超高墩身爬模施工及泵送機(jī)制砂混凝土技術(shù)

胡華清

（中交第三航務(wù)工程局有限公司寧波分公司，浙江 寧波 315200）

1 工程概況

黔張常鐵路阿蓬江特大橋位于重慶市黔江區(qū)境內(nèi)，設(shè)計(jì)速度200km/h客貨共線，橋長(zhǎng)1.36km，主橋（135m+240m+135m）為雙塔三跨預(yù)應(yīng)力混凝土矮塔斜拉橋，主墩設(shè)計(jì)變截面矩形空心方墩，主塔高度為173m，是目前國(guó)內(nèi)第一高墩大跨鐵路矮塔斜拉橋。

2 超高墩身墩身液壓爬模板施工工藝技術(shù)

2.1 液壓爬模選型

主墩為超高變截面四邊圓弧倒角方形空心墩，墩身高度為123m，底部12.5m和頂部5.5m設(shè)計(jì)為實(shí)心段，橋墩身縱向外坡為35∶1，內(nèi)坡為60∶1，墩身橫向外坡為30∶1，內(nèi)坡為45∶1，底部截面尺寸為25.8m×15.9m，頂部截面尺寸為17.6m×9.2m。該墩墩身施工屬于超高墩身施工，施工周期長(zhǎng)，墩身液壓爬模模板的選配設(shè)計(jì)及施工技術(shù)是該橋墩身施工重點(diǎn)控制的關(guān)鍵技術(shù)，液壓爬模內(nèi)外模板為樺木梁結(jié)合膠合板體系，采用進(jìn)口WISA維薩板，架體結(jié)構(gòu)采用ZMP-100上下分離式架體，上支架為桁架式后移支架，制造生產(chǎn)委托專業(yè)廠家進(jìn)行，墩內(nèi)設(shè)置勁性骨架以便精確定位，采用徠卡全站儀進(jìn)行測(cè)量監(jiān)測(cè)及定位，對(duì)立模垂直度進(jìn)行檢查和校正，控制立模偏位在5mm以下。

2.2 爬模施工工藝

（1）液壓爬模設(shè)計(jì)。液壓爬模設(shè)計(jì)外模面板采用21mm厚、內(nèi)模面板選用18mm厚WISA維薩板。外模施工平臺(tái)采用液壓自爬模架體結(jié)構(gòu)，爬模架體體系由支架系統(tǒng)、模板系統(tǒng)、埋件系統(tǒng)及液壓系統(tǒng)組成，爬模動(dòng)力采用設(shè)計(jì)自帶的電動(dòng)液壓頂升系統(tǒng)，通過(guò)電動(dòng)液壓系統(tǒng)控制頂升動(dòng)力，使模板架體結(jié)構(gòu)與導(dǎo)軌間形成互爬，模板架體根據(jù)墩身內(nèi)外坡比變截面特點(diǎn)進(jìn)行相應(yīng)的配置。根據(jù)墩身內(nèi)外坡比不同的變截面外形特點(diǎn)，爬模（預(yù)埋爬錐安裝角度）根據(jù)設(shè)計(jì)可調(diào)整為垂直或傾斜狀態(tài)。爬模機(jī)位置，模板及上架體結(jié)構(gòu)的數(shù)量，以及布置形式，都由墩身截面形狀和尺寸，通過(guò)爬模架體所受承載力及變形控制的計(jì)算確定。內(nèi)模平臺(tái)采用現(xiàn)場(chǎng)搭設(shè)腳手架方案，中間對(duì)拉螺桿間距控制在1.2m以內(nèi)，模板連接保證緊密無(wú)錯(cuò)縫、通縫。

（2）爬模爬架配置。阿蓬江特大鐵主墩為空心超高變截面方形直墩，墩身施工高度增加墩身截面按固定坡度比逐漸變小，每施工一節(jié)段墩身，現(xiàn)場(chǎng)均要對(duì)模板進(jìn)行裁剪，相應(yīng)液壓爬模爬架自下而上按設(shè)計(jì)高度進(jìn)行減少，安裝的爬模爬架體相鄰架體支承跨度控制在5m范圍之內(nèi)。

