黃織鐵路歹陽河大橋百米高墩施工

丁金平

（中鐵二十五局集團柳州鐵路工程有限公司，工程師，廣西 柳州 545007）

歹陽河大橋位于貴州省織金縣熊家場白苗寨以北100 m處，為黃織鐵路跨越歹陽河而設，橋跨為2×24 m+3×32 m+（52+96+52）m+1×32 m預應力鋼筋混凝土連續剛構。橋梁全長392.62 m，全橋均在+11.2‰坡道上。該橋高133 m，是黃織鐵路三大控制性工程之一。1#，2#墩為實心墩，3#～8#墩均為矩形空心墩，墩身高14.5～100 m不等，是典型的山谷河流橋。6#主墩高94 m，7#主墩墩高100 m，均為嵌巖基礎。主橋6#，7#墩上構預應力鋼筋混凝土連續箱梁分13個箱段施工，其中懸澆塊為11段，懸澆塊段長分3 m，3.5 m和4 m等3種。該橋施工工期緊，施工場地狹窄，墩身高，主橋6#，7#墩施工是該橋節點控制工序之一。主墩施工主要存在豎向主筋焊接工藝、墩身模板施工工藝、墩身混凝土運輸及墩身線型監控等施工難點。為保證高墩施工過程中的質量和安全，對施工有關工藝進行了研究和探索。

1 墩身主筋施工

1.1 墩身主筋安裝 墩身鋼筋先在鋼筋棚內彎制好后，用汽車運至索吊下，再用索吊吊裝到位安裝。測出主筋安裝位置，再進行現場施工。主筋采用電渣壓力焊接長，與箍筋連接處采用點焊固定，主筋、箍筋的間距必須嚴格按設計與規范要求施工。每次灌注混凝土頂面應低于模板上口10 cm，不覆蓋最上面一層水平筋，使以后繼續綁扎鋼筋有所依據。對預埋件或預埋的接頭鋼筋，模板抽離后及時清理，使之外露。

1.2 豎向主筋焊接 歹陽河大橋7#墩墩身采取分節施工，每節長3 m，共32次。7#空心墩鋼筋施工尤為重要，如采用傳統搭接焊，焊接1模鋼筋需時3 d，（墩身內圈鋼筋平均數188根，外圈鋼筋平均數290根），難以滿足工期要求。經過研究，采用豎向電渣壓力焊可滿足工期和質量安全的要求。鋼筋電渣壓力焊就是將2根鋼筋豎向對接形式，利用焊接電流通過兩端面間隙，在焊劑層下形成電弧過程和電渣過程，產生的電弧熱和電阻熱融化鋼筋，加壓完成的一種焊接方法。按《鐵路橋梁施工規范》要求，7#空心墩鋼筋每節主筋下料長度3.5 m和4.5 m，施工過程中，嚴格控制焊接質量。采用電渣壓力焊后，每節墩身主筋焊接只需1 d，與傳統搭接焊相比可節約60 d，墩身鋼筋少消耗7.25 t，加快了施工進度，提高了經濟效益。

2 墩身翻模施工

2.1 模板設計 墩身內外模板采用整體加工成型的鋼模板，內外模板采用Ф20圓鋼對拉，鋼模每節高1.5 m，分A，B型2種，A型為固定模板，B型為墩身四角收坡抽動模板。每節模板高度為1.5 m，共分4層。7#墩最低截面尺寸14.59 m×7.6 m，面板采用6 mm厚鋼板，背楞采用［14的槽鋼，邊橫肋及邊豎肋采用└80×8的角鋼，角鋼間距80 cm。模板四周豎肋54根，承受模板側壓力，為確保模板的穩定性和安全性，應對外模承受的最大側壓力、豎肋的檢算模型、最大的拉應力、撓度進行檢算，以便明確豎肋的角鋼型號。

