2.1 大體積混凝土施工技術(shù)

高速公路橋梁高墩施工中，大體積混凝土施工技術(shù)一般應(yīng)用于承臺建設(shè)中?；炷敛牧暇哂凶钥s性，在施工初期會因混凝土材料內(nèi)部水熱化反應(yīng)引發(fā)溫度裂縫，對結(jié)構(gòu)耐久性、透水性等產(chǎn)生不良影響。為此，建議選擇低水熱化較低的普通硅酸鹽水泥，入模溫度控制在10℃，地基周邊固定溫度控制為15℃。為進(jìn)一步提升大體積混凝土承臺施工質(zhì)量，建議在混凝土材料內(nèi)添加減水劑、緩水劑等外加劑以降低水的用量，同時對粗細(xì)骨料進(jìn)行加水、加冰降溫，盡量減少混凝土材料運(yùn)輸時間，以此控制混凝土入模溫度。此外，加強(qiáng)冷卻系統(tǒng)控制，選擇直徑為60mm的冷卻管，采用上下交錯的冷卻管布置方法，將冷卻管之間的距離控制為60cm，用溫度較低的凈水通水降溫7d，并且在出水口部分進(jìn)行灑水，以此縮小混凝土承臺表面及內(nèi)部溫度差。最后，在承臺表面鋪設(shè)鋼筋網(wǎng)片防止產(chǎn)生溫度裂縫，采用分層澆筑方法并注重溫度監(jiān)測[2]。

2.2 液壓自爬模施工技術(shù)

液壓自爬模是以自身配置的液壓頂升裝置為動力來源的自動爬升模板體系，兼具起重及模板組裝作用，且操作便捷、爬升速度快、安全性強(qiáng)。在施工前需要根據(jù)實(shí)際需求選擇液壓自爬模主要性能參數(shù)，通常情況下平臺層數(shù)為6；自升裝置額定提升荷載≥100KN；階段澆筑高度不超過6m；提升速度≥0.2m/min；傾斜角度為15°。主要參數(shù)選擇完成后需要把握以下液壓自爬模施工技術(shù)要點(diǎn)：①以芯帶連接模板，如果模板與模板之間不能直接連接，需要在模板之間增加拼縫模板。如墩身為矩形，陽角處模板應(yīng)通過斜拉桿控制，在角部模板位置貼海綿條，可以有效避免角部模板膨脹漏漿。②拼裝平臺，在模板正面打自攻螺絲，將平臺高度控制在200至400mm范圍之內(nèi)，可以采用“工”字鋼或槽鋼搭設(shè)平臺。平臺拼裝完成后對其位置及質(zhì)量進(jìn)行檢驗(yàn)，要求平臺牢固安全，各構(gòu)件平行且處于同一水平面，并且對角線長度一致。③嚴(yán)格按照施工圖紙進(jìn)行模板拼裝。首先在平臺上放置背楞，保證形成的長方形對角線長度一致，畫好定位線、拉準(zhǔn)對角線后以螺栓固定背楞、鋪設(shè)面板，在接縫處涂抹玻璃膠保證拼縫緊湊，重復(fù)上述步驟完成模板拼裝。

2.3 高墩線形控制技術(shù)

