探究高墩施工技術在高速公路橋梁施工中的應用

李君

山西路橋建設集團有限公司公路工程總承包分公司 山西太原 030000

我國相關規范中將高墩施工定義為墩頂設計標高至承臺或底部系梁標高之差H超過15m的施工技術。其中H大于等于15m，小于25m的為一般高墩施工；H大于等于25m，小于35m的為較高墩施工；H不低于35m的為超高墩施工。相對于普通橋墩施工來說，高墩施工周期較長、定位控制精度要求較高、施工工藝操作流程復雜，并且需要大規模機械設備的投入，再加上危險性較高、施工技術標準嚴格，如果施工過程中技術方法選擇不合理、定位控制不科學、施工監控不到位，便會影響高速公路橋梁主體結構的穩定性、安全性與耐久性，為高速公路橋梁后續通行使用埋下安全隱患。為此，需把握高速公路橋梁施工中高墩施工技術特點，選擇適宜技術提升工程整體質量，并將施工質量控制貫穿于施工全過程中。

1 高速公路橋梁施工中高墩施工技術特點

高速公路橋梁施工中高墩施工關系到整體結構的穩定性與安全性，應當予以高度重視，切實把握其施工特點，以此控制施工質量，保證高墩施工滿足設計要求。

1.1 施工周期長

高速公路橋梁施工中，高墩設計高度超過15m，部分橋墩高度達100m以上，相當于五十層建筑，高墩總重量超過12萬噸，再加上主梁自重，在不通車情況下高墩底部需要承受超過15萬噸的壓力,對高墩基礎部分應力、結構強度等有著較高的要求。因此在高墩施工前需要花費大量時間進行地質勘察，了解施工現場周邊水文環境、地質特點、地形地貌特征等，以此作為施工方案組織的依據。與此同時，施工前需要借助全站儀、經緯儀等進行精準定位，確定各高墩具體位置及精確的三維坐標，在此方面也需要消耗大量時間。此外，就高墩澆筑而言，因其高度較大，為保證施工質量每次澆筑的高度不宜超過6m，對于高度幾十米的高墩而言，需進行多次澆筑施工，每一次澆筑后需等待混凝土達到一定強度后進行上層澆筑，再加上機械設備組織、驗收后的施工調整等，高速公路橋梁施工中高墩施工周期較長[1]。

1.2 施工技術標準嚴格

高速公路橋梁是我國交通運輸體系內的重要組成部分，在我國社會經濟發展、區域間文化交流中扮演著不可或缺的角色。近年來，我國交通基礎設施逐漸完善，公路橋梁建設水平已經達到一定高度。但人們對快捷高效交通設施的需求與日俱增，高速公路橋梁工程若想滿足人們的交通出行需求便需要穿越自然條件惡劣、地質條件較差的地區，致使高速公路橋梁跨度逐漸加大，在跨越峽谷地區時需要應用高墩施工技術克服復雜多變的施工環境。橋墩是高速公路橋梁的主體結構部分，承擔著交通荷載與橋梁自重，因此對高墩結構形式、高墩應力、高墩施工技術水平等有著嚴苛要求。

1.3 定位控制精度要求高

高速公路橋梁高墩高度加大，所承受的外部及內部應力較為復雜，若想保證高墩施工質量及安全性，一方面需要對施工技術進行嚴格把關，另一方面則需要根據外界環境、地質條件、通行需求、結構形式等盡量減小高墩截面，這就需要借助科學有效的技術措施保證高墩軸線、豎直橋梁的定位精度，在高墩施工前做好測量放線工作。

1.4 設備及模板需求量大

高速公路橋梁施工中高墩施工工序復雜，包括大體積混凝土澆筑、液壓爬模施工、掛籃施工、鋼絞線預應力張拉施工等，不同工序需要不同形式的機械設備組織，所需的設備類型較多、設備體量較大，如果在施工過程中機械設備組織不合理、機械設備性能不能滿足施工要求，不僅會降低施工效率，還有可能誘發安全事故。

