大承臺薄壁高墩橋關(guān)鍵施工技術(shù)研究

雷 宇

南水北調(diào)中線建管局河北分局

大承臺薄壁高墩橋關(guān)鍵施工技術(shù)研究

雷 宇

南水北調(diào)中線建管局河北分局

具有大體積承臺和薄壁高墩結(jié)構(gòu)的橋梁，其施工控制重點在于大體積承臺、薄壁空心結(jié)構(gòu)的混凝土施工和高墩定位。大體積混凝土澆筑，可采取優(yōu)化混凝土配合比降低水化熱，在混凝土內(nèi)部預(yù)埋冷卻水管強制降溫，在混凝土表面加設(shè)防裂鋼筋網(wǎng)等措施，有效防止施工裂縫的產(chǎn)生。薄壁空心墩混凝土澆筑，可通過原材料的選取、配合比的設(shè)計優(yōu)化、泵送混凝土的施工工藝等，確保混凝土工程質(zhì)量。高墩定位，可通過測量儀器對高墩的位置、高程、垂直度進行測量控制，及時檢測，保證滿足規(guī)范要求。

大承臺；薄壁空心；高墩；施工技術(shù)

引言

具備大體積承臺和薄壁高墩結(jié)構(gòu)的橋梁，其工重點及難點是控制裂縫的產(chǎn)生。由于混凝土溫度變化產(chǎn)生變形受到混凝土內(nèi)部和外部的約束影響，產(chǎn)生較大應(yīng)力，尤其是拉應(yīng)力，是導(dǎo)致混凝土產(chǎn)生裂縫的主要原因。為避免混凝土出現(xiàn)裂縫，不影響結(jié)構(gòu)的受力和正常的使用，必須采取可靠措施防止內(nèi)外出現(xiàn)過大溫差，對混凝土溫度變化加以控制，嚴格控制裂縫出現(xiàn)。高墩橋?qū)蚨盏拇怪倍群推灰筝^高，施工過程中要嚴格控制，防止出現(xiàn)失穩(wěn)情況。

因此，在具備大體積承臺和薄壁高墩結(jié)構(gòu)特點的橋梁施工中，大體積承臺混凝土施工、薄壁空心墩施工是施工中的重點和難點。對上述關(guān)鍵施工技術(shù)進行研究，可以為今后類似橋梁的設(shè)計、施工、監(jiān)控提供寶貴的施工經(jīng)驗，并對大跨徑橋梁的發(fā)展及溝壑地區(qū)選擇合理的橋型有現(xiàn)實意義。

1.大體積承臺混凝土施工技術(shù)研究

1.1混凝土配合比優(yōu)化

承臺混凝土配合比設(shè)計必須考慮降低水化熱，減小混凝土的內(nèi)部升溫。因此必須采用相應(yīng)措施，優(yōu)化施工配合比，控制混凝土初期和最終的發(fā)熱量。

通過一系列混凝土配合比優(yōu)化實驗，成果表明承臺混凝土配合比設(shè)計應(yīng)遵循以下幾個原則：

（1）選用水化熱低、凝結(jié)時間長的水泥，以降低混凝土的溫度。

（2）摻加粉煤灰降低水化熱產(chǎn)生的高溫峰值，同時可改善混凝土的和易性及提高泵送性，同時延緩水泥凝結(jié)時間；摻加高效減水劑，以減少水和水泥的用量，緩凝時間為8—12小時，延長混凝土達到最高溫度的時間，降低水泥水化熱峰值。

（3）控制砂、石的含泥量，施工石子含泥量控制在1%之內(nèi)，吸水率不應(yīng)大于1.5%，所含泥土不得呈塊狀或包裹石子表面，砂的含泥量控制在2%以內(nèi)，以免增加混凝土收縮和降低混凝土的抗拉強度。

（4）盡量減少單位體積混凝土的用水量，嚴格控制水灰比，采用低流動性混凝土。

1.2.大體積混凝土溫度控制及監(jiān)測

1.2.1溫度控制及監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)計

在混凝土中預(yù)埋水管，利用管中的循環(huán)冷水的流動來帶走混凝土內(nèi)部產(chǎn)生的水化熱，防止混凝土內(nèi)外溫差過大，減少由于溫度變形產(chǎn)生的拉應(yīng)力大于混凝土的抗拉應(yīng)力時產(chǎn)生的裂縫，溫度控制系統(tǒng)如圖1所示。

冷卻管可采用Φ50×2.5mm的焊接鋼管，接頭采用焊接，拐角處采用彎頭。安裝完畢后，進行試通水，檢查管路通水正常方可進行下一道工序。

溫度實時監(jiān)測系統(tǒng)安裝布置見圖2。測溫管在鋼筋及冷卻管安裝完畢后安裝，安裝時將測溫管安裝固定在設(shè)計位置，保證位置準(zhǔn)確、牢固。