2.1.1 模板最大側壓力 采用內部振搗器時，新澆筑的混凝土作用于模板的最大側壓力，可按下列2個公式分別計算，并取其中的較小值〔1〕。

式中：F為新澆筑的混凝土對模板的最大側壓力（kN/m2）；

γ為混凝土重力密度（kN/m3），現場取γ=24 kN/m3；

τ0為新澆筑混凝土的初凝時間（h），現場取τ0=4 h；

β1為外加劑影響修正系數，不摻外加劑時取1.0，摻具有緩凝作用的外加劑時取1.2，現場取β1=1.2；

β2為混凝土坍落度修正系數，當坍落度小于100 mm時，取1.10，當坍落度大于100 mm時，取1.15，現場取β2=1.15；

V為混凝土的澆筑速度（m/h），現場取V=3 m/8 h=0.375 m/h；

H為混凝土側壓力計算位置處至新澆筑混凝土頂面的總高度（m），H=3 m。

計算結果：F=0.22γτ0β1β2V1/2=17.84 kN/m2，F=2.5H=7.5 kN/m2。

取F的較小值7.5 kN/m2。

2.1.2 豎肋的計算模型 新澆筑的混凝土作用于模板的最不利荷載：當新澆筑的混凝土至模板頂面（總高度H=3 m），且現場最低層混凝土未達到初凝時間（h＜4 h）時模板的側壓力最大，所有側壓力作用于54根豎向└80×8角鋼。豎向└80×8角鋼受力模型為新老混凝土連接處豎向角鋼:下端為固結，上端為懸臂。即豎向角鋼檢算模型為下端固定、上端懸臂的懸臂梁，在最不利荷載情況下進行檢算，作用力取平均值。

模板四周最大側壓力FM=F×（14.59 m+7.6 m）×2×3=998.55 kN。豎向└80×8角鋼每根最大側壓力F1=FM/54=18.5 kN。彎矩M=F1×H/2=18.5 kN×3 m/2=27.75 kN·m。

2.1.3 豎肋拉應力檢算 豎向└80×8角鋼最大拉應力〔2〕σ=M/W=27.75×102/32.4=85.6 MPa，小于最大允許拉應力（σmax=140 MPa）。

2.1.4 豎肋撓度檢算 豎向└80×8角鋼最大撓度〔2〕f=F1H3/3EI=18.5×33×106/3×2.1×105×73.5=10.8 mm，小于最大撓度（H/250=12 mm）。式中：σ為最大拉應力；

W為截面抵抗矩；

f為豎向└80×8角鋼最大撓度；

F1為豎向└80×8角鋼最大側壓力；

H為混凝土側壓力計算位置處至新澆筑混凝土頂面的總高度，H=3m；

E為彈性模量，E=2.1×105MPa；

I為慣性矩，I=73.5 mm4。

檢算結果顯示，采取豎向└80×8角鋼可行。

2.2 操作平臺 為便于墩身施工的操作，在每層外模上設置一個工作平臺。平臺寬1 m，用5號角鋼焊接在模板的槽鋼上，并在平臺外側設置欄桿扶手。為了保證模板的整體性，以及工作平臺的牢固性，每層模板之間上下為8號角鋼，并用Ф20螺桿連接，墩身內側模用Ф50鋼管固定搭接在模板上，再加架管上鋪腳手板作為墩內工作平臺。

2.3 模板定位和安裝 用全站儀通過平面坐標法放樣出橋墩的十字線，用墨線彈出十字線，然后根據十字線放樣出墩身底外邊線，并用墨線彈出。用水準儀抄平模底混凝土面標高，將高出設計高程的混凝土部分鑿除掉，低于設計高程的位置用干硬性砂漿抄墊平整。模板安裝順序為先拼裝好外模，再拼好內模，穿入Ф20拉桿對拉將內外模板連結加固。薄壁厚度通過支撐在板模內可調式的頂桿來控制。模板底以邊線為依據定位，上口定位通過采用2吊錘分別從墩底十字線引線至模板頂，以引線為基線，調節上口模板直至模板的中心與墩底中線重合，即可定位上口模板。

外模定位后，用水準儀抄平模頂四角高程，高差控制在2 mm范圍內，如超出允許誤差，則通過抄墊模底調節。調節完畢重新吊線復核模板上口位置，確認無誤后，加固模板支撐，完成外模的安裝。內模模底定位同外模，模頂安裝以外模為基準定位。薄壁厚度調節：內側采用可調節式頂桿支撐，外側通過連接內外模的拉桿對拉相結合的方法調節。

2.4 模板翻升 用固定模板和抽動模板的不同組合來解決墩身收坡的變截面問題。模板分4層，循環交替翻升，每循環翻模高度為2層共3 m。開始施工時，先將2層混凝土灌注完畢，不拆模再在前2層模板之上繼續安裝第3、第4層模板（共6 m高），澆筑第3、第4層混凝土。模板翻升是從第5層開始，先拆除第1層模板，并在第4層模板上安裝，再拆除第2層模板，并在第五層模板上拼裝。調好模板平面位置及標高，驗收合格后，澆筑第3次混凝土，如此循環上升直至完成整個墩身施工。每次澆筑混凝土的頂面要比上一層模板低10 cm，使前后2次澆筑的混凝土無接縫，確保墩身的外觀質量。模板的翻升順序如圖1所示。

