清水混凝土在高速公路橋梁墩柱中的應用研究

孟秀元

（山西路橋集團陽蟒高速公路有限責任公司，山西 晉城 048000）

0 引言

山西陽蟒高速公路十里河大橋，位于國家級自然保護區(qū)，橋梁全長820 m，與保護區(qū)內自然景觀融為一體，體現(xiàn)一種自然美。在施工中，為使橋墩實現(xiàn)內堅外美的效果，橋墩設計采用清水混凝土施工工藝。清水混凝土（As-Cast Finish Concrete/Bare Concrete）產生于20世紀20年代，經過近百年的發(fā)展，在國外已經廣泛應用于建筑領域[1-3]。清水混凝土可通過一次性澆筑，在保證工程質量的前提下，成型出較為美觀的裝飾面，故其具有某些特殊的性質：

a）質量保障，可較好地滿足相應規(guī)范的強度要求，且達到保護鋼筋保護層厚度。

b）色澤優(yōu)美，養(yǎng)生完成后顯示為均勻一致的暖灰白色。

c）幾何外觀柔和，表面基本沒有氣泡，表面平整度較好，相對圓潤、順滑。

為保證清水混凝土的上述優(yōu)點，展示混凝土樸實無華、自然沉穩(wěn)的天然韻味，就必須在施工過程中滿足一些特定設計：混凝土配比、鋼筋布設、模板設置、接縫處理以及表面整修等都必須達到一定的要求。本文主要從清水混凝土的特點著手，重點加強原材料及配比設計、鋼筋加工及安裝、模板設計及安裝、混凝土養(yǎng)生等工序進行分析，為清水混凝土推廣應用提供經驗指導。

1 原材料及配比設計

為保證清水混凝土好的外觀質量，根據以往經驗，在保證強度的前提下，配合比設計上總的原則是：采用較小的水膠比和較大的砂率。在試驗過程中，現(xiàn)場采用不同的外加劑進行試配，在各自滿足混凝土質量要求和工作性的前提下，剛開始做了5個試驗墩，為最終混凝土配比設計提供了有力的技術保證。

1.1 水泥

水泥（PO 42.5）均采用山水散裝水泥，膠結料用量300～500 kg/m3。盡可能采用低的坍落度，以減少泌水的可能性，水膠比0.3～0.4之間。

1.2 外加劑

外加劑選用具有規(guī)模合成外加劑母液能力的生產廠家——山西三力科技有限公司生產的聚羧酸高效減水劑，減水率不小于20%。

1.3 碎石

碎石選用當?shù)貜姸雀摺⑦B續(xù)級配好、無堿活性、顏色一致的碎石，含泥量小于等于0.5%，針片狀顆粒小于等于10%，壓碎值小于等于12%，堅固性（5次循環(huán)后的質量損失小于等于8%），空隙率小于等于55%。

1.4 砂

選用沁河優(yōu)質河砂，細度模數(shù)2.6～2.9，泥塊含量小于0.5%。砂率控制很關鍵，在充分考慮混凝土流動性和堅固性的條件下，砂率采用35%～40%。

1.5 粉煤灰

選用陽城電廠I級粉煤灰，摻量12%～38%，細度（45 μm氣流篩，篩余量小于等于12%），燒失量小于等于5%，氯離子含量小于等于0.01%。

1.6 混凝土工作性能

初始坍落度160～220 mm，2 h后坍落度損失值20%，離析率小于等于20%，壓力泌水率小于20%，含氣總量小于2%。

1.7 混凝土配比設計

本文清水混凝土所采用的配比見表1。

表1 混凝土配比設計一覽表

2 鋼筋加工及安裝

2.1 鋼筋加工制作

a）按照設計圖紙標注的尺寸和形狀對鋼筋進行加工，特別注意受力筋的彎曲工藝，需要考慮彎曲的角度。常規(guī)的注意點，箍筋彎鉤加工時的彎曲半徑必須保證能夠裹覆被箍筋，自身直徑須超出箍筋直徑的4倍以上，且彎曲末段的尺寸應大于箍筋半徑的20倍。

