淺談混凝土施工技術(shù)在道路橋梁工程施工中的應(yīng)用

王洪宇

（中交一公局第三工程有限公司，北京 101102）

引言

1 工程背景概括介紹

某地為了緩解當(dāng)?shù)乩@城高速公路的交通流量壓力，計劃2018 年9 月于原高速公路的第八合同段起始，建設(shè)一全長約1 878 m 的立交橋梁工程。該工程起止路段為K21+559.25-K23+437.539,該工程項(xiàng)目采用了鋼結(jié)構(gòu)連續(xù)梁的組合體系設(shè)計，路基連接線長度約為250 m。主要建設(shè)內(nèi)容分為上部構(gòu)造與下部構(gòu)造兩個部分。其中13 m×50 m 的上部主引橋段采用預(yù)應(yīng)力混凝土梁箱結(jié)構(gòu)設(shè)計，其構(gòu)造見圖1，主要建設(shè)內(nèi)容包括有引橋支座、支座墊石、蓋梁、主梁以及防落梁擋塊。其中箱梁高度為2.0 m，頂?shù)装彘g橫坡為2%[1]。邊腹板跨中長度為70 cm，最大厚度處于梁支點(diǎn)之間的距離約為0.58 m，頂板厚度為0.25 m。

圖1 某地橋梁工程的梁箱結(jié)構(gòu)示意

下部構(gòu)造主要為雙薄壁柔性墩，墩體連同墩承臺共計高約27 m，盆式支座的理論最大承載強(qiáng)度為65 000 kN，橋底每肢寬約為3.7 m。每肢由一個主墩與兩個鉸支墩結(jié)構(gòu)的次邊墩組成，共用底部的25.6 m×13.4 m 墩承臺，承臺厚度約為4.2 m，用3.4 m 的澆筑砼進(jìn)行封底。其中主墩的基礎(chǔ)部分為旋挖鉆孔灌注樁結(jié)構(gòu)，樁體直徑為φ20 m，以地下第6 層含少量中砂與透鏡體粗礫的亞粘土土層作為理想持力土層，嵌入微風(fēng)化巖層約為3 m，單根主樁的設(shè)計容許承載力約為30 000 kN。邊墩樁為空心墻式墩身，底部基礎(chǔ)仍采用旋挖鉆孔灌注樁結(jié)構(gòu)，樁體直徑為φ17 m。

2 混凝土施工技術(shù)在道路橋梁工程中的具體應(yīng)用

2.1 混凝土配合比的計算

該工程方案中，承臺以上的構(gòu)件全部采用C30 強(qiáng)度標(biāo)號混凝土材料，坍落度為130～150 mm。因此根據(jù)工程需求情況，選擇材料為如下：浙江“三獅牌”P.O42.5 型號水泥，fce 強(qiáng)度為45.0 MPa；粗骨料為兩種不同粒徑的碎石按照2:8 質(zhì)量比進(jìn)行搭配摻和而成，粒徑大小分別為5～25 mm 與25～31mm；細(xì)骨料為粒徑不超過4.75 mm 的中砂；外摻劑選擇為II 級粉煤灰，外加劑選擇為蘇州常宏化工企業(yè)的WP-62 型混凝土緩凝劑、DC-6005 型減水劑。

根據(jù)混凝土材料的設(shè)計坍落度要求來看，混凝土單位用水量應(yīng)當(dāng)控制在215 kg 左右，而每單位混凝土材料拌制摻加緩凝劑、減水劑為1.7%，因此混凝土的用水量可以采用如下公式進(jìn)行計算：

式中：m1為實(shí)際用水量,單位為kg；mw1為單位用水量，單位為kg；δ 為外摻劑的減水效率，該工程項(xiàng)目中使用的外摻劑產(chǎn)品為22%。

將數(shù)值帶入公式中進(jìn)行簡單計算后，得出混凝土單位用水量應(yīng)為168 kg。

接著再計算如下公式，根據(jù)單位用水量推導(dǎo)出水泥的單位用量：

式中：m2為實(shí)際水泥用量,單位為kg；m3為實(shí)際粉煤灰用量,單位為kg；λ 為取代系數(shù)，本次工程粉煤灰摻拌比例為16.5%，對應(yīng)取值為1.3；m4為實(shí)際粉煤灰用量,單位為kg。

混凝土材料的單位容重為2 400 kg/m2，含砂率Bs=40%，那么對應(yīng)的粗骨料與細(xì)骨料質(zhì)量應(yīng)當(dāng)分別為1 142 kg 與730 kg。最終得到該橋梁工程使用的C30 混凝土材料配合比為[2]：