（3）爬模施工。根據(jù)橋墩的結(jié)構(gòu)實(shí)際情況進(jìn)行設(shè)計(jì)和施工，模板到場(chǎng)后，首先按照?qǐng)D紙進(jìn)行外模的編號(hào)組拼，并經(jīng)檢查測(cè)量確認(rèn)達(dá)到設(shè)計(jì)要求后，開(kāi)始進(jìn)行墩底實(shí)心段施工。第一節(jié)澆筑高度為6.1m，模板支撐由施工現(xiàn)場(chǎng)對(duì)拉連接螺栓固定，同時(shí)在墩身周側(cè)埋設(shè)爬模埋件。當(dāng)混凝土強(qiáng)度到20MPa以上時(shí)，再進(jìn)行第二節(jié)墩身混凝土澆筑施工。第二節(jié)墩身混凝土澆筑高度6m，可利用第一次預(yù)埋件安裝爬模支架、拼裝操作平臺(tái)、墩身模板及各安全防護(hù)裝置等，同時(shí)預(yù)埋相應(yīng)的爬模爬錐等預(yù)埋件，以備后續(xù)墩身節(jié)段爬模施工需要。墩身第二節(jié)施工完成后，對(duì)施工作業(yè)的內(nèi)模及爬模構(gòu)架爬伸設(shè)備進(jìn)行安裝，然后完成第三節(jié)澆筑。模板爬升到第四節(jié)時(shí)，第一節(jié)的附墻座附件、掛座部件和爬錐件全部拆除，循環(huán)、周轉(zhuǎn)使用。第三節(jié)澆筑高度為6m，用塔吊將爬模支架提升到位后安裝下平臺(tái)，然后重復(fù)第三次澆筑過(guò)程，直至澆筑完成到墩頂?shù)菇翘帯?/p>

（4）爬模拆除。爬模施工到墩頂最后一個(gè)節(jié)段在澆筑0#塊之前對(duì)爬模進(jìn)行拆除，使用現(xiàn)場(chǎng)QTZ160型塔吊進(jìn)行爬模拆除工作，按照安裝的倒排順序?qū)⒛０宓闹误w系、液壓油缸、上下爬架以及內(nèi)外構(gòu)架拆除，然后對(duì)模板外掛支架、操作平臺(tái)、人員上下爬梯等體系進(jìn)行拆除。爬模的拆除應(yīng)嚴(yán)格按照拆卸順序和高空作業(yè)安全要求拆除，拆除過(guò)程中要保持受力平衡對(duì)稱進(jìn)行。

2.3 爬模施工過(guò)程控制及質(zhì)量問(wèn)題的解決措施

（1）爬模垂直度控制。為使爬模垂直度滿足設(shè)計(jì)要求，千斤頂頂面標(biāo)高與承重系統(tǒng)桿件、限位卡底部位置要控制在同一水平面上，并確保爬模系統(tǒng)的同步性；爬升過(guò)程中每爬升1m檢查一次，垂直度超出±1%，調(diào)節(jié)螺絲桿滑輪并頂緊墻面，糾偏到位，使垂直度滿足規(guī)范設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)要求。施工過(guò)程中均勻布置施工荷載，采取合理的混凝土澆筑順序，墩身四面對(duì)稱澆筑，同側(cè)從中間向兩邊對(duì)稱澆筑等措施，混凝土澆筑過(guò)程中，加強(qiáng)模板檢查，及時(shí)加固謹(jǐn)防漲模、跑模現(xiàn)象發(fā)生。

（2）爬模倒角控制。阿蓬江特大橋主墩四周為R=15cm圓倒角，為了避免錯(cuò)臺(tái)倒角采用單獨(dú)加工的定型鋼模，鋼模和直線段爬模拼緊，外側(cè)用兩根槽鋼固定，槽鋼端頭用對(duì)拉螺桿對(duì)拉，以確保鋼模和木摸的連接及固定，有效控制墩身倒角的外觀質(zhì)量。

（3）模板制作拼縫控制。在模板制作時(shí)，采用大板幅模板進(jìn)行拼裝制作，模板的拼縫控制在同一水平或豎直方向上，模板裁切后混凝土表面拼縫自下而上整體紋理順直。拼縫處采用泡沫膠粘合模板的方式處理，有效阻止混凝土漿體從模板拼縫中漏出。

3 超高墩身機(jī)制砂混凝土配合比選配及泵送施工控制

主墩墩身高、單次澆筑方量大，對(duì)于混凝土質(zhì)量及澆筑工藝要求高。考慮到降本增效，在混凝土配合比細(xì)骨料選配上采用機(jī)制砂代替河砂，為確保高墩泵送混凝土工作性能符合要求，從外加劑、粉煤灰、水泥、粗細(xì)骨料等原材料的擇優(yōu)選取以及混凝土坍落度、擴(kuò)展度、和易性、保水性、經(jīng)時(shí)坍損、泵送坍損等多方面進(jìn)行綜合試驗(yàn)。

3.1 機(jī)制砂影響混凝土性能分析

（1）機(jī)制砂的顆粒形態(tài)對(duì)混凝土工作性能影響。機(jī)制砂經(jīng)機(jī)械破碎、篩分制成5mm以下的巖石顆粒，呈多棱角狀，表面粗糙，顆粒間的相互摩擦阻力加大，使混凝土的和易性、流動(dòng)性變差，造成混凝土泵送困難。機(jī)制砂中的顆粒相對(duì)集中或級(jí)配不連續(xù)，0.315mm以下的顆粒因水洗散失掉，混凝土易發(fā)生離析泌水、工作性變差，在泵送過(guò)程中，造成泵壓增加、甚至卡管堵塞等問(wèn)題發(fā)生。