圖1 大體積混凝土承臺冷卻管溫度控制系統(tǒng)設(shè)置示意圖

圖2 大體積混凝土承臺溫度實時監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)置示意圖

1.2.2溫控實時監(jiān)測方案

（1）監(jiān)測內(nèi)容

出機溫度、入模溫度、澆筑溫度、混凝土塊體升降溫、里外溫差、降溫速度及環(huán)境溫度。

（2）測溫點布置原則

測溫點布置必須具有代表性，能全面反映大體積混凝土各部位的溫度，應(yīng)考慮大體積混凝土全斷面包括中心和上表面、下表面；全平面包括中部和邊角區(qū)。

（3）溫度監(jiān)測制度

①混凝土澆筑期間，每一小時測讀一次；

②混凝土澆筑后三天，每一小時測讀一次；

③三天－六天，每二小時測讀一次；

④六天－十天，每四小時測讀一次；

⑤十天－十二天，每十二小時測讀一次；

⑥十二天－二十八天，每十二小時測讀一次；

監(jiān)測期間觀察溫差變化趨勢和降溫情況，當(dāng)可開始撤除養(yǎng)護層時即可停止監(jiān)測。

（4）溫控指標(biāo)

根據(jù)《公路橋涵施工技術(shù)規(guī)范》（JTJ041-2000）中有關(guān)大體積混凝土施工的有關(guān)要求，制定如下溫控指標(biāo)：

①混凝土里外溫差≤25℃，超過25℃時報警；

②混凝土降溫速度≤2.5℃/天，超過2.5℃/天時報警；

③混凝土澆筑溫度≥28℃時，應(yīng)按照規(guī)范要求，加強溫控監(jiān)測，包括溫升速度及觀察保溫效果。

2.薄壁空心墩施工技術(shù)研究

2.1泵送混凝土配合比優(yōu)化及施工工藝

考慮到墩柱施工垂直高度、水平距離、夏季施工氣溫高以及泵送等諸多影響因素，混凝土配合比優(yōu)化時必須考慮降低水化熱，減小混凝土的內(nèi)部升溫，減小混凝土坍落度損失，提高混凝土泵送能力等。實驗研究表明，泵送混凝土配合比設(shè)計應(yīng)遵循以下幾個原則：

①選用水化熱低、凝結(jié)時間長的P.O52.5水泥，R28天強度為61.6Mpa。

②選用大減水、高保坍和高增強的聚羧酸高性能減水劑。

③粗骨料：采用4.75-26.5mm連續(xù)級配碎石。

通過減少水泥用量，增加了粉煤灰、礦渣粉和外加劑的用量來優(yōu)化配合比。這些優(yōu)化在滿足強度的要求下，有效減少水泥用量，降低水化熱，減少坍落度損失，滿足施工要求并防止混凝土裂紋的產(chǎn)生，保證施工質(zhì)量。

新拌混凝土的溫度，對混凝土坍落度損失影響也很大，一般講新拌混凝土的溫度越高，坍落度損失越快。為避免集料被日光暴曬，在混凝土運輸車上復(fù)蓋隔熱材料，覆蓋泵管和澆水等措施，降低混凝土溫度，減少混凝土坍落度損失。

在混凝土運輸和操作中減少時間耽擱，盡量使混凝土的溫度保持在10～30℃范圍之內(nèi)，控制水泥水化放熱，并摻適量的抑制坍落度損失的外加劑及優(yōu)選各種原材料來調(diào)節(jié)它們之間的適應(yīng)性，從而在一定時間范圍內(nèi)，控制混凝土坍落度的損失。

2.2高墩翻模垂直度控制測量

如果高墩的墩身由于施工的原因而出現(xiàn)了偏斜、彎曲等幾何缺陷，將會使結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性大大下降，甚至產(chǎn)生整體失穩(wěn)的嚴重后果。在施工中只有嚴格控制墩身的垂直度，才能使結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定得到根本的保證。由于采用翻模施工，高墩仰角過大和施工平臺四周設(shè)有吊架和安全網(wǎng)，不能通視，常規(guī)的測量方法無法采用。可選用激光垂準(zhǔn)儀和全站儀相結(jié)合的方法控制墩身垂直度。

2.2.1控制標(biāo)準(zhǔn)及控制網(wǎng)的布設(shè)

（1）控制標(biāo)準(zhǔn)

根據(jù)《公路橋涵施工技術(shù)規(guī)范JTJ041-2000》和《公路工程質(zhì)量檢驗評定標(biāo)準(zhǔn)JTG F80/1-2004》，整個墩身豎直度(坡比)允許偏差3‰H、且不大于20 mm；節(jié)段間錯臺不大于3 mm；軸線偏位在10mm以內(nèi)；斷面尺寸在正負15mm范圍內(nèi)。

（2）控制網(wǎng)的布設(shè)

根據(jù)施工現(xiàn)場交樁情況，結(jié)合具體地形及通視條件，對全橋進行導(dǎo)線布控，控制網(wǎng)按現(xiàn)行《工程測量規(guī)范》中四等三角網(wǎng)導(dǎo)線測設(shè)。

激光垂準(zhǔn)儀主要技術(shù)參數(shù)為：激光束向上下對中一測回垂準(zhǔn)測量標(biāo)準(zhǔn)偏差1／45000，激光有效射程白天≥100m，夜間t>250 m。