b）所有鋼筋的加工與切割必須在規(guī)定的區(qū)域進行，對不合格的區(qū)域進行去除，稍微的銹跡可進行除銹處理，且保證足夠的直線性。

c）對于特殊分項所用的鋼筋需進行特殊處理，采用指定的工藝進行連接，通過相關規(guī)定的要求。

d）鋼筋加工質量標準。鋼筋加工過程中允許出現(xiàn)一定的誤差，具體范圍見表2。

表2 鋼筋加工誤差范圍

2.2 鋼筋安裝

a）現(xiàn)場鋼筋焊接時，建議采用搭接焊工法。兩側焊接時，鋼筋搭接范圍的尺寸應大于鋼筋直徑的5倍；單側焊接時，焊不小于10d。焊縫高度應大于等于0.3d，并大于等于4 mm；焊縫寬度應大于等于0.7d，并大于等于8 mm。

b）焊工必須持證上崗。鋼筋焊接前，必須選取部分區(qū)域進行試驗。完成后，應對每個焊接點進行檢查，包括外觀有無裂縫、凹凸點、焊瘤等瑕疵。

c）在同一根鋼筋上應盡量減少接頭數(shù)量，且避免接頭設置在主受力區(qū)，以及避免出現(xiàn)在彎矩較大的區(qū)域。對于所有的接頭位置（焊接范圍應大于鋼筋直徑的35倍，最小不得低于50 cm），不得有二次焊接，及兩個或兩個以上的接頭。在受力區(qū)，出現(xiàn)焊接點所占的面積應小于整體鋼筋橫截面積的50%，且焊接點的起終點與鋼筋彎起位置的距離應大于鋼筋自身半徑的20倍。

d）鋼筋安裝嚴格按設計圖紙給定的間距及位置設置，橋墩墩柱主筋伸入承臺底并與承臺底鋼筋連接在一起。箍筋采用閉合式，相鄰箍筋的彎鉤接頭，沿墩身高度方向交錯布置。

e）橋墩位置的鋼筋一般采用人工綁扎，綁扎絲確保主筋與箍筋不發(fā)生滑動，且綁扎后不對鋼筋的形狀位置發(fā)生變化。

f）墩柱主筋保護層厚度大于等于30 mm，箍筋保護層厚度不小于25 mm。為確保鋼筋網具有足夠的混凝土保護層厚度，需在鋼筋網和模板之間增設墊塊，墊塊設置時，單位面積內不少于4個。

g）鋼筋成型和安裝質量標準。鋼筋成型和安裝允許偏差見表3。

表3 鋼筋成型和安裝允許偏差范圍

3 模板設計及安裝

3.1 模板設計

模板設計時盡量考慮拆卸安裝方便快捷，最大限度地減少拼裝接縫，在吊重允許的范圍內，模板的分塊遵循定型、大塊、通用的原則。模板拼縫嚴密無錯臺，局部不平允許偏差1 mm，對拉螺栓在滿足結構物受力要求的前提下，孔眼排布整齊、有序，且有一定的規(guī)律性和美觀性。

3.2 模板試拼和整修

a）橋梁墩柱鋼模板進場后，場地整平后，采用枕木等物件將模板底部墊起來，對其他模板進行試拼裝。

b）對拼裝的模板進行全方位的檢查與整修，包括是否存在錯臺、縫隙、不光滑、固定扣損壞及位置偏移等。對存在問題的局部進行及時的調整，如打磨、拌直、除銹、重新定位等，并進行二次檢查，直到模板驗證合格。

