現澆混凝土單拱橋的施工控制要點

石 軍, 劉 英, 茍 圣, 周 健

(中國水利水電第七工程局有限公司,四川 成都 610213)

1 概 述

橋梁的結構形式往往是在綜合考慮了工程的地理位置、地質條件以及建造成本等因素后最終選定的?；炷凉皹蜃鳛橐环N常見的橋梁類型而被選用,其結構形式獨特,具有優良的承載性能和美觀的外觀效果。在其施工過程中,必需嚴格控制橋梁建設中每個環節的質量以確保橋梁的安全可靠。

筆者以由水電七局承建的錦江生態帶現澆混凝土單拱橋的施工管理為例進行了總結,旨在強調現澆混凝土單拱橋的施工控制要點。該橋梁為單跨下承式拱橋,跨度為13.12 m,寬度為52 m,拱橋圓弧半徑為5.05 m。對于一次成拱的單拱橋,在其施工過程中存在基礎穩定、橋臺抗滑移、拱圈線性等控制難點。項目部通過對施工材料、技術措施、外觀細節控制、配套設施等過程控制進行研究后制定出切實可行的施工質量控制措施并予以實施,達到了施工質量和工期控制要求[1]。

2 施工材料、施工技術、外觀質量及配套設施的質量控制

2.1 施工材料的質量控制

(1)水泥。在現澆混凝土結構中,水泥的選用至關重要,不同類型的水泥其特性具有較大的區別。在橋梁工程建設中,必須優先選用質量穩定、水化熱較低和凝結時間較長的普通硅酸鹽水泥,同時,應將水泥中的含堿量控制在0.6%以下。

(2)骨料。骨料要達到Ⅱ類技術要求,粗骨料應選用粒徑為5～25 mm、連續級配的花崗巖碎石,應將含泥量嚴格控制在19%以內,堆積密度控制在1 420～1 480 kg/m3之間;應將細骨料的細度模數控制在2.5～2.8之間,從而使粗細骨料之間具有良好的級配以保證混凝土不發生離析現象,且必須將細骨料的含泥量控制在2%以內。

(3)外加劑。所選用的外加劑與水泥、礦物摻合料之間應具有良好的相容性。在現澆混凝土橋梁施工中大體積混凝土為常見,因此,施工中必須考慮在混凝土中摻入HL-6BN型聚羧酸高性能減水劑,將混凝土的初凝時間調整到7 h左右,從而可以有效避免施工冷縫的產生;亦可以通過摻加其他活性材料的辦法降低水泥用量,從而達到降低混凝土水化熱的目的;另外,通過將混凝土終凝時間延長的方式,可以將水泥水化速率減慢,進而有效錯開其放熱高峰以實現對混凝土內部溫度的有效控制。

(4)粉煤灰?，F澆混凝土橋梁作為市政工程其對清水混凝土飾面效果要求較高,且因所用混凝土屬于高強度混凝土,故應選擇Ⅰ級粉煤灰進行摻和,利用其良好的活性取代部分水泥,在保證混凝土富余強度的前提下降低水泥用量,從而達到降低混凝土水化熱的目的。

(5)混凝土配合比。按照普通混凝土配合比設計規程,在保證強度及和易性要求的前提下,通過加大摻合料摻量及骨料用量的辦法以盡可能地降低水泥用量。在施工條件允許的情況下,通過降低用水量的方式可以減少水泥用量,從而達到降低混凝土水化熱的目的,同時應控制該工程預應力混凝土結構中的最大氯離子含量不超0.06%。

在混凝土中摻用緩凝型專用外加劑并加大其摻量,通過試配混凝土,在施工環境條件下以將其凝結時間控制在9～10 h對應的外摻量為宜。

摻用冰水用以降低水化熱。通過混凝土試配得知:冰水溫度為8 ℃時,混凝土出倉溫度約為30 ℃左右。

通過試配,將混凝土到達現場的塌落度定為140 mm±20 mm,據此可以在確?；炷翝M足施工要求的同時進一步降低水灰比。

2.2 施工技術控制要點

(1)橋梁基礎的施工。拱橋建設對其基礎的施工要求較高,基礎的穩定性是保證橋梁使用壽命的關鍵因素,一旦基礎出現水平滑移將會對整個橋梁產生致命的破壞。因此,在設計階段,必須對整個基礎的地質條件做加密型的勘測,必須依靠完整的地勘資料以盡量避開軟基和斷裂持力基礎,若確因特殊原因無法避開時則需采用特定的施工工藝進行處理。

施工過程中,首先應根據設計圖紙由測量人員放出開挖邊線、清除邊線內的農作物、表層腐殖土及部分樹木等,清表采用挖掘機并由人工輔助,清表深度約為30 cm。根據現場實際情況,采取合適的導流施工和降排水施工方式在基坑內四周的坡腳設置排水溝,通過排水溝將水流由上游向下游匯入導流明溝、經沉淀后排入河道。當基坑排水溝高程低于導流明溝時,在基坑排水溝盡頭設置集水坑使用水泵進行抽排。

