高速铁路特大桥桥墩施工关键技术研究摘要:本文基于笔者多年从事高速铁路土建工程施工的工作经验,以某特大桥桥墩施工为研究对象,结合某高速铁路特大桥3＃墩31.5米、7＃墩39m薄壁高墩的施工,研究探讨了空心薄壁高墩施工方案选定、模板设计、混凝土的施工、高墩控制测量、混凝土外观质量控制措施,全文是笔者基于工程背景实践基础上的理论升华,相信对从事相关工作的同行有着重要的参考价值和借鉴意义。
关键词:空心高墩薄壁施工技术1 工程概况某高速铁路特大桥全长1084.70m,桥中心里程DK171+780.36位于,位于R＝8000m的圆曲线上;全桥均在+6‰坡道上。
孔跨布置为:20-32m+1-24m+12-32m后张法预应力混凝土组合箱梁。
该桥3#墩墩高31.5米,采用钻孔桩基础;7#墩墩高39米,采用台阶式扩大基础;墩身为变截面空心墩,壁厚50cm。
桥址区为剥蚀低山及山间谷地,山谷洼地主要为旱地及梯形水田,海拔在161～200m,相对高差40m左右;洼地两侧山体主要为杉树林,植被发育较好;地表水主要由大气降水补给;地下水主要为孔隙潜水,整体水位埋深较深,一般为3.5-13.2m,山谷稍浅,水量不大,地下水和地表水对钢筋混凝土均无侵蚀性。
2 总体施工方案由于桥址区属剥蚀低山及山间谷地地貌,地面起伏相对不大,施工条件相对恶劣,这就要求施工方案必须解决垂直运输、水平运输、混凝土输送、支架模板等问题。
根据现场调查及工期要求,对各种施工方案进行经济比较,采用移挖作填尽量根据现场地形顺桥修建一条施工便道,即满足各墩的施工需要,又解决了材料的运输问题,保证了工期。
垂直运输方面,因全桥除2#墩高23m,3#墩高31.5m、4#墩高21.5m、6#墩高30.5m、7#墩高39m、8#墩高25.5m、9#墩高26m,其他墩高均在10m以内,故采取在3#墩处及7#墩处设置塔式吊机各一台,其他墩台施工采用汽车吊施工。
根据现场地形在28#墩及15#墩处设置混凝土搅拌站及钢筋加工厂一处,混凝土的输送采用HBT60C-1413DⅢ型拖式混凝土输送泵,另外配合2辆6立方混凝土罐车。
人员的施工作业通道:3＃、7＃墩利用塔式吊机内铁梯上下,其他墩身施工充分利用墩身内检查梯进行上下,确保人员的施工安全。
模板方面:在施工准备期间,拟定了整体模板和翻模两种施工方案。
整体配套设备较多,模板投入大;施工机具投入大;自重大;混凝土外观质量差,施工纠偏困难;翻模配套设备较少,施工机具投入小;模板刚度要求低,自重小;混凝土外观质量容易控制,可以连续或间断施工,考录与其他特大桥桥墩截面一致,圆端模按照最高的墩进行整体加工,施工纠偏容易,故在施工中选择了翻模施工。
3 墩柱模板设计根据该工程特点及施工要求,经过策划,在充分考虑技术经济合理性的后,采用翻模施工,墩身模板分圆端模、平板模、托盘及顶帽,圆端模又分为托盘底口调整节、墩柱标准节和墩底非标准节等几种形式,且相互间配套使用。
采用缆索吊提升墩身模板进行循环施工,外模板均设操作平台(含扶手),操作平台支撑于模板的横肋上,操作平台随模板标准节一起提升,施工人员在操作平台上进行模板安拆、加固、钢筋安装、混凝土施工等。
通过计算,模板标准节高度为2.0m,非标准节根据桥墩高度计算高度为1.5m、1.0m、0.5m3种。
内外模板的面板采用6mm钢板,吊钩采用直径20mm圆钢,上下边框为16mm钢板、左右边框为12mm钢板,竖向及竖向龙骨选用12#槽钢,背楞用14#槽钢连接(用直径32mm对拉螺栓加固),模板与模板间用M18×60螺栓连接,模板间采用子母口连接,大小为凸5mm凹3mm。