2.2.2全站儀檢查模板

（1）全站儀檢查模板頂面的4個角點。置棱鏡于模板上口角點上，測出實測坐標(biāo)，求出△x、△y值，根據(jù)視線與縱橫橋向的軸線夾角，把測量結(jié)果換算成縱橫向偏差值，依標(biāo)準(zhǔn)判定模板安裝是否符合要求。

圖3 控制點平面布置

（2）對照全站儀、激光垂準(zhǔn)儀的檢查結(jié)果，如果兩者檢查結(jié)果相符，則可以認定模板安裝符合要求，可以進入下道工序施工，若兩者差值超過2mm則分別重新檢查。

2.2.3激光垂準(zhǔn)儀檢查模板4個角點

（1）對中點的設(shè)置：在承臺頂面設(shè)置激光垂準(zhǔn)儀對中點。在薄壁空心墩四周沿縱橫方向距墩身50 cm，100cm設(shè)置8個點(定為50cm,100cm是避免施工平臺遮擋視線)，該8個點應(yīng)該穩(wěn)固清晰，且不受擾動，如圖3。

（2）在翻模平臺頂面人行步板上對應(yīng)位置切割一個20 cm×20 cm的方洞(網(wǎng)格激光靶尺寸為20cm×20cm)，并把激光靶安裝于此洞上。

（3）在承臺上架立三角架，安裝激光垂準(zhǔn)儀，打開向下發(fā)射激光束按鈕，對中后精確調(diào)平激光垂準(zhǔn)儀。關(guān)閉向下發(fā)射按鈕，打開向上發(fā)射激光束按鈕，調(diào)節(jié)物鏡的焦距，使激光束在靶標(biāo)上形成一個直徑1 mm的光點，在靶標(biāo)表面光點中間做標(biāo)記，任意水平方向轉(zhuǎn)動激光垂準(zhǔn)儀，調(diào)整激光垂準(zhǔn)儀，直至光點中心的偏差不超過1 mm，此時激光束豎直線即為該控制點的垂直方向線。如圖4。

理論上AB、CD點的距離L理論為：L理論＝墩身高×（1/70）＋H。

（4）站在施工吊架上，沿兩臺儀器在激光靶上的激光束連接線為方向（AC線）拉鋼卷尺到模板內(nèi)邊緣，扶平激光靶，使激光靶平面與模板頂處于同一水平面，量測激光束與模板內(nèi)邊緣距離并記錄。得到AB、CD兩點的實際距離L實際，用激光垂準(zhǔn)儀測得偏差就為ΔL=L理論-L實際。

（5）同樣的方法，當(dāng)激光垂準(zhǔn)儀設(shè)在不同的方位時，可以測得墩身前后或左右的偏差。依據(jù)標(biāo)準(zhǔn)判定模板4個角點平面位置是否合格，若有一個點偏差值超過標(biāo)準(zhǔn)，則需重新調(diào)整模板，重新檢查。

圖4 激光垂準(zhǔn)

3.結(jié)論

（1）通過選取水化熱低、凝結(jié)時間長的水泥，摻加粉煤灰取代一部分水泥，控制砂、石的含泥量、減少單位體積混凝土的用水量等措施，可控制大體積承臺混凝土初期和最終的發(fā)熱量。

（2）在承臺混凝土中預(yù)埋水管，利用管中的循環(huán)冷水的流動來帶走混凝土內(nèi)部產(chǎn)生的水化熱，防止混凝土內(nèi)外溫差過大，可減少由于溫度變形產(chǎn)生的拉應(yīng)力大于混凝土的抗拉應(yīng)力時產(chǎn)生的裂縫。

（3）通過在混凝土中摻優(yōu)質(zhì)高效減水劑、優(yōu)質(zhì)粉煤灰和礦渣粉的優(yōu)化措施，使混凝土既能滿足設(shè)計強度要求，又能提高和易性和可泵性。從原材料選取和溫度控制兩方面對泵送混凝土施工工藝進行優(yōu)化，減少混凝土坍落度的損失，可實現(xiàn)薄壁空心墩混凝土的高性能化。

（4）通過激光垂準(zhǔn)儀和全站儀對高墩垂直度測量控制，及時檢測墩身垂直度，保證高墩垂直度在規(guī)范要求之內(nèi)，滿足橋梁線型要求。

[1]尚艷亮,孫志星,李志鵬.某承臺大體積混凝土施工裂縫控制技術(shù)研究[J].石家莊鐵道學(xué)院學(xué)報,2006(03):45-49

[2]薛普.大體積承臺混凝土施工的溫控技術(shù)[J].鐵道建筑技術(shù),2008(S1):71-73

[3]方旭東.淤泥河大橋105m薄壁空心墩身翻模施工技術(shù)[J].鐵道標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計,2008(03):96-98

[4]王建勛.平潭海峽大橋薄壁空心墩翻模施工技術(shù)研究[J].科學(xué)技術(shù)與工程,2011（01):196-200