黃織鐵路歹陽河大橋百米高墩施工

丁金平

（中鐵二十五局集團柳州鐵路工程有限公司，工程師，廣西 柳州 545007）

歹陽河大橋位于貴州省織金縣熊家場白苗寨以北100 m處，為黃織鐵路跨越歹陽河而設(shè)，橋跨為2×24 m+3×32 m+（52+96+52）m+1×32 m預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土連續(xù)剛構(gòu)。橋梁全長392.62 m，全橋均在+11.2‰坡道上。該橋高133 m，是黃織鐵路三大控制性工程之一。1#，2#墩為實心墩，3#～8#墩均為矩形空心墩，墩身高14.5～100 m不等，是典型的山谷河流橋。6#主墩高94 m，7#主墩墩高100 m，均為嵌巖基礎(chǔ)。主橋6#，7#墩上構(gòu)預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土連續(xù)箱梁分13個箱段施工，其中懸澆塊為11段，懸澆塊段長分3 m，3.5 m和4 m等3種。該橋施工工期緊，施工場地狹窄，墩身高，主橋6#，7#墩施工是該橋節(jié)點控制工序之一。主墩施工主要存在豎向主筋焊接工藝、墩身模板施工工藝、墩身混凝土運輸及墩身線型監(jiān)控等施工難點。為保證高墩施工過程中的質(zhì)量和安全，對施工有關(guān)工藝進(jìn)行了研究和探索。

1 墩身主筋施工

1.1 墩身主筋安裝 墩身鋼筋先在鋼筋棚內(nèi)彎制好后，用汽車運至索吊下，再用索吊吊裝到位安裝。測出主筋安裝位置，再進(jìn)行現(xiàn)場施工。主筋采用電渣壓力焊接長，與箍筋連接處采用點焊固定，主筋、箍筋的間距必須嚴(yán)格按設(shè)計與規(guī)范要求施工。每次灌注混凝土頂面應(yīng)低于模板上口10 cm，不覆蓋最上面一層水平筋，使以后繼續(xù)綁扎鋼筋有所依據(jù)。對預(yù)埋件或預(yù)埋的接頭鋼筋，模板抽離后及時清理，使之外露。

1.2 豎向主筋焊接 歹陽河大橋7#墩墩身采取分節(jié)施工，每節(jié)長3 m，共32次。7#空心墩鋼筋施工尤為重要，如采用傳統(tǒng)搭接焊，焊接1模鋼筋需時3 d，（墩身內(nèi)圈鋼筋平均數(shù)188根，外圈鋼筋平均數(shù)290根），難以滿足工期要求。經(jīng)過研究，采用豎向電渣壓力焊可滿足工期和質(zhì)量安全的要求。鋼筋電渣壓力焊就是將2根鋼筋豎向?qū)有问?，利用焊接電流通過兩端面間隙，在焊劑層下形成電弧過程和電渣過程，產(chǎn)生的電弧熱和電阻熱融化鋼筋，加壓完成的一種焊接方法。按《鐵路橋梁施工規(guī)范》要求，7#空心墩鋼筋每節(jié)主筋下料長度3.5 m和4.5 m，施工過程中，嚴(yán)格控制焊接質(zhì)量。采用電渣壓力焊后，每節(jié)墩身主筋焊接只需1 d，與傳統(tǒng)搭接焊相比可節(jié)約60 d，墩身鋼筋少消耗7.25 t，加快了施工進(jìn)度，提高了經(jīng)濟效益。

2 墩身翻模施工

2.1 模板設(shè)計 墩身內(nèi)外模板采用整體加工成型的鋼模板，內(nèi)外模板采用Ф20圓鋼對拉，鋼模每節(jié)高1.5 m，分A，B型2種，A型為固定模板，B型為墩身四角收坡抽動模板。每節(jié)模板高度為1.5 m，共分4層。7#墩最低截面尺寸14.59 m×7.6 m，面板采用6 mm厚鋼板，背楞采用［14的槽鋼，邊橫肋及邊豎肋采用└80×8的角鋼，角鋼間距80 cm。模板四周豎肋54根，承受模板側(cè)壓力，為確保模板的穩(wěn)定性和安全性，應(yīng)對外模承受的最大側(cè)壓力、豎肋的檢算模型、最大的拉應(yīng)力、撓度進(jìn)行檢算，以便明確豎肋的角鋼型號。