圖1 墩身模板翻模示意圖

3 墩身混凝土泵送

歹陽河大橋7#墩墩身需混凝土4 738m3，采用塔吊或纜索吊運輸混凝土均難以滿足工期和質量安全的要求，應采取泵送混凝土。但隨著墩身澆筑標高的不斷上移，泵送工藝要求將會越來越高，對于混凝土用骨料的品質要求也隨之越來越高。在墩身前30 m施工過程中，由于砂子很粗、粗骨料粒徑斷級、最大粒徑超徑、骨料不干凈、粉塵較多，因此在泵送施工時，混凝土經常有離析現象，需要增加砂的用量。但是因為砂粗，即使增加了混凝土的砂率，泵送阻力仍然很大，曾經產生堵管現象，對混凝土質量造成一定的影響。因此在歹陽河大橋高墩施工中，對粗、細骨料的選擇及穩定性、混凝土（入模）坍落度、遠程泵送混凝土工藝等三大因素的掌控，成為該橋高墩混凝土施工的難點。

3.1 調整施工配合比 歹陽河大橋墩身混凝土設計配合比中粗骨料采用16～26.5 mm碎石，該級配符合《混凝土泵送技術規程》中粗骨料最佳級配要求，且是實驗室大量試驗的結果。其目的就是為了保證墩身混凝土泵送施工過程中不堵管，在密集鋼筋中得以自動充填密實，降低勞動強度，保證安全和質量。在墩身前30 m施工過程中，曾經有堵管現象，經分析是由于現場用料中，機制砂較粗（其中5 mm以上的小石子有時竟達30%以上），砂中30%的含石率反推算至粗骨料中后，實際砂率僅為34%。泵送混凝土的砂率一般為46%～48%，而現場實際砂率過低，使堵管成為必然。現場用的粗、細骨料均達不到試驗配合比的要求。因此，需重新調整施工配合比。原施工配合比中粗、細骨料為9.5～22 mm碎石、0～9.5 mm砂石混合料。

現場細骨料中有0～9.5 mm、0～7.5 mm砂石混合料，其中0～9.5 mm砂石混合料雖稱為砂，但實際含有30%以上的5～9.5 mm的小石子。0～7.5 mm砂石混合料，是泵送混凝土很好的細骨料，這種料的缺點是含粉偏多、夾泥（隧道碴加工而成），對混凝土危害很大。現場粗骨料中有16～31.5 mm、9.5～22 mm、20～40 mm的碎石，根據JGJ/T-95《混凝土泵送施工技術規程》規定，泵送高度在100 m以上時，粗骨料最大粒徑與泵送管內徑比為1：5。目前工地泵送管內徑普遍為125mm，為了保證泵送過程的安全，防止堵管，應將碎石最大粒徑控制在25 mm以內。綜上所述，在新的施工配合比中，應采用9.5～22 mm碎石作粗骨料，0～9.5 mm砂石混合料作細骨料。

在新的施工配合比中，由于砂含有30%的石子，因此要將砂的實際用量再提高43%，同時將碎石實際用量減少32%，使得在新的配合比中實際砂率達到47%。通過調整施工配合比砂率，提高了混凝土的和易性和穩定性，減小了管內摩擦阻力，從而減低了管內泵送壓力的損耗。

3.2 泵送壓力設計 由于遠端泵送受泵管、水平管管內壁的摩擦影響，造成泵送壓力損失很大。因此，需對泵送壓力進行檢算，以確保初端泵送壓力在經過損耗后還能滿足泵送要求。

歹陽河大橋遠端泵送澆筑，采用內徑為125 mm的高壓泵管，最遠泵送距離要求達到500 m，垂直高度150 m，約需水平管360 m、垂直管150 m、90°彎管3個、45°彎管4個、管道接環160個、管路截止閥2個、橡皮軟管1根。根據JGJ/T-95《混凝土泵送施工技術規程》規定，輸送泵各配件壓力損耗：水平管每20 m換算壓力損失為0.1 MPa，垂直管每5 m換算壓力損失為0.1 MPa，90°彎管每只換算壓力損失為0.1 MPa，45°彎管每只換算壓力損失為0.05 MPa管道接環每只換算壓力損失為0.1 MPa，管路截止閥每個換算壓力損失0.2 MPa，橡皮軟管每根換算壓力損失為0.3 MPa，混凝土泵送啟動內耗換算壓力損失為0.3 MPa。

當混凝土坍落度為160～180 mm時，泵送壓力損耗計算〔1〕：總壓力損耗Ps=360/20×0.1+150/5×0.1+3×0.1+4×0.1+160×0.1+2×0.2+1×0.3+1×0.3=22.5（MPa）。

歹陽河大橋拖泵采用HBT60C型電泵理論輸出高壓高限Pmax=32 MPa，按正常使用取電泵理論輸出高壓高限的80﹪，P z=32×80﹪=25.6（MPa）大于總壓力損耗（P s=22.5 MPa）。因此，遠距離泵送可行。