開挖時,遵循“縱向分段,豎向分層”的原則從溝渠下游向上游開挖。土方采用1.6 m3/1.2 m3液壓反鏟分層開挖,將分層厚度控制在3 m以內,局部位置輔以人工撬挖。巖石的開挖采用破碎頭挖機破碎,液壓反鏟集料、挖除,巖石開挖的分層厚度約為50 cm。

若受地形條件限制而無法順利施工時,可以利用已開挖的土石料填筑工作平臺,待其開挖完成后再予以挖除。基坑底部預留30 cm厚的保護層由人工開挖。對于石方,由人工利用風鎬進行破碎,以免超挖。

基坑底部由人工開挖完成后,必須由測量人員復核建基面高程、檢查基底平整度,試驗室進行承載力試驗以確保各項指標滿足設計要求。必須嚴格核查開挖成型后的地質情況,尤其是要關注在未至開挖高程過程中的巖基是否存在水平和斜狀斷裂層,一旦出現,應立即組織專家進行現場勘查、制定處理意見;對于出現的坑式或線型軟基,則需根據其面積和深度制定出專項處置方案并與符合設計要求的地基進行整體連接,從而使整個基礎形成完整受力;若出現單向或多向的臺階狀基礎,其分層以不低于設計強度的混凝土進行處理至設計基底。

當基礎位置存在淤泥、雜填土等軟弱土層時,必須清除所有不良土體,換填砂卵石。砂卵石按照30 cm一層分層回填、26 t振動碾碾壓8遍以上;換填完成后需檢測其承載力、壓實度合格后方可進行結構物的施工。

清基過程中,一定要做到干凈徹底,尤其是在混凝土澆筑前,對倉面的處理不徹底將會造成現澆混凝土與原狀基巖不能形成整體受力,將會造成嚴重的質量事故[2]。

(2)橋臺施工。橋臺做為橋梁的主承結構起到應力釋放和利用水平推力抵抗豎向壓力的作用,因此,對橋臺施工的質量控制非常重要。對其結構位置、結構尺寸的控制、預埋件的提前埋設和承臺頂的鑿毛等工藝進行控制都需要嚴格。施工前,一定要做好工藝流程控制,做到技術控制引領現場施工,避免因現場施工質量控制不嚴導致的橋臺出現裂縫、滑移或強度不足等病害。需要注意的是:施工過程中,對臺身的排水孔施工一定要重點控制,避免因排水不暢導致臺背的土壓力增大對橋臺增加額外的推力,從而導致橋臺的整體傾覆。不論是重力式或錨定式橋臺都需要在施工過程中嚴格控制施工質量,一旦出現滑移傾斜等問題,對整個橋的使用將是致命的[3]。

(3)拱圈施工。拱圈做為橋梁工程的主要荷載結構承擔著來自橋面的壓力,亦需承擔來自外部帶來的彎曲變形力。通常,設計時除考慮建造成本和外形美觀等因素外,都會對拱圈進行單獨的考慮。施工前應制定專項滿堂支架方案并在其搭設前需對其地基進行硬化。搭設過程中,一定要對支架立柱下設不少于50 mm厚的墊塊以確保支架對地面受力均衡。對于支架的間距、行距、步距、線型等必須嚴格控制,水平和豎向的剪刀撐按設計要求布置,掃地桿及封頂桿的預留自由端應滿足支架搭設相關的規范要求,否則易產生受力不均而造成嚴重的質量事故。對于斜撐及連墻件必須根據現場實際情況進行控制。鋪設底模前,應對整體支架進行驗收并形成驗收資料。鋪設底模時,必須考慮撓性變形和荷載變形,因此,應進行預壓并充分考慮變形值帶來的施工偏差。

底模應盡量采用成品鋼模,若因批量過小、考慮成本因素使用木模時,必須嚴格控制模板的厚度,既要考慮其支撐強度,又要考慮圓弧的外觀質量,尤其是對搭接處的圓弧線型和拼接縫要注意其搭接間隙不能過大,否則極易出現質量缺陷。外模安裝時,必須預留排氣孔和進料孔,提前制作好封孔板。對外模的圓弧模板進行加固時,應盡量采用標準的圓弧桁架,亦可用國標的鋼管制作,非不得已才能采用C22 mm以上的螺紋鋼筋用于加固外模,以避免在混凝土澆筑過程中出現變形[4]。

拱圈施工的難點在于混凝土澆筑,薄壁混凝土的施工質量為主要關鍵點;混凝土送料的坍落度和振搗密實度都是管控的難點,其送料高度采用在每2 m高度(高度過高極易出現空洞和離析現象)預留300 mm×300 mm送料口(低位和側位應設擋料板),寬度可按每4 m設置一孔,多排送料孔應采用梅花型布置以確保送料均勻。關于振搗的控制,應盡量在送料前先將軟軸振搗器放置于底部再送料,邊送料邊慢慢提升軟軸振搗器以確保振搗密實。每一個送料孔完成送料后必須及時進行封堵和加固,嚴禁出現加固不實的情況。若拱圈寬度過寬、不能一次成型澆筑時,應采用先兩側、后中間的方法進行分序施工。拱圈澆筑完成后,應嚴格控制外模的拆除時間,過早易出現不必要的質量缺陷,過晚則易出現拆模難度加大和養護困難的問題。對于拱圈的質量控制,養護是關鍵,嚴禁出現因養護不到位導致的裂縫。