2.1.1 模板最大側(cè)壓力 采用內(nèi)部振搗器時，新澆筑的混凝土作用于模板的最大側(cè)壓力，可按下列2個公式分別計算，并取其中的較小值〔1〕。

式中：F為新澆筑的混凝土對模板的最大側(cè)壓力（kN/m2）；

γ為混凝土重力密度（kN/m3），現(xiàn)場取γ=24 kN/m3；

τ0為新澆筑混凝土的初凝時間（h），現(xiàn)場取τ0=4 h；

β1為外加劑影響修正系數(shù)，不摻外加劑時取1.0，摻具有緩凝作用的外加劑時取1.2，現(xiàn)場取β1=1.2；

β2為混凝土坍落度修正系數(shù)，當(dāng)坍落度小于100 mm時，取1.10，當(dāng)坍落度大于100 mm時，取1.15，現(xiàn)場取β2=1.15；

V為混凝土的澆筑速度（m/h），現(xiàn)場取V=3 m/8 h=0.375 m/h；

H為混凝土側(cè)壓力計算位置處至新澆筑混凝土頂面的總高度（m），H=3 m。

計算結(jié)果：F=0.22γτ0β1β2V1/2=17.84 kN/m2，F(xiàn)=2.5H=7.5 kN/m2。

取F的較小值7.5 kN/m2。

2.1.2 豎肋的計算模型 新澆筑的混凝土作用于模板的最不利荷載：當(dāng)新澆筑的混凝土至模板頂面（總高度H=3 m），且現(xiàn)場最低層混凝土未達(dá)到初凝時間（h＜4 h）時模板的側(cè)壓力最大，所有側(cè)壓力作用于54根豎向└80×8角鋼。豎向└80×8角鋼受力模型為新老混凝土連接處豎向角鋼:下端為固結(jié)，上端為懸臂。即豎向角鋼檢算模型為下端固定、上端懸臂的懸臂梁，在最不利荷載情況下進(jìn)行檢算，作用力取平均值。

模板四周最大側(cè)壓力FM=F×（14.59 m+7.6 m）×2×3=998.55 kN。豎向└80×8角鋼每根最大側(cè)壓力F1=FM/54=18.5 kN。彎矩M=F1×H/2=18.5 kN×3 m/2=27.75 kN·m。

2.1.3 豎肋拉應(yīng)力檢算 豎向└80×8角鋼最大拉應(yīng)力〔2〕σ=M/W=27.75×102/32.4=85.6 MPa，小于最大允許拉應(yīng)力（σmax=140 MPa）。

2.1.4 豎肋撓度檢算 豎向└80×8角鋼最大撓度〔2〕f=F1H3/3EI=18.5×33×106/3×2.1×105×73.5=10.8 mm，小于最大撓度（H/250=12 mm）。式中：σ為最大拉應(yīng)力；

W為截面抵抗矩；

f為豎向└80×8角鋼最大撓度；

F1為豎向└80×8角鋼最大側(cè)壓力；

H為混凝土側(cè)壓力計算位置處至新澆筑混凝土頂面的總高度，H=3m；

E為彈性模量，E=2.1×105MPa；

I為慣性矩，I=73.5 mm4。

檢算結(jié)果顯示，采取豎向└80×8角鋼可行。

2.2 操作平臺 為便于墩身施工的操作，在每層外模上設(shè)置一個工作平臺。平臺寬1 m，用5號角鋼焊接在模板的槽鋼上，并在平臺外側(cè)設(shè)置欄桿扶手。為了保證模板的整體性，以及工作平臺的牢固性，每層模板之間上下為8號角鋼，并用Ф20螺桿連接，墩身內(nèi)側(cè)模用Ф50鋼管固定搭接在模板上，再加架管上鋪腳手板作為墩內(nèi)工作平臺。

2.3 模板定位和安裝 用全站儀通過平面坐標(biāo)法放樣出橋墩的十字線，用墨線彈出十字線，然后根據(jù)十字線放樣出墩身底外邊線，并用墨線彈出。用水準(zhǔn)儀抄平模底混凝土面標(biāo)高，將高出設(shè)計高程的混凝土部分鑿除掉，低于設(shè)計高程的位置用干硬性砂漿抄墊平整。模板安裝順序為先拼裝好外模，再拼好內(nèi)模，穿入Ф20拉桿對拉將內(nèi)外模板連結(jié)加固。薄壁厚度通過支撐在板模內(nèi)可調(diào)式的頂桿來控制。模板底以邊線為依據(jù)定位，上口定位通過采用2吊錘分別從墩底十字線引線至模板頂，以引線為基線，調(diào)節(jié)上口模板直至模板的中心與墩底中線重合，即可定位上口模板。