c）模板制作允許偏差。模板制作允許偏差見表4。

表4 模板制作允許偏差范圍

3.3 模板漆涂刷與清理

a）橋墩模板采用專業(yè)廠家定制的定型無對拉桿整體鋼模，面板厚不小于6 mm。對經過修整的模板，用模板漆作為脫模界面劑，確保拆模順利。

b）整修過的模板應在較短的時間內涂刷模板漆。應進行合理的擋風、防水措施。涂刷前用干凈的干布將模板表面灰塵、浮銹擦拭干凈，模板表面保持干燥，方可進行涂刷。

c）涂刷工具可采用柔軟的羊毛刷，涂刷時需要勤拉勤收，確保涂刷均勻一致，而且盡量涂刷一次到位，減少來回涂刷的次數(shù)。涂刷時注意不要流掛、漏刷。在氣溫15℃情況下，模板漆0.5 h內即可表干，表干后可采用適當?shù)恼谏w，以免被雨淋。24 h后，測試是否完全硬化。完全硬化后可進行使用，在重復使用過程中應檢查是否有破損，并進行適當?shù)那謇砼c維護。

d）在正常的使用條件下，根據實踐數(shù)據，一般周轉在3次以上，工地現(xiàn)場保護好的可以達到周轉5次以上，達到一定的周轉次數(shù)后，模板漆表面顯得有些粗糙，這樣就需要進行脫漆處理，或是采用刨光機將原漆膜打掉，切記不能在原有漆膜上直接涂刷新的模板漆，否則周轉次數(shù)會大受限制?；蛘邔υ崦婢鶆虻赝磕ǔ岵牧?，待一段時間后，原有的漆面會逐漸膨脹、折起、剝離，采用刮刀將松軟的原漆剔除，并進行清理。

3.4 模板安裝

a）墩柱鋼模板分塊聯(lián)接采用螺栓連接，下部采用錨固螺栓固定在承臺上，上部用拉緊器斜拉纜風繩將鋼模板分4個方向固定在地面混凝土錨墩上。墩柱高度小于12 m時，在模板頂部設4道纜風繩分4個方向固定在地面混凝土錨墩上；墩柱高度大于12 m時，在模板2/3高度處增設4道纜風繩進行固定。

b）墩柱模板安裝應根據模板試拼標注的編號，自下而上逐層安裝。

c）模板接縫處貼雙面膠止?jié){，雙面膠不能有斷開現(xiàn)象，接頭處不能用手撕開，須使用刀片切開。

d）模板底部與承臺面接觸部位采用高標號水泥砂漿精確找平封堵，防止混凝土澆筑時漿液流失出現(xiàn)爛根及麻面現(xiàn)象。

e）對安裝就位的模板，應進行全面檢查。一般采用全站儀或者鋼尺，檢查項目包括模板的位置、尺寸、傾斜角度、密封性等，確保模板滿足設計圖紙的要求，且對其節(jié)點聯(lián)系、內外支撐、拉桿、縱橫向穩(wěn)定性、傾斜度、鋼筋和預埋件進行檢查，經檢查合格后方可澆筑混凝土。

f）檢查合格后，在進行混凝土澆筑時還需要對模板進行跟蹤觀測，確?；炷翝仓r模板沒有發(fā)生超范圍的移動等不穩(wěn)定性現(xiàn)象。

g）模板安裝允許偏差。模板安裝允許有一定的偏差，具體偏差范圍見表5。

表5 模板安裝允許偏差范圍

4 混凝土施工

4.1 混凝土拌和及運輸

a）清水混凝土拌和時，需要按照設計的配合比進行配料，科學地把控拌和時間、最佳水泥用量和最佳用水量，根據氣溫變化，及時調整水灰比。

b）在拌和站位置需要專門的實驗員把關，嚴把混凝土質量關，控制好混凝土的出站坍落度和溫度，檢查混凝土的性能符合要求后，方可出站。

c）混凝土采用罐車運輸，汽車泵泵送入模。運至現(xiàn)場后要查看混凝土出料記錄，嚴格執(zhí)行混凝土現(xiàn)場檢驗制度，專門的實驗員對所有運輸車上的混凝土進行取樣，測試坍落度指標是否在要求范圍內，且拌和后3 h內必須澆筑。

d）把控好混凝土拌和運輸各環(huán)節(jié)，確?；炷凉鶆?、連續(xù)、穩(wěn)定，滿足現(xiàn)場澆筑速度需要，大方量混凝土澆筑前，須核查備用方案或措施，切記不可因為混凝土供料原因而出現(xiàn)澆筑中斷而產生的冷接縫。

