高速鐵路空心墩平面位置及高程控