外模定位后，用水準(zhǔn)儀抄平模頂四角高程，高差控制在2 mm范圍內(nèi)，如超出允許誤差，則通過抄墊模底調(diào)節(jié)。調(diào)節(jié)完畢重新吊線復(fù)核模板上口位置，確認(rèn)無誤后，加固模板支撐，完成外模的安裝。內(nèi)模模底定位同外模，模頂安裝以外模為基準(zhǔn)定位。薄壁厚度調(diào)節(jié)：內(nèi)側(cè)采用可調(diào)節(jié)式頂桿支撐，外側(cè)通過連接內(nèi)外模的拉桿對拉相結(jié)合的方法調(diào)節(jié)。

2.4 模板翻升 用固定模板和抽動模板的不同組合來解決墩身收坡的變截面問題。模板分4層，循環(huán)交替翻升，每循環(huán)翻模高度為2層共3 m。開始施工時，先將2層混凝土灌注完畢，不拆模再在前2層模板之上繼續(xù)安裝第3、第4層模板（共6 m高），澆筑第3、第4層混凝土。模板翻升是從第5層開始，先拆除第1層模板，并在第4層模板上安裝，再拆除第2層模板，并在第五層模板上拼裝。調(diào)好模板平面位置及標(biāo)高，驗收合格后，澆筑第3次混凝土，如此循環(huán)上升直至完成整個墩身施工。每次澆筑混凝土的頂面要比上一層模板低10 cm，使前后2次澆筑的混凝土無接縫，確保墩身的外觀質(zhì)量。模板的翻升順序如圖1所示。

圖1 墩身模板翻模示意圖

3 墩身混凝土泵送

歹陽河大橋7#墩墩身需混凝土4 738m3，采用塔吊或纜索吊運輸混凝土均難以滿足工期和質(zhì)量安全的要求，應(yīng)采取泵送混凝土。但隨著墩身澆筑標(biāo)高的不斷上移，泵送工藝要求將會越來越高，對于混凝土用骨料的品質(zhì)要求也隨之越來越高。在墩身前30 m施工過程中，由于砂子很粗、粗骨料粒徑斷級、最大粒徑超徑、骨料不干凈、粉塵較多，因此在泵送施工時，混凝土經(jīng)常有離析現(xiàn)象，需要增加砂的用量。但是因為砂粗，即使增加了混凝土的砂率，泵送阻力仍然很大，曾經(jīng)產(chǎn)生堵管現(xiàn)象，對混凝土質(zhì)量造成一定的影響。因此在歹陽河大橋高墩施工中，對粗、細(xì)骨料的選擇及穩(wěn)定性、混凝土（入模）坍落度、遠(yuǎn)程泵送混凝土工藝等三大因素的掌控，成為該橋高墩混凝土施工的難點。

3.1 調(diào)整施工配合比 歹陽河大橋墩身混凝土設(shè)計配合比中粗骨料采用16～26.5 mm碎石，該級配符合《混凝土泵送技術(shù)規(guī)程》中粗骨料最佳級配要求，且是實驗室大量試驗的結(jié)果。其目的就是為了保證墩身混凝土泵送施工過程中不堵管，在密集鋼筋中得以自動充填密實，降低勞動強度，保證安全和質(zhì)量。在墩身前30 m施工過程中，曾經(jīng)有堵管現(xiàn)象，經(jīng)分析是由于現(xiàn)場用料中，機制砂較粗（其中5 mm以上的小石子有時竟達(dá)30%以上），砂中30%的含石率反推算至粗骨料中后，實際砂率僅為34%。泵送混凝土的砂率一般為46%～48%，而現(xiàn)場實際砂率過低，使堵管成為必然?，F(xiàn)場用的粗、細(xì)骨料均達(dá)不到試驗配合比的要求。因此，需重新調(diào)整施工配合比。原施工配合比中粗、細(xì)骨料為9.5～22 mm碎石、0～9.5 mm砂石混合料。