2 高墩施工技術在高速公路橋梁施工中的應用

2.1 大體積混凝土施工技術

高速公路橋梁高墩施工中，大體積混凝土施工技術一般應用于承臺建設中?；炷敛牧暇哂凶钥s性，在施工初期會因混凝土材料內部水熱化反應引發溫度裂縫，對結構耐久性、透水性等產生不良影響。為此，建議選擇低水熱化較低的普通硅酸鹽水泥，入模溫度控制在10℃，地基周邊固定溫度控制為15℃。為進一步提升大體積混凝土承臺施工質量，建議在混凝土材料內添加減水劑、緩水劑等外加劑以降低水的用量，同時對粗細骨料進行加水、加冰降溫，盡量減少混凝土材料運輸時間，以此控制混凝土入模溫度。此外，加強冷卻系統控制，選擇直徑為60mm的冷卻管，采用上下交錯的冷卻管布置方法，將冷卻管之間的距離控制為60cm，用溫度較低的凈水通水降溫7d，并且在出水口部分進行灑水，以此縮小混凝土承臺表面及內部溫度差。最后，在承臺表面鋪設鋼筋網片防止產生溫度裂縫，采用分層澆筑方法并注重溫度監測[2]。

2.2 液壓自爬模施工技術

液壓自爬模是以自身配置的液壓頂升裝置為動力來源的自動爬升模板體系，兼具起重及模板組裝作用，且操作便捷、爬升速度快、安全性強。在施工前需要根據實際需求選擇液壓自爬模主要性能參數，通常情況下平臺層數為6；自升裝置額定提升荷載≥100KN；階段澆筑高度不超過6m；提升速度≥0.2m/min；傾斜角度為15°。主要參數選擇完成后需要把握以下液壓自爬模施工技術要點：①以芯帶連接模板，如果模板與模板之間不能直接連接，需要在模板之間增加拼縫模板。如墩身為矩形，陽角處模板應通過斜拉桿控制，在角部模板位置貼海綿條，可以有效避免角部模板膨脹漏漿。②拼裝平臺，在模板正面打自攻螺絲，將平臺高度控制在200至400mm范圍之內，可以采用“工”字鋼或槽鋼搭設平臺。平臺拼裝完成后對其位置及質量進行檢驗，要求平臺牢固安全，各構件平行且處于同一水平面，并且對角線長度一致。③嚴格按照施工圖紙進行模板拼裝。首先在平臺上放置背楞，保證形成的長方形對角線長度一致，畫好定位線、拉準對角線后以螺栓固定背楞、鋪設面板，在接縫處涂抹玻璃膠保證拼縫緊湊，重復上述步驟完成模板拼裝。

2.3 高墩線形控制技術

當前我國高速公路橋梁以空心薄壁高墩為主，施工節段數量較多，空心薄壁高墩薄壁柔性大，在風荷載、外荷載、溫度荷載的共同作用下加大了高墩垂直度控制難度。不僅如此，高速公路橋梁高墩包含變截面節段，再加上大量特種設備的使用，導致模板爬升施工危險性較高、施工難度較大。為此，需要加強高墩線形控制、提升施工質量水平。首先，采用高精度全站儀+激光垂準儀方法進行高墩垂直度控制，在第二節及以上墩身模板施工之前借助全站儀確定施工放樣控制點，模板安裝完成后再次借助全站儀復核四個角點及軸線點，其余各段按照此種方式進行測量放樣。同時，將墩身橫縱軸線外延0.5m的四個軸線中心預埋鋼板作為激光垂準儀測量控制點，依次測量墩身四角偏差值、校核模板位置[3]。其次，測量不同時間段內順橋向風速、溫度，計算溫度及風速影響下的高墩墩頂偏位，結合設計標準及技術規范合理確定施工時間，夏季一般以上午6:00至9:30，下午17:30至20:00為宜，以此避免風荷載及溫度荷載對高墩施工產生不良影響。再次，為增強高墩剛度，保證第一節混凝土不偏移，建議在墩身內設置柔性骨架，在變截面位置處增設連系梁，并且在墩身四角處焊接定位筋。最后，采用對稱分層澆筑施工工藝，每層澆筑厚度不超過30cm，可以保證模板受力均勻。