2.2 模板安裝

模板是指由螺栓、模板面、組合卡扣與支撐部件組成的澆筑模具體系，它的主要用途是為澆筑工段的混凝土提供拘束力，使?jié)仓墓こ虡?gòu)件能夠干化形成指定的幾何形狀與結(jié)構(gòu)。該橋梁工程在施工方案設(shè)計時，考慮到施工美觀度以及施工成本的問題，決定采用在鋼模板上涂刷脫模劑的做法進(jìn)行模板安裝，以達(dá)到延長模板使用的目的。下面以圖2 橋梁工程的箱梁澆筑為例，對模板安裝工藝進(jìn)行說明。

圖2 箱梁部位的模板安裝示意

首先是支架搭設(shè)，它是施工人員在高空完成澆筑作業(yè)的重要輔助設(shè)備，主要作用是為施工人員提供可靠穩(wěn)定的操作平臺。在該工程中主要采用了滿堂門式支架方案，鋼管尺寸為26.8 mm×2.5 mm，組合卡扣、交叉支撐、調(diào)節(jié)架、水平架等配套構(gòu)件均采用鋼結(jié)構(gòu)。為了進(jìn)一步提高施工作業(yè)的安全保障，在支架搭設(shè)完成后，還需對部分主要受力的連接點(diǎn)進(jìn)行焊接加固。而后是進(jìn)行施工圖紙的放線測量，在施工控制網(wǎng)格中找到澆筑構(gòu)件的中心軸線，并用定位鋼筋進(jìn)行標(biāo)記。同時在模板安裝作業(yè)前，還需要根據(jù)模板的組合方案，將固定配件以預(yù)埋的方式安裝就位。接著從箱梁的陰角模板的安裝位置開始按照配板圖紙進(jìn)行對接安裝，在安裝前需要先將模板用砂輪機(jī)進(jìn)行表面除銹處理，涂刷層厚不小于8 mm 的脫模劑，等到安裝對位精準(zhǔn)后，用54 mm 的標(biāo)準(zhǔn)短款銷釘與對拉螺栓進(jìn)行固定。在所有模板組裝完整前，用于固定的對拉螺栓不能扳擰過緊，應(yīng)當(dāng)適當(dāng)預(yù)留出部分用于微調(diào)安裝結(jié)合位置，避免模板錯位后受到彎距作用而出現(xiàn)形變損壞，但也不宜使模板發(fā)生松動[3]。最后是模板加固作業(yè)，等到構(gòu)件四周的模板全部組裝完成后，在每個模板背楞連接部位應(yīng)當(dāng)用U 字碼將兩個搭接的模板加強(qiáng)筋進(jìn)行連接固定，而箱梁頂部墻柱的安裝模板，則用頂部拉斜支撐的方法進(jìn)行固定。加固作業(yè)時還需要檢查模板的對地垂直度，若發(fā)現(xiàn)存在錯位、偏差安裝的目標(biāo)，可以通過改變頂部斜拉支撐力的方法，來不斷調(diào)整柱、墻模板的垂直度，直至其完全滿足設(shè)計施工方案的質(zhì)量要求為止。

2.3 鋼筋綁扎工藝

圖3 為該橋梁某連接件的結(jié)構(gòu)示意圖，混凝土材料分布的鋼筋主要有以下幾類：上部架立筋，架設(shè)在箱梁上部的用于抵消梁板構(gòu)件受力彎距的鋼筋，規(guī)格為HPB400，直徑為φ35 mm；受力筋，安裝在箱梁底部下排用于承載受力的鋼筋，它的作用是分?jǐn)偱c轉(zhuǎn)移橋梁工程上部結(jié)構(gòu)的荷載，規(guī)格為HPB400，直徑為φ32 mm；分布筋，在箱梁板間交錯分布的鋼筋，它與梁板的受力筋安裝方向垂直，用帶彎扣的扣筋固定在模板上，它的作用是將梁板承受的負(fù)荷均勻地分布傳遞給板間受力筋，避免箱梁構(gòu)件出現(xiàn)應(yīng)力集中點(diǎn)位，從而減小構(gòu)件受到的壓彎剪切作用，規(guī)格為HPB400，直徑為φ20 mm。在鋼筋綁扎時需要注意以下幾個問題：一是梁柱以及懸挑位置的受力區(qū)鋼筋節(jié)點(diǎn)必須要滿扎，確保每個節(jié)點(diǎn)的綁絲纏繞牢靠。而非受力區(qū)則可以以“梅花法”進(jìn)行跳扎固定，即綁扎節(jié)點(diǎn)的相鄰節(jié)點(diǎn)均不設(shè)綁絲，跳過一個節(jié)點(diǎn)后再進(jìn)行綁扎固定；二是對鋼筋進(jìn)行焊接固定時，每條主筋上的焊接點(diǎn)數(shù)量不能超過總節(jié)點(diǎn)的40%；三是鋼筋進(jìn)行壓彎或調(diào)直加工時，應(yīng)當(dāng)檢查鋼筋的完好情況，單根鋼筋的傷痕截面積總和不能超過鋼筋橫截端面的5%。