現(xiàn)場細(xì)骨料中有0～9.5 mm、0～7.5 mm砂石混合料，其中0～9.5 mm砂石混合料雖稱為砂，但實際含有30%以上的5～9.5 mm的小石子。0～7.5 mm砂石混合料，是泵送混凝土很好的細(xì)骨料，這種料的缺點是含粉偏多、夾泥（隧道碴加工而成），對混凝土危害很大?，F(xiàn)場粗骨料中有16～31.5 mm、9.5～22 mm、20～40 mm的碎石，根據(jù)JGJ/T-95《混凝土泵送施工技術(shù)規(guī)程》規(guī)定，泵送高度在100 m以上時，粗骨料最大粒徑與泵送管內(nèi)徑比為1：5。目前工地泵送管內(nèi)徑普遍為125mm，為了保證泵送過程的安全，防止堵管，應(yīng)將碎石最大粒徑控制在25 mm以內(nèi)。綜上所述，在新的施工配合比中，應(yīng)采用9.5～22 mm碎石作粗骨料，0～9.5 mm砂石混合料作細(xì)骨料。

在新的施工配合比中，由于砂含有30%的石子，因此要將砂的實際用量再提高43%，同時將碎石實際用量減少32%，使得在新的配合比中實際砂率達(dá)到47%。通過調(diào)整施工配合比砂率，提高了混凝土的和易性和穩(wěn)定性，減小了管內(nèi)摩擦阻力，從而減低了管內(nèi)泵送壓力的損耗。

3.2 泵送壓力設(shè)計 由于遠(yuǎn)端泵送受泵管、水平管管內(nèi)壁的摩擦影響，造成泵送壓力損失很大。因此，需對泵送壓力進(jìn)行檢算，以確保初端泵送壓力在經(jīng)過損耗后還能滿足泵送要求。

歹陽河大橋遠(yuǎn)端泵送澆筑，采用內(nèi)徑為125 mm的高壓泵管，最遠(yuǎn)泵送距離要求達(dá)到500 m，垂直高度150 m，約需水平管360 m、垂直管150 m、90°彎管3個、45°彎管4個、管道接環(huán)160個、管路截止閥2個、橡皮軟管1根。根據(jù)JGJ/T-95《混凝土泵送施工技術(shù)規(guī)程》規(guī)定，輸送泵各配件壓力損耗：水平管每20 m換算壓力損失為0.1 MPa，垂直管每5 m換算壓力損失為0.1 MPa，90°彎管每只換算壓力損失為0.1 MPa，45°彎管每只換算壓力損失為0.05 MPa管道接環(huán)每只換算壓力損失為0.1 MPa，管路截止閥每個換算壓力損失0.2 MPa，橡皮軟管每根換算壓力損失為0.3 MPa，混凝土泵送啟動內(nèi)耗換算壓力損失為0.3 MPa。

當(dāng)混凝土坍落度為160～180 mm時，泵送壓力損耗計算〔1〕：總壓力損耗Ps=360/20×0.1+150/5×0.1+3×0.1+4×0.1+160×0.1+2×0.2+1×0.3+1×0.3=22.5（MPa）。

歹陽河大橋拖泵采用HBT60C型電泵理論輸出高壓高限Pmax=32 MPa，按正常使用取電泵理論輸出高壓高限的80﹪，P z=32×80﹪=25.6（MPa）大于總壓力損耗（P s=22.5 MPa）。因此，遠(yuǎn)距離泵送可行。

3.3 入模坍落度控制 按國家現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)《混凝土結(jié)構(gòu)工程及驗收規(guī)范》的規(guī)定，泵送高度如大于100 m以上，要求入泵混凝土的坍落度控制在180～200 mm。根據(jù)《混凝土泵送施工技術(shù)規(guī)程》，考慮在不同環(huán)境溫度下混凝土坍落度的損失:當(dāng)環(huán)境溫度在10～20℃時，混凝土經(jīng)時坍落度損失約為5～25 mm；當(dāng)環(huán)境溫度在20～30℃時，混凝土經(jīng)時坍落度損失約為25～35 mm；當(dāng)環(huán)境溫度30～35℃時，混凝土經(jīng)時坍落度損失約為35～50 mm?，F(xiàn)場施工平均溫度均在20～30℃之間，故混凝土的入模坍落度應(yīng)控制在145～175 mm〔1〕。

3.4 入泵停留時間 當(dāng)混凝土澆筑環(huán)境溫度不大于20℃時，入泵停留時間不宜超過120 min；當(dāng)環(huán)境溫度大于20℃，小于30℃時，入泵停留時間不宜超過90 min；當(dāng)環(huán)境溫度大于30℃時，入泵停留時間不宜超過60 min。因此，要求對入泵停留時間進(jìn)行檢算。

入泵停留時間計算：現(xiàn)場施工灌注混凝土10 m3/h，泵管長度500 m，截面積S=3.14×（0.125/2）2=0.012m2，計算混凝土的平均流速V=10/0.012=833m/h，混凝入土泵停留時間t=500/833=0.6 h，為36 min。現(xiàn)場混凝土最小的初凝時間為1 h，滿足施工要求。