（2）機(jī)制砂中的石粉含量對(duì)混凝土性能影響。生產(chǎn)機(jī)制砂的巖石料源選擇堅(jiān)硬的灰?guī)r、花崗巖或卵石，抗壓強(qiáng)度符合（火成巖≥80MPa，變質(zhì)巖≥60MPa，水成巖≥30MPa）要求。針對(duì)機(jī)制砂中石粉含量對(duì)混凝土的影響分析，采用石粉摻量3%、5%、7%、10%、13%進(jìn)行試驗(yàn)，以C40墩身泵送混凝土配合比（水泥∶粉煤灰∶機(jī)制砂∶碎石∶外加劑∶水=287∶123∶755∶1080∶4.1∶155）試驗(yàn)數(shù)據(jù)如表1所示。

表1 石粉含量對(duì)混凝土的性能影響分析

試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，當(dāng)機(jī)制砂中的石粉含量（3%～13%）增加的情況下，混凝土的流動(dòng)性、坍落度逐步下降，和易性變得越來(lái)越好，粘聚性逐步增加，石粉的含量偏大或是偏小，都會(huì)影響著混凝土的各項(xiàng)性能，適當(dāng)合理（7%）的石粉的含量，增加了混凝土中的漿體質(zhì)量，改善了混凝土拌合物的和易性、流動(dòng)性。當(dāng)石粉含量繼續(xù)增加10%～13%的時(shí)候，骨料顆粒的表面積增大，反而阻礙了漿體的流動(dòng)，降低了混凝土的坍落度和擴(kuò)展度，同時(shí)，石粉含量超過(guò)7%以后，混凝土的強(qiáng)度逐步降低，說(shuō)明超量的石粉會(huì)影響混凝土強(qiáng)度。

3.2 混凝土機(jī)制砂混凝土原材料的主要技術(shù)指標(biāo)

（1）水泥。混凝土中的水泥選用C3A含量低（＜8%），不低于42.5的普通硅酸鹽水泥，試驗(yàn)選用P.O42.5水泥，比表面積小于340m2/kg，游離氧化鈣0.9%，氯離子含量0.018%，堿含量0.58%。C3A含量7.45%，28d抗壓強(qiáng)度46.2MPa。

（2）粉煤灰。依據(jù)《鐵路混凝土工程施工質(zhì)量驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)》（TB 10424）混凝土中摻入最大30%粉煤灰，降低水泥用量，降低混凝土水泥水化熱，改善混凝土拌合物的工作性、流動(dòng)性和可泵性。粉煤灰選用F類Ⅱ級(jí)灰，細(xì)度18%，需水量比100%。

（3）機(jī)制砂。細(xì)骨料選用黔江永文砂石水洗機(jī)制砂，并嚴(yán)格控制含泥量，試驗(yàn)表明含泥量超標(biāo)不僅會(huì)降低混凝土強(qiáng)度，而且會(huì)增加混凝土硬化后的收縮徐變。機(jī)制砂細(xì)度模數(shù)2.7～3.0，級(jí)配合格，Ⅱ區(qū)中砂，亞甲藍(lán)MB值1.0，石粉含量6%，壓碎指標(biāo)18%（＜25%），非堿活性骨料（砂漿棒法0.02%）。

（4）粗骨料。粗骨料選用良好的三級(jí)配（5～10mm∶10～20mm∶16～31.5mm碎石按3∶5∶2比例摻配）合成5～31.5mm，可以減少混凝土空隙率，提高混凝土和易性和密實(shí)性。粗骨料采用黔江區(qū)洞采灰?guī)r碎石，含泥量0.4%，緊密空隙率小于40%，針片狀含量5%，母巖強(qiáng)度100MPa，壓碎指標(biāo)9%。非堿活性骨料（砂漿棒法0.02%）。

（5）外加劑。摻加減水劑是減少水泥用量降低水化熱的間接有效途徑，選用上海三瑞高性能緩凝型減水劑，含固量25.52%，減水率27%，含氣量2.6%，用于泵送混凝土壓力泌水率21%，堿含量2.9%，28d抗壓強(qiáng)度比155%，收縮率比101%。通過(guò)調(diào)整外加劑性能（保坍、緩凝、緩釋、增稠、降粘）、砂率、漿體比，確定試驗(yàn)室合理配合比，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)氣溫季節(jié)變化，結(jié)合泵送高度距離變化情況，采用不同的配合比進(jìn)行生產(chǎn)施工。