3.3 入模坍落度控制 按國家現行標準《混凝土結構工程及驗收規范》的規定，泵送高度如大于100 m以上，要求入泵混凝土的坍落度控制在180～200 mm。根據《混凝土泵送施工技術規程》，考慮在不同環境溫度下混凝土坍落度的損失:當環境溫度在10～20℃時，混凝土經時坍落度損失約為5～25 mm；當環境溫度在20～30℃時，混凝土經時坍落度損失約為25～35 mm；當環境溫度30～35℃時，混凝土經時坍落度損失約為35～50 mm。現場施工平均溫度均在20～30℃之間，故混凝土的入模坍落度應控制在145～175 mm〔1〕。

3.4 入泵停留時間 當混凝土澆筑環境溫度不大于20℃時，入泵停留時間不宜超過120 min；當環境溫度大于20℃，小于30℃時，入泵停留時間不宜超過90 min；當環境溫度大于30℃時，入泵停留時間不宜超過60 min。因此，要求對入泵停留時間進行檢算。

入泵停留時間計算：現場施工灌注混凝土10 m3/h，泵管長度500 m，截面積S=3.14×（0.125/2）2=0.012m2，計算混凝土的平均流速V=10/0.012=833m/h，混凝入土泵停留時間t=500/833=0.6 h，為36 min。現場混凝土最小的初凝時間為1 h，滿足施工要求。

4 高墩施工監控

高墩施工過程中，受自重、溫度、外荷等因素影響，在模板安裝、混凝土澆筑和模板的翻升等3個階段，對模板的穩定性、墩身的垂直度有很大的影響。因此，在施工過程中必須加強對高墩施工的監控。高墩施工監控項目：中心定位控制、垂直度控制、標高控制和墩身混凝土養護。在現場成立施工監控工作小組，以進行有效的監控工作。每段澆筑混凝土前后，應對墩身進行施工監控。

4.1 中心定位控制 根據該橋位的復雜地形，山高谷深，首先使用全站儀在橋位內或就近布置平面控制網，并定期進行復測。

在每節模板安裝過程中隨時檢測空心高墩中心點以及墩身四周角點的位置，凡發生偏差必須即刻糾正。在每一節整體式翻升支架按測定的位置安裝牢固，墩身鋼筋也必須按測設的位置綁扎（含電焊）安裝。架立安裝模板就位也必須正確測量模板的位置，經監理檢驗合格后才能澆筑混凝土。軸線偏位限度為10 mm，偏位超限時應及時糾正。

4.2 垂直度控制 因橋墩高100 m，需分15次澆筑，各種施工因素（模板安裝誤差、測量誤差、誤差積累）對橋墩垂直度影響很大。因此，在每次立模前均要用全站儀測量墩身的4個棱角，立模后仍要求用全站儀測量模板的4個棱角來檢驗橋墩的中心線（每節測量均要求換手測量）。檢驗方法：在縱橫軸線上分別設立4個觀測點，施工時將全站儀架設在觀測點上，用以控制和校核軸線的準確性。通過兩軸線的交點與墩身中心點的重合來校核和控制墩身的垂直度。如圖2所示。

4.3 標高控制 因7#墩較高，墩頂標高的精確度直接影響到連續梁頂面標高，為此每節墩身標高，均要求在立模前后測量。標高測量至每節模板的底口，根據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。

圖2 垂直度控制示意圖

4.4 墩身混凝土養護 高性能混凝土對溫度環境很敏感，適合施工的環境溫度為15～25℃。如果在夏季施工，應準備好淋過水的麻袋覆蓋泵管，控制混凝土輸送溫度。由于混凝土水灰比很低，水泥水化初期容易造成水分散失導致混凝土較大的自收縮，還會影響混凝土強度發展。因此，混凝土澆筑完成后到終凝前的養護初期，應立即進行PVC薄膜覆蓋，并用干麻袋覆蓋保證內外溫差不致過大。到養護后期，再采用淋濕的麻袋覆蓋。通過上述養護方法，使墩身混凝土強度均達到設計要求，混凝土表面也無裂紋出現。

5 結束語

黃織鐵路歹陽河大橋是典型的山谷橋梁。在百米高墩施工中采用翻模施工，合理調整施工配合比，采取豎向泵送混凝土工藝，使得該橋高墩施工的安全質量和工期達到預期目標。墩身翻模實現6d一個循環，整個墩身施工工期縮短了2個月，于2009年4月15日完工。該工程取得了良好的經濟效益，并積累了一定的施工經驗，為類似工程提供了借鑒。

〔1〕中國建筑科學研究院.混凝土泵送施工技術規程〔M〕.北京:中國建筑工業出版社，1995.

〔2〕姚玲森.橋梁工程〔M〕.北京:人民交通出版社，2008.