當(dāng)前我國高速公路橋梁以空心薄壁高墩為主，施工節(jié)段數(shù)量較多，空心薄壁高墩薄壁柔性大，在風(fēng)荷載、外荷載、溫度荷載的共同作用下加大了高墩垂直度控制難度。不僅如此，高速公路橋梁高墩包含變截面節(jié)段，再加上大量特種設(shè)備的使用，導(dǎo)致模板爬升施工危險性較高、施工難度較大。為此，需要加強(qiáng)高墩線形控制、提升施工質(zhì)量水平。首先，采用高精度全站儀+激光垂準(zhǔn)儀方法進(jìn)行高墩垂直度控制，在第二節(jié)及以上墩身模板施工之前借助全站儀確定施工放樣控制點(diǎn)，模板安裝完成后再次借助全站儀復(fù)核四個角點(diǎn)及軸線點(diǎn)，其余各段按照此種方式進(jìn)行測量放樣。同時，將墩身橫縱軸線外延0.5m的四個軸線中心預(yù)埋鋼板作為激光垂準(zhǔn)儀測量控制點(diǎn)，依次測量墩身四角偏差值、校核模板位置[3]。其次，測量不同時間段內(nèi)順橋向風(fēng)速、溫度，計算溫度及風(fēng)速影響下的高墩墩頂偏位，結(jié)合設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)及技術(shù)規(guī)范合理確定施工時間，夏季一般以上午6:00至9:30，下午17:30至20:00為宜，以此避免風(fēng)荷載及溫度荷載對高墩施工產(chǎn)生不良影響。再次，為增強(qiáng)高墩剛度，保證第一節(jié)混凝土不偏移，建議在墩身內(nèi)設(shè)置柔性骨架，在變截面位置處增設(shè)連系梁，并且在墩身四角處焊接定位筋。最后，采用對稱分層澆筑施工工藝，每層澆筑厚度不超過30cm，可以保證模板受力均勻。

2.4 高空托架施工技術(shù)

高速公路橋梁施工中高墩施工涉及到高空作業(yè)，危險性較大，且對工作平臺堅固性、穩(wěn)定性有著較高的要求。為此，建議合理設(shè)計并選擇高空支撐體系與預(yù)壓方案。高空托架包括混凝土構(gòu)件托架、邊跨現(xiàn)澆段托架。其中混凝土構(gòu)件托架需按照由下到上對稱安裝原則，根據(jù)鋼筋混凝土自重、托架自重、混凝土澆筑高度等確定托架的剛度與強(qiáng)度。與此同時，重視托架預(yù)壓。托架預(yù)壓能夠保證托架在施工中絕對安全，消除托架非彈性變形值，并且能夠?yàn)槭┕けO(jiān)控提供依據(jù)。托架預(yù)壓方法為：將鋼筋按照混凝土分布情況進(jìn)行堆載，采用分級加載方式，當(dāng)總荷載達(dá)到120%后持續(xù)加載24h，每完成一級加載、卸載進(jìn)行一次測量。邊跨現(xiàn)澆梁托架設(shè)計驗(yàn)算與混凝土構(gòu)件托架類似，但需要考慮活載計算，即按照計算恒載時各階段劃分的區(qū)域計算出作用在底模各縱梁的人群與施工線荷載，以此保證邊跨現(xiàn)澆梁托架剛度與強(qiáng)度符合設(shè)計要求。邊跨現(xiàn)澆梁托架預(yù)壓同樣采用分級加載方式，第一級加載50%，第二級加載至100%，第三級加載至120%，每完成一級加載進(jìn)行一次測量，全部加載完成后12h對所有測量點(diǎn)進(jìn)行測量[4]。

2.5 鋼絞線預(yù)應(yīng)力智能張拉技術(shù)