内外模板通过直径20mm对拉杆连接,在稳定性方面主要通过拉杆的抗剪、混凝土与模板的粘结力、模板的整体受力及墩身收坡来保证整个模板的稳定性。
外模操作平台采用50×505×5角钢焊接成托架,通过牛腿处直径20mm的圆钢固定于外侧模横肋上(横肋设预留孔),每个标准节外模安装一套,在托架位置外连续铺设,在墩身周圈形成贯通通道,并在外模与与塔式吊机间安装人员通道。
在托架顶面满铺5cm厚木板,供施工人员作业、存放小型机具。
内模板中间施工平台采用Ф50钢管搭设一施工平台,满铺5cm厚木板,并与模板连接,同时采用钢丝绳打保险,确保平台安全。
墩身内平台利用缆索吊随着模板的爬升一起上升。
4 混凝土施工由于工程处在山区,混凝土水平输送距离最远达到300m,垂直距离高达50m,这对混凝土的和易性要求较高,因此混凝土施工是本工程的重点难点。
工地附近河砂较为充足,能够满足施工需要,但是地方所产碎石质量相对较差,主要是石粉含量比较大,石粉含量高,吸水量就会相应增加,这就要求增加用水量,水灰比变大,混凝土的强度就会下降。
针对以上问题,在考虑技术可行及经济合理后,通过多次的混凝土配合比试验,采用了以下针对措施解决泵送混凝土问题:1、粗骨料采用连续级配,确保混凝土级配的更加合理。
2、加入Ⅰ级粉煤灰作为混凝土掺和料,降低泵送阻力,提高细骨料中细颗粒组分。
同时减少水泥用量,降低混凝土水化热,减少因水化热过大产生混凝土裂缝,并降低混凝土成本。
3、加入高效缓凝减水剂,降低水灰比,防止混凝土裂缝,保证强度,增加可泵性。
水灰比控制在0.4～0.6之间。
在施工过程中,为了确保混凝土质量及混凝土的可泵性,采用了以下施工措施:(1)施工前对混凝土所需原材料进行实地考察,严格按照配合比要求对原材料进行试验检查,保证原材料合格;碎石采用硬质岩石灰岩打制的碎石,石粉含量较大的碎石进行冲洗;外加剂选用上海格雷斯ADV A-152型,并经检验合格;墩身混凝土使用同一厂家、同品种、同强度等级水泥、同品种脱模剂,以保持混凝土外观颜色一致。
(2)严格按配合比施工,每次开盘前对现场砂石料进行含水量测定,以对理论配合比调整,确定合理的施工配合比。
水泥、砂、碎石、水、粉煤灰、减水剂计量采用自动计量设备,混凝土中水泥、粉煤灰每盘称量偏差控制在±1％之内,粗、细骨料控制在±2％之内,外加剂与拌和用水控制在±1％之内。
(3)严格控制混凝土的搅拌时间,控制在180s分钟左右(4)严格控制混凝土出机与入模的坍落度,坍落度控制在180mm～220mm之间,不满足要求的混凝土严禁使用。
(5)混凝土入模时对混凝土温度与邻接介质温度进行测量,保证温差不大于20℃。
(6)对混凝土的含气量进行测定,含气量控制在≥4.0％。
5 高墩控制测量高墩的控制测量与施工监测主要从墩中心定位、高程、垂直度测量三个方面加以考虑;施工监测主要从墩的沉陷观测、位移观测、倾斜和扭转观测三方面考虑。
因此必须提高测量放线的精度,同时施工前后及施工过程中复核好墩身轴线位置及标高。
标高测量至每层模板的顶口,根据不同的标高计算出所对应的墩身截面尺寸,用以检验和控制模板的截面尺寸及坡度。
测量措施:(1)组建精干的精测小组专门负责墩身的测量工作,配备先进的测量仪器,确保墩身的线形控制。
我们购置了价值十二万的拓普康6002C型及拓普康701型全站仪。
(2)为了防止仪器误差导致墩身偏斜,每烦一模必须用全站仪测设中心点与铅直仪校核一次,并对墩身截面尺寸进行一次复测以确保墩身的几何尺寸准确。
(3)坚持墩身中线的复测和墩身截面尺寸的测量检查制度。
(4)实行测量换手复核,对同一部位测量坚持两个人两台仪器独立测量复核。
(5)对于测量内业,我们严格执行复核制度。
测量资料复核无误后,报监理工程师审查认可,方可用于施工。
(6)每次测量时,对气压、温度进行测定并输入仪器,减少误差。
空心墩的测量、监控过程:为确保高墩施工的质量,在施工过程中,应做好墩身的测量和监控。
提升托架翻转模板施工工艺测量控制墩柱断面复杂,结合现有测量条件,利用三角高程法测定墩柱模板顶标高,采用单测站极坐标法结合量钢尺法,控制墩柱模板主要角点的平面就位,使其满足设计要求。
一个墩柱每施工6m,采用双测站极坐标精确测定墩柱模板各主要点的平面位置,同时用悬挂钢尺法精确测定墩柱模板顶的标高,以此来检核及修正三角高程。
当一节混凝土浇筑完成,要即刻对混凝土面的控制点进行复测,以掌握模板在混凝土浇筑前后的变位,同时提供下一节模板的安装参数。
(1)在承台施工前,首先放出墩身十字线,做好型钢支架,将墩身预埋钢筋准确定位并确保在整个施工过程中墩身钢筋不移位,不偏斜。
(2)在第一次立墩身模板时,采用平面坐标法(与导线点联测)准确测放出模板4个控制点的平面位置,采用三角高程法测放出模板顶面高程,然后利用铅锤线测量模板的倾斜。
(3)以后每节段立模时均与第一次一样测量控制放样,而且还要对前一节段进行竣工检查。
(5)每次测量时间固定在温度、阳光等气候因素影响较小的每天早上9:00以前或下午4点以后进行。
(6)平面位置控制。
将全站仪架于控制点,用极坐标法通过控制模板位置来控制墩柱平面位置。
(7)高程控制。
在承台上南北面各布设两个水准点作为基准高程,基准高程采用三角高程测量的方法从控制点用检定钢尺沿墩柱向上传递。
6 混凝土外观质量控制由于多次立模,多次浇注,容易引起外观质量下降。
为了提高外观质量,经多次探索,施工中采取了以下措施。
(1)采用同一厂家的水泥、砂石、外加剂、掺和料,确保外观的一致性。
(2)针对混凝土泵送难,和易性差,颜色灰白的问题,施工中优化了混凝土配合比,在保持原来配合比、坍落度的前提下,采用“双掺”技术,增加适量粉煤灰和减水剂,这使得混凝土的颜色更均匀,和易性更好。
(3)混凝土应按一定厚度、顺序和方向分层浇注,每层30cm,采用插入式振捣棒星型振捣,要求移动间距不超过振动器作用半径的1．5倍;与侧模应保持5～10cm的距离;插入下层混凝土5～10cm;操作严格遵守快插慢拔要求,避免振动棒碰撞模板、钢筋及其他预埋件。
7 结语在高墩施工中正确选用合理的施工工艺十分重要。
在技术上对方案进行谨慎分析比较,高空、立体、平行、交叉作业才有可靠保证。
特大桥采用提升托架翻转模板施工是一种新的,切实可行的施工工艺,它特别适用于跨度较大、地形条件比较复杂,大型机械设备无法进场施工的地方,它具有操作方便,易掌握,成本低,工期短,安全等特点。
实践表明,提升托架翻转模板在薄壁空心高墩施工中是切实可行的,可进一步的推广到其它桥梁高墩施工中。
参考文献[1] 高速铁路桥涵施工规范TB10203-2002．中国铁道出版社,2002．[2] 桥涵．中国铁道出版社,2002．[3] 客运专线高速铁路桥涵工程施工技术指南TZ213-2005．中国铁道出版社,2005．[4] 高速铁路测量手册．中国铁道出版社,2001．。