圖3 鋼混材質(zhì)連接件鋼筋結(jié)構(gòu)示意

2.4 澆筑施工作業(yè)

等到鋼筋綁扎固定完成后，即可組織進(jìn)行混凝土的澆筑作業(yè)了。在該工程項(xiàng)目組織澆筑作業(yè)時發(fā)現(xiàn)，由于分布筋與受力筋布置較為密集，容易因混凝土沖擊鋼筋骨架或模板影響最終的澆筑成型質(zhì)量。因此在混凝土入模澆筑的過程中，該項(xiàng)目主要是采用了“串筒溜管下料”的做法來控制混凝土的澆筑下落走向，將混凝土的自由傾落高度控制在1.5 m 以內(nèi)[4]。同時在澆筑層高度提升時，還要同時調(diào)整出料口位置，盡可能地繞開鋼筋密集處。

為了避免混凝土澆筑作業(yè)出現(xiàn)離析現(xiàn)象，本次施工采用每聯(lián)2 次的澆筑方法，第1 次澆筑箱梁的底板與腹板，第2 次再澆筑頂板。但兩次澆筑作業(yè)必須要混凝土對稱均勻，避免因內(nèi)模受力不均的問題給模板產(chǎn)生水平推力，使模板向澆筑量大的一邊發(fā)生偏移。同時在分聯(lián)澆筑作業(yè)時，還要與澆筑工序一同展開振搗作業(yè)，將直徑為3 cm 的插入式振搗棒插入混凝土澆筑點(diǎn)位使該處混凝土充分密實(shí)。在進(jìn)行振搗作業(yè)時需要注意以下幾點(diǎn)：一是振搗器應(yīng)當(dāng)快插慢拔，且不得與鋼筋骨架交錯的位置發(fā)生直接接觸；二是需要合理控制振搗器的移動間距，振搗上一層時，至少要插入下層5～10 cm，確保兩個振搗層的混凝土結(jié)合緊密、質(zhì)量均勻，水平移動間距不應(yīng)超過振搗作用半徑的1.5 倍，也就是40～50 cm 之間[5]；三是振搗應(yīng)當(dāng)逐點(diǎn)按照順序進(jìn)行，不能出現(xiàn)遺漏，振搗點(diǎn)位不能設(shè)置過疏或過密，通常為振搗器有效作用半徑的1.25 倍，也就是30～40 cm 之間。

2.5 施工縫處理

最后是施工縫處理，由于橋梁工程的混凝土施工任務(wù)量較大，難以一次澆筑完工，所以必須要設(shè)置施工縫來分段進(jìn)行澆筑作業(yè)。施工縫并不是真正意義上的“縫隙”，而是兩個不同澆筑作業(yè)段之間由于先后凝固時間不同而形成的界面接縫。在本次施工作業(yè)過程中，總結(jié)了以下施工接縫處理方法：首先是施工縫設(shè)置，應(yīng)當(dāng)根據(jù)橋梁工程的設(shè)計圖，找到箱梁構(gòu)件的受力區(qū)部位與非受力區(qū)部位，其中受力區(qū)不得設(shè)置施工接縫；而后在預(yù)設(shè)施工接縫的部位用規(guī)格為HPB235，直徑φ8 mm 的彎頭鋼筋作為連接筋植入接縫界面；接著等到混凝土開始初凝后，像圖4 那樣以人工鑿毛的形式將施工縫表面較為軟弱的一層混凝土鑿除，深度控制在20～30 mm 范圍以內(nèi)，需要露出混凝土的粗骨料，但不能裸露鋼筋；最后用水槍等工具將接縫處表面的碎塊、浮灰沖洗干凈后，在其上部涂刷層厚不小于10～20 mm 的C30 水泥砂漿[6]。在施工縫部位繼續(xù)施工之前，需要對舊混凝土表面進(jìn)行強(qiáng)度檢驗(yàn)，只有當(dāng)強(qiáng)度達(dá)到完全硬化的70%時方可繼續(xù)新工段的澆筑施工，避免振搗作業(yè)破壞舊澆筑段的水化結(jié)晶效果，使混凝土出現(xiàn)開裂斷層現(xiàn)象。

圖4 施工縫表面鑿毛效果

3 結(jié)論

綜上所述，當(dāng)前階段在橋梁工程中混凝土施工占據(jù)了極大的比重，它對于橋梁工程的安全性、耐久性以及運(yùn)行效益均有著極為密切的影響。因此需要橋梁工程的施工單位在組織混凝土施工作業(yè)時，嚴(yán)選工程材料，選擇合適的澆筑技術(shù)，合理控制工藝參數(shù)，掌握正確的技術(shù)方法。只有這樣才能切實(shí)保障道路橋梁工程的施工質(zhì)量，促進(jìn)橋梁工程的施工技術(shù)水平不斷提高，確保城市交通體系運(yùn)行通暢、穩(wěn)定。