工程資料表明，相當(dāng)一部分預(yù)應(yīng)力橋梁質(zhì)量隱患源于鋼絞線預(yù)應(yīng)力張拉施工操作不規(guī)范、質(zhì)量控制不到位。傳統(tǒng)鋼絞線預(yù)應(yīng)力張拉施工技術(shù)難以實(shí)現(xiàn)同步精度控制，若張拉時間不足、施工方法不正確，將會導(dǎo)致預(yù)應(yīng)力筋回筋、錨具損壞，不僅會對整體施工質(zhì)量造成不良影響，而且會導(dǎo)致材料過度消耗、加大施工成本。為此，建議在高速公路橋梁高墩施工中應(yīng)用鋼絞線預(yù)應(yīng)力智能張拉施工技術(shù)。首先以專用油泵、千斤頂、智能操控系統(tǒng)、遠(yuǎn)程接受系統(tǒng)、預(yù)警系統(tǒng)等構(gòu)成智能張拉設(shè)備。其次，在不影響現(xiàn)場施工、無陽光直射且能直接觀察梁板兩端的位置布置張拉控制站，請專業(yè)技術(shù)人員連接三相四電、油管，安裝好位移傳感器。最后，以應(yīng)力為核心控制指標(biāo)，在系統(tǒng)內(nèi)輸入伸長量、張拉時間等參數(shù)，張拉施工準(zhǔn)備工作完成后啟動設(shè)備進(jìn)行第一次張拉，密切關(guān)注壓力值、位移值，如有異?，F(xiàn)象則立即暫停張拉進(jìn)行檢查與調(diào)整。張拉結(jié)束后設(shè)備自動退頂并進(jìn)入下一道張拉施工工序，相關(guān)操作人員再次檢查錨具、千斤頂?shù)?，檢查無誤后開啟設(shè)備進(jìn)行第二次張拉。相對于傳統(tǒng)張拉施工技術(shù)來說，智能張拉精度可達(dá)±1%，同步精度可達(dá)±2%，并且具有可緩慢卸載、排除人為因素干擾、保障人員安全、便于質(zhì)量管理、降低人工成本等顯著優(yōu)勢。

3 高速公路橋梁施工中高墩施工監(jiān)控措施

高速公路橋梁施工中高墩施工質(zhì)量受外界因素影響較大，如橋墩在日光不均勻照射后，因混凝土材料導(dǎo)熱性能較差，混凝土溫度從照射面到背照面會形成溫度梯度，導(dǎo)致混凝土在溫度梯度影響下產(chǎn)生膨脹差異變化，可能誘發(fā)混凝土裂縫、強(qiáng)度不足等質(zhì)量缺陷；再如受到地質(zhì)條件、土質(zhì)特點(diǎn)等各類因素的共同影響，橋梁高墩四個角點(diǎn)沉降差較大，可能導(dǎo)致高墩主體結(jié)構(gòu)受損，影響高速公路橋梁后續(xù)通行的安全性與穩(wěn)定性。為此，需要高度重視高速公路橋梁中高墩施工監(jiān)控。首先，分別在冬天較暖、夏季最熱的一天對高墩溫度進(jìn)行全天測量，結(jié)合混凝土熱傳導(dǎo)系數(shù)、比熱容等熱力學(xué)參數(shù)構(gòu)建高墩溫度模型，通過調(diào)整綜合氣溫、外界氣溫、太陽輻射強(qiáng)度等參數(shù)計算出不同日照溫差下高墩結(jié)構(gòu)的溫度應(yīng)力與變形，以此為依據(jù)確定施工時間，保證墩頂位移與墩身變形在規(guī)范容許值之內(nèi)[5]。其次，借助全站儀在墩頂、墩中間、墩底三個部分確定墩身變位測量點(diǎn)，每一個位置對稱布置兩個測點(diǎn)。

4 結(jié)語

綜上所述，高速公路橋梁施工中高墩施工具有周期長、施工技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)嚴(yán)格、定位控制精度要求高、設(shè)備及模板用量大的特點(diǎn)。伴隨著我國高速公路橋梁數(shù)量規(guī)模的擴(kuò)大，其高墩施工技術(shù)水平也邁上了新的臺階，在實(shí)際施工中需要結(jié)合工程實(shí)際需求、施工環(huán)境及條件等合理選擇大體積混凝土施工技術(shù)、液壓自爬模施工技術(shù)、高墩線形控制技術(shù)、高空托架施工技術(shù)、鋼絞線預(yù)應(yīng)力張拉施工技術(shù)等，并且重視墩頂變位、墩身垂直度、墩底應(yīng)力監(jiān)測，以此保證高墩施工質(zhì)量。