4 高墩施工監(jiān)控

高墩施工過程中，受自重、溫度、外荷等因素影響，在模板安裝、混凝土澆筑和模板的翻升等3個階段，對模板的穩(wěn)定性、墩身的垂直度有很大的影響。因此，在施工過程中必須加強對高墩施工的監(jiān)控。高墩施工監(jiān)控項目：中心定位控制、垂直度控制、標(biāo)高控制和墩身混凝土養(yǎng)護。在現(xiàn)場成立施工監(jiān)控工作小組，以進(jìn)行有效的監(jiān)控工作。每段澆筑混凝土前后，應(yīng)對墩身進(jìn)行施工監(jiān)控。

4.1 中心定位控制 根據(jù)該橋位的復(fù)雜地形，山高谷深，首先使用全站儀在橋位內(nèi)或就近布置平面控制網(wǎng)，并定期進(jìn)行復(fù)測。

在每節(jié)模板安裝過程中隨時檢測空心高墩中心點以及墩身四周角點的位置，凡發(fā)生偏差必須即刻糾正。在每一節(jié)整體式翻升支架按測定的位置安裝牢固，墩身鋼筋也必須按測設(shè)的位置綁扎（含電焊）安裝。架立安裝模板就位也必須正確測量模板的位置，經(jīng)監(jiān)理檢驗合格后才能澆筑混凝土。軸線偏位限度為10 mm，偏位超限時應(yīng)及時糾正。

4.2 垂直度控制 因橋墩高100 m，需分15次澆筑，各種施工因素（模板安裝誤差、測量誤差、誤差積累）對橋墩垂直度影響很大。因此，在每次立模前均要用全站儀測量墩身的4個棱角，立模后仍要求用全站儀測量模板的4個棱角來檢驗橋墩的中心線（每節(jié)測量均要求換手測量）。檢驗方法：在縱橫軸線上分別設(shè)立4個觀測點，施工時將全站儀架設(shè)在觀測點上，用以控制和校核軸線的準(zhǔn)確性。通過兩軸線的交點與墩身中心點的重合來校核和控制墩身的垂直度。如圖2所示。

4.3 標(biāo)高控制 因7#墩較高，墩頂標(biāo)高的精確度直接影響到連續(xù)梁頂面標(biāo)高，為此每節(jié)墩身標(biāo)高，均要求在立模前后測量。標(biāo)高測量至每節(jié)模板的底口，根據(jù)不同的標(biāo)高計算出所對應(yīng)的墩身截面尺寸，用以檢驗和控制模板的截面尺寸及坡度。

圖2 垂直度控制示意圖

4.4 墩身混凝土養(yǎng)護 高性能混凝土對溫度環(huán)境很敏感，適合施工的環(huán)境溫度為15～25℃。如果在夏季施工，應(yīng)準(zhǔn)備好淋過水的麻袋覆蓋泵管，控制混凝土輸送溫度。由于混凝土水灰比很低，水泥水化初期容易造成水分散失導(dǎo)致混凝土較大的自收縮，還會影響混凝土強度發(fā)展。因此，混凝土澆筑完成后到終凝前的養(yǎng)護初期，應(yīng)立即進(jìn)行PVC薄膜覆蓋，并用干麻袋覆蓋保證內(nèi)外溫差不致過大。到養(yǎng)護后期，再采用淋濕的麻袋覆蓋。通過上述養(yǎng)護方法，使墩身混凝土強度均達(dá)到設(shè)計要求，混凝土表面也無裂紋出現(xiàn)。

5 結(jié)束語

黃織鐵路歹陽河大橋是典型的山谷橋梁。在百米高墩施工中采用翻模施工，合理調(diào)整施工配合比，采取豎向泵送混凝土工藝，使得該橋高墩施工的安全質(zhì)量和工期達(dá)到預(yù)期目標(biāo)。墩身翻模實現(xiàn)6d一個循環(huán)，整個墩身施工工期縮短了2個月，于2009年4月15日完工。該工程取得了良好的經(jīng)濟效益，并積累了一定的施工經(jīng)驗，為類似工程提供了借鑒。

〔1〕中國建筑科學(xué)研究院.混凝土泵送施工技術(shù)規(guī)程〔M〕.北京:中國建筑工業(yè)出版社，1995.

〔2〕姚玲森.橋梁工程〔M〕.北京:人民交通出版社，2008.