(4)臺背施工。臺背的施工需要注意按照施工規范和圖紙要求形成臺階后再分層施工。整體填料的選擇必須符合設計要求,尤其是要控制靠近臺身處的填料粒徑和壓實度。對于靠近臺身處,絕不能使用重型設備夯擊,以避免對臺身造成損壞。對臺背后的透水性材料需要對材料質量及料徑級配進行嚴格控制以避免因排水不暢而造成臺背處的土壓力增大。排水孔的通暢和傾斜角度往往是容易忽略的問題,必需重點關注。

橋臺搭板在臺背處的施工往往因其工序靠后且其在結構以外,極易出現質量控制松懈的情況,而且由于工期、氣候、作業面小等原因,路堤施工過程中極易出現壓實度不足而導致的后期沉降,后期行車過程中出現跳車的現象亦比比皆是,因此,需要對搭板施工前的路堤部分施工予以高度重視,若其不能經過一個降雨期的自然沉降,也需人為對回填區域進行水夯,以保證承載搭板受力的80 cm以內的回填土密實并滿足設計要求。

2.3 外觀質量控制要點

橋梁工程通常劃分為單位工程,尤其是在例行質量評定中需要對其外觀進行專項打分,因此,需要對其外觀質量進行重點控制。模板的選擇應特別嚴格,能使用鋁模和鋼模的應盡量使用鋁模和鋼模;對于使用木模的特殊部位需要控制其拼接質量,尤其對孔洞縫隙等部位一定要進行封堵,盡量不要出現錯臺、掛簾、水印等質量缺陷。對于混凝土澆筑前的倉號驗收,一定要對線型進行重點檢查,做到橫平豎直;對于二次周轉的模板一定要清理到位并刷涂拆模劑。對于外露面的模板加固一定要謹慎,絕對避免出現跑模移位甚至爆模事故,一旦出現類似問題,其后期處理難度大,費用高且效果差。在混凝土澆筑過程中,一定要注意大體積和薄壁混凝土的振搗到位,避免出現孔洞、蜂窩、麻面等質量問題。對于澆筑完成的成品保護也須時刻注意,避免出現所澆筑的成品因拆模過早或拆模后對成品保護不到位而導致其邊角出現損壞,損壞處理后的效果達不到直接澆筑的效果,并且還存在色差,費時、費力、效果差,最終影響橋梁整體質量外觀[5]。

為保證新澆筑的混凝士有適宜的硬化條件,防止其早期因干縮而產生收縮裂縫,應在混凝土澆筑完畢及早灑水養護?；炷炼问彰嫣幚砗笕艨梢粤芩?應淋至混凝土表面濕潤后再用塑料薄膜或薄毛毯覆蓋養護,確保將混凝土表面嚴密覆蓋,絕不能讓混凝土裸露在空氣中。這樣施作的目的有以下幾點:

(1)可以有效減少混凝土的水分散失,讓硬化后的混凝土實現自然養護;

(2)可以有效實現對混凝土的保溫。在混凝土澆筑時間周期跨度大的條件下,由于晝夜溫差較大,大體積混凝土的溫控處理應考慮如何做好硬化后對其實體的保溫措施,控制其內部溫度不大于75 ℃,內表溫差不大于25 ℃,從而使混凝土內外溫差得到有效控制,避免溫差裂縫的出現;

(3)混凝土養護的時間不得少于14 d。

2.4 配套設施的質量控制要點

由于橋梁施工的后期存在工種多、工序雜等問題,若施工組織不合理極易出現窩工和質量問題。對于附屬工序的施工,在工程前期主體結構施工時就要考慮預埋件的提前制作和施工,以及工程后期工序的合理安排、多工種的交替施工及成品保護等,應做到提前謀劃,精心組織以確保橋梁施工的整體質量達到預期效果。

懈怠或不負責任的質量控制行為最終會導致所建橋梁外觀差且影響其正常使用,既對施工單位的聲譽造成不良影響,又增加了后期維修的施工成本,嚴重者更會帶來安全事故。因此,在橋梁施工過程中,必須保持高度的責任心,嚴格按照施工圖紙及規范進行施工,嚴格管控細節,最終保證工程的順利完成。

3 結 語

錦江生態帶現澆混凝土單拱橋的施工質量控制通過材料的選擇與對比分析,對主體結構的施工質量進行預控。通過對質量通病進行預判斷,制定出切實有效的施工技術措施并予以應用,解決了質量易發問題。以細部施工質量管控為手段,提高了拱橋的外觀質量效果。通過質量控制手段,較好地控制了現澆混凝土單拱橋的施工質量,并保證了在多工種、多工序施工情況下的快速施工。錦江生態帶現澆混凝土單拱橋施工取得的成功經驗可為同類工程提供借鑒。