2.4 高空托架施工技術

高速公路橋梁施工中高墩施工涉及到高空作業，危險性較大，且對工作平臺堅固性、穩定性有著較高的要求。為此，建議合理設計并選擇高空支撐體系與預壓方案。高空托架包括混凝土構件托架、邊跨現澆段托架。其中混凝土構件托架需按照由下到上對稱安裝原則，根據鋼筋混凝土自重、托架自重、混凝土澆筑高度等確定托架的剛度與強度。與此同時，重視托架預壓。托架預壓能夠保證托架在施工中絕對安全，消除托架非彈性變形值，并且能夠為施工監控提供依據。托架預壓方法為：將鋼筋按照混凝土分布情況進行堆載，采用分級加載方式，當總荷載達到120%后持續加載24h，每完成一級加載、卸載進行一次測量。邊跨現澆梁托架設計驗算與混凝土構件托架類似，但需要考慮活載計算，即按照計算恒載時各階段劃分的區域計算出作用在底模各縱梁的人群與施工線荷載，以此保證邊跨現澆梁托架剛度與強度符合設計要求。邊跨現澆梁托架預壓同樣采用分級加載方式，第一級加載50%，第二級加載至100%，第三級加載至120%，每完成一級加載進行一次測量，全部加載完成后12h對所有測量點進行測量[4]。

2.5 鋼絞線預應力智能張拉技術

工程資料表明，相當一部分預應力橋梁質量隱患源于鋼絞線預應力張拉施工操作不規范、質量控制不到位。傳統鋼絞線預應力張拉施工技術難以實現同步精度控制，若張拉時間不足、施工方法不正確，將會導致預應力筋回筋、錨具損壞，不僅會對整體施工質量造成不良影響，而且會導致材料過度消耗、加大施工成本。為此，建議在高速公路橋梁高墩施工中應用鋼絞線預應力智能張拉施工技術。首先以專用油泵、千斤頂、智能操控系統、遠程接受系統、預警系統等構成智能張拉設備。其次，在不影響現場施工、無陽光直射且能直接觀察梁板兩端的位置布置張拉控制站，請專業技術人員連接三相四電、油管，安裝好位移傳感器。最后，以應力為核心控制指標，在系統內輸入伸長量、張拉時間等參數，張拉施工準備工作完成后啟動設備進行第一次張拉，密切關注壓力值、位移值，如有異常現象則立即暫停張拉進行檢查與調整。張拉結束后設備自動退頂并進入下一道張拉施工工序，相關操作人員再次檢查錨具、千斤頂等，檢查無誤后開啟設備進行第二次張拉。相對于傳統張拉施工技術來說，智能張拉精度可達±1%，同步精度可達±2%，并且具有可緩慢卸載、排除人為因素干擾、保障人員安全、便于質量管理、降低人工成本等顯著優勢。

3 高速公路橋梁施工中高墩施工監控措施

高速公路橋梁施工中高墩施工質量受外界因素影響較大，如橋墩在日光不均勻照射后，因混凝土材料導熱性能較差，混凝土溫度從照射面到背照面會形成溫度梯度，導致混凝土在溫度梯度影響下產生膨脹差異變化，可能誘發混凝土裂縫、強度不足等質量缺陷；再如受到地質條件、土質特點等各類因素的共同影響，橋梁高墩四個角點沉降差較大，可能導致高墩主體結構受損，影響高速公路橋梁后續通行的安全性與穩定性。為此，需要高度重視高速公路橋梁中高墩施工監控。首先，分別在冬天較暖、夏季最熱的一天對高墩溫度進行全天測量，結合混凝土熱傳導系數、比熱容等熱力學參數構建高墩溫度模型，通過調整綜合氣溫、外界氣溫、太陽輻射強度等參數計算出不同日照溫差下高墩結構的溫度應力與變形，以此為依據確定施工時間，保證墩頂位移與墩身變形在規范容許值之內[5]。其次，借助全站儀在墩頂、墩中間、墩底三個部分確定墩身變位測量點，每一個位置對稱布置兩個測點。

4 結語

綜上所述，高速公路橋梁施工中高墩施工具有周期長、施工技術標準嚴格、定位控制精度要求高、設備及模板用量大的特點。伴隨著我國高速公路橋梁數量規模的擴大，其高墩施工技術水平也邁上了新的臺階，在實際施工中需要結合工程實際需求、施工環境及條件等合理選擇大體積混凝土施工技術、液壓自爬模施工技術、高墩線形控制技術、高空托架施工技術、鋼絞線預應力張拉施工技術等，并且重視墩頂變位、墩身垂直度、墩底應力監測，以此保證高墩施工質量。