e）混凝土運輸車在運輸時，宜以一定的速度轉動罐桶。在澆筑前，應提高轉速旋轉一定時間后，進行澆筑。

4.2 混凝土澆筑

a）當鋼筋籠、模板都檢查合格后，方可安排混凝土的澆筑。相鄰的構件盡量連續(xù)作業(yè)。

b）墩柱采用汽車泵送混凝土澆筑時，泵管伸至柱頂，在管口加設尼龍布溜筒。澆筑前先在接茬面鋪一層2～3 cm厚的高一標號的水泥砂漿，以保證新舊混凝土面結合良好。澆筑時，需要把握導管長度，保證混凝土下落高度不太大，減少對模板的影響，及混凝土的離析。

c）采用標桿控制每一層混凝土的澆筑厚度，每一層澆筑厚度不宜大于40 cm。澆筑應連續(xù)進行，上層混凝土須在下層混凝土初凝前澆筑、振實。

d）通常采用較長的振搗器對橋墩澆筑的混凝土進行振搗。每一個墩柱適宜兩名振搗工輪流工作。要避免振搗棒對鋼筋網和模板的接觸。

e）必須掌控振搗的時間以及振搗棒的沉入深度，同時振搗棒移動的距離不宜大于振搗棒振動范圍的1.5倍，比如φ50型振搗棒振搗移動距離不宜大于40 cm。振搗時注意快插慢抽，并在振搗過程中使振搗棒上下略有移動進行提振，以使混凝土振搗密實均勻，充分消除汽泡。振搗時間以混凝土開始翻漿、不再下沉、且表面不再出現(xiàn)氣泡為止，一般為20～30 s。

f）兩次振搗可有效地緩減混凝土表面的氣泡，通常在第一次振搗結束后靜置一段時間進行第二次振搗，墩柱頂層混凝土一般要在靜置0.5 h后進行二次振搗。

g）澆筑時，根據現(xiàn)場氣候條件，做好防風、防曬、防凍、防雨等施工措施，澆筑完成后立即安排人員對墩柱頂面抹平收面。

4.3 混凝土養(yǎng)護及防護

a）對于混凝土的養(yǎng)護，重點需要控制養(yǎng)護的濕度和溫度，通常對混凝土硬化后的裸露面，進行覆蓋灑水養(yǎng)生。

b）待混凝土終凝后，在墩頂每根墩柱上部安放1 m3的塑料水桶，采用滴水方式對混凝土進行養(yǎng)護。在墩柱拆模后，應盡快采用兩層塑料膜進行覆蓋、包裹，在薄膜的接縫處進行密封處理。此外，在薄膜的外側采用安全網進行隔離。

c）墩柱混凝土澆筑完成后，滴水養(yǎng)護時間不得少于28 d。塑料膜及密目安全網包裹時間直至上部結構全部施工完成。

4.4 混凝土缺陷處理

盡管采取了各種措施，但拆模后由于混凝土泌水、自身含氣量較大、模板漏漿等原因，難免局部表面可能會產生一些小的氣泡、砂眼、砂線等缺陷。拆模后清除混凝土表面浮漿等雜物后，采用同種水泥、粉煤灰按一定比例調制成素水泥漿體，對于修正的局部，在水泥漿體強度形成后，采用磨砂工藝將所在部位進行磨光處理，并用水處理干凈，減少表面色差。

5 外觀質量標準

參照《客運專線鐵路橋涵工程施工質量驗收暫行標準》（鐵建設[2005]160號），以及依托項目的清水混凝土施工技術經驗，本文提出清水混凝土外觀質量驗收情況見表6。

表6 清水混凝土外觀質量驗收表

6 結語

十里河大橋將清水混凝土運用在橋梁墩柱施工中，通過施工總結出一套配比設計方案、施工工藝及質量驗收標準，使橋梁墩柱外觀純樸自然、回歸本原，自覺地與自然融為一體，為陽蟒高速公路打造全省綠色示范公路起到了很好的推動作用。