3.3 機(jī)制砂混凝土配合比優(yōu)化

C40機(jī)制砂混凝土配合比經(jīng)過(guò)多次選配確定W/B水膠比0.39，單位用水量160kg，總膠材用量410kg，粉煤灰摻量30%即123kg，水泥287kg，合理砂率41%。經(jīng)6次不同批次水泥和減水劑試拌及試泵，坍落度180～200mm，擴(kuò)展度470～500mm，坍損15%，含氣量2.6%～3.0%，泌水率為0，可泵性良好，初凝10h30min，終凝12h30min。經(jīng)檢測(cè)3d強(qiáng)度27MPa（滿足＞20MPa爬模要求），7d抗壓強(qiáng)度37MPa，28d和56d抗壓強(qiáng)度分別為48MPa、53MPa，56d電通量850C（＜1200C），C40配合比優(yōu)化選定如表2所示。

3.4 高墩機(jī)制砂混凝土運(yùn)輸和泵送過(guò)程工作性能變化

阿蓬江特大橋距離項(xiàng)目部拌合站約8km，由于山區(qū)道路路況較差，為及時(shí)運(yùn)至澆筑地點(diǎn)，保證混凝土的質(zhì)量，對(duì)出機(jī)混凝土和施工現(xiàn)場(chǎng)混凝土的各項(xiàng)指標(biāo)進(jìn)行了對(duì)比檢測(cè)，檢測(cè)數(shù)據(jù)如表3所示。試驗(yàn)結(jié)果表明機(jī)制砂混凝土在運(yùn)輸過(guò)程后，可以滿足拌合物的施工技術(shù)要求。

表2 混凝土配合比試驗(yàn)選定結(jié)果

表3 混凝土運(yùn)輸過(guò)程中的性能變化檢測(cè)表

3.5 混凝土泵送施工控制

高墩混凝土澆筑采用混凝土泵送施工工藝，泵管從泵車接出，經(jīng)墩身外表面爬升到澆筑的節(jié)段處，垂直管每4.5m附墩身外表面一次，并在墩身上采用單獨(dú)安裝的預(yù)埋件來(lái)固定泵管；澆筑的墩身節(jié)段泵管固定在模板錨錐上，水平和垂直管路連接處設(shè)液壓混凝土控制截止閥，便于泵管清洗和堵管事故處理。同時(shí)，沿著墩身布設(shè)一套預(yù)備泵管，防止施工過(guò)程中因堵管處理時(shí)間過(guò)長(zhǎng)造成施工質(zhì)量事故。

3.6 混凝土強(qiáng)度檢測(cè)質(zhì)量

阿蓬江特大橋超高墩身爬模采用液壓自動(dòng)爬模施工工藝，最大澆筑高度6m，為便于現(xiàn)場(chǎng)爬模施工，增加爬模同條件混凝土試塊，掌握混凝土早期實(shí)際強(qiáng)度增長(zhǎng)情況，混凝土在泵送管道出口澆筑部位進(jìn)行分批取樣制作同條件試件，經(jīng)一系列實(shí)測(cè)，齡期30h混凝土抗壓強(qiáng)度達(dá)到20MPa以上，56d混凝土抗壓強(qiáng)度達(dá)到48.6～51.3MPa，進(jìn)一步驗(yàn)證了機(jī)制砂混凝土滿足高泵送混凝土中對(duì)早期強(qiáng)度質(zhì)量的控制。

3.7 超高墩身混凝土配合方案優(yōu)化的技術(shù)及經(jīng)濟(jì)效果評(píng)價(jià)

在經(jīng)濟(jì)效果方面，機(jī)制砂為本地砂源，采用機(jī)制砂施工解決了天然砂資源緊缺困難，降低了長(zhǎng)途運(yùn)輸成本及工程造價(jià)。該項(xiàng)目橋梁工程樁基、承臺(tái)、墩身混凝土合計(jì)36.33萬(wàn)m3，采用機(jī)制砂每方混凝土節(jié)約成本約75.5元，累計(jì)節(jié)約施工成本約2743萬(wàn)元。

因此，機(jī)制砂混凝土配合比優(yōu)化在超高墩身施工中，無(wú)論是提高混凝土性能、滿足混凝土泵送工藝、保證混凝土質(zhì)量方面還是在經(jīng)濟(jì)效果方面都值得實(shí)踐和提倡。

4 結(jié)束語(yǔ)

文章依托阿蓬江特大橋超高墩身施工過(guò)程，總結(jié)了一些墩身液壓爬模施工工藝、機(jī)制砂混凝土配合比選配優(yōu)化以及超高墩身泵送混凝土施工技術(shù)措施，限于篇幅及作者水平，個(gè)別技術(shù)尚不能加以全面介紹和闡述，還有待于進(jìn)一步總結(jié)提高，同時(shí)，也希望本文能對(duì)類似各公路、鐵路橋梁超高墩身的施工中起到借鑒作用。