大承臺薄壁高墩橋關鍵施工技術研究

雷 宇

南水北調中線建管局河北分局

大承臺薄壁高墩橋關鍵施工技術研究

雷 宇

南水北調中線建管局河北分局

具有大體積承臺和薄壁高墩結構的橋梁，其施工控制重點在于大體積承臺、薄壁空心結構的混凝土施工和高墩定位。大體積混凝土澆筑，可采取優化混凝土配合比降低水化熱，在混凝土內部預埋冷卻水管強制降溫，在混凝土表面加設防裂鋼筋網等措施，有效防止施工裂縫的產生。薄壁空心墩混凝土澆筑，可通過原材料的選取、配合比的設計優化、泵送混凝土的施工工藝等，確?；炷凉こ藤|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，保證滿足規范要求。

大承臺；薄壁空心；高墩；施工技術

引言

具備大體積承臺和薄壁高墩結構的橋梁，其工重點及難點是控制裂縫的產生。由于混凝土溫度變化產生變形受到混凝土內部和外部的約束影響，產生較大應力，尤其是拉應力，是導致混凝土產生裂縫的主要原因。為避免混凝土出現裂縫，不影響結構的受力和正常的使用，必須采取可靠措施防止內外出現過大溫差，對混凝土溫度變化加以控制，嚴格控制裂縫出現。高墩橋對橋墩的垂直度和偏位要求較高，施工過程中要嚴格控制，防止出現失穩情況。

因此，在具備大體積承臺和薄壁高墩結構特點的橋梁施工中，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。對上述關鍵施工技術進行研究，可以為今后類似橋梁的設計、施工、監控提供寶貴的施工經驗，并對大跨徑橋梁的發展及溝壑地區選擇合理的橋型有現實意義。

1.大體積承臺混凝土施工技術研究

1.1混凝土配合比優化

承臺混凝土配合比設計必須考慮降低水化熱，減小混凝土的內部升溫。因此必須采用相應措施，優化施工配合比，控制混凝土初期和最終的發熱量。

通過一系列混凝土配合比優化實驗，成果表明承臺混凝土配合比設計應遵循以下幾個原則：

（1）選用水化熱低、凝結時間長的水泥，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，吸水率不應大于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，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測

1.2.1溫度控制及監測系統設計

在混凝土中預埋水管，利用管中的循環冷水的流動來帶走混凝土內部產生的水化熱，防止混凝土內外溫差過大，減少由于溫度變形產生的拉應力大于混凝土的抗拉應力時產生的裂縫，溫度控制系統如圖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。

溫度實時監測系統安裝布置見圖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計位置，保證位置準確、牢固。

圖1 大體積混凝土承臺冷卻管溫度控制系統設置示意圖

圖2 大體積混凝土承臺溫度實時監測系統設置示意圖

1.2.2溫控實時監測方案

（1）監測內容

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。

（3）溫度監測制度

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；

監測期間觀察溫差變化趨勢和降溫情況，當可開始撤除養護層時即可停止監測。

（4）溫控指標

根據《公路橋涵施工技術規范》（JTJ041-2000）中有關大體積混凝土施工的有關要求，制定如下溫控指標：

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，應按照規范要求，加強溫控監測，包括溫升速度及觀察保溫效果。

2.薄壁空心墩施工技術研究

2.1泵送混凝土配合比優化及施工工藝

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，混凝土配合比優化時必須考慮降低水化熱，減小混凝土的內部升溫，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計應遵循以下幾個原則：

①選用水化熱低、凝結時間長的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化配合比。這些優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生，保證施工質量。

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，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選各種原材料來調節它們之間的適應性，從而在一定時間范圍內，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了偏斜、彎曲等幾何缺陷，將會使結構的穩定性大大下降，甚至產生整體失穩的嚴重后果。在施工中只有嚴格控制墩身的垂直度，才能使結構的穩定得到根本的保證。由于采用翻模施工，高墩仰角過大和施工平臺四周設有吊架和安全網，不能通視，常規的測量方法無法采用?？蛇x用激光垂準儀和全站儀相結合的方法控制墩身垂直度。

2.2.1控制標準及控制網的布設

（1）控制標準

根據《公路橋涵施工技術規范JTJ041-2000》和《公路工程質量檢驗評定標準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；節段間錯臺不大于3 mm；軸線偏位在10mm以內；斷面尺寸在正負15mm范圍內。

（2）控制網的布設

根據施工現場交樁情況，結合具體地形及通視條件，對全橋進行導線布控，控制網按現行《工程測量規范》中四等三角網導線測設。

激光垂準儀主要技術參數為：激光束向上下對中一測回垂準測量標準偏差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，求出△x、△y值，根據視線與縱橫橋向的軸線夾角，把測量結果換算成縱橫向偏差值，依標準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、激光垂準儀的檢查結果，如果兩者檢查結果相符，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激光垂準儀檢查模板4個角點

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

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

（3）在承臺上架立三角架，安裝激光垂準儀，打開向下發射激光束按鈕，對中后精確調平激光垂準儀。關閉向下發射按鈕，打開向上發射激光束按鈕，調節物鏡的焦距，使激光束在靶標上形成一個直徑1 mm的光點，在靶標表面光點中間做標記，任意水平方向轉動激光垂準儀，調整激光垂準儀，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，用激光垂準儀測得偏差就為ΔL=L理論-L實際。

（5）同樣的方法，當激光垂準儀設在不同的方位時，可以測得墩身前后或左右的偏差。依據標準判定模板4個角點平面位置是否合格，若有一個點偏差值超過標準，則需重新調整模板，重新檢查。

圖4 激光垂準

3.結論

（1）通過選取水化熱低、凝結時間長的水泥，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熱量。

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

（3）通過在混凝土中摻優質高效減水劑、優質粉煤灰和礦渣粉的優化措施，使混凝土既能滿足設計強度要求，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化，減少混凝土坍落度的損失，可實現薄壁空心墩混凝土的高性能化。

（4）通過激光垂準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范要求之內，滿足橋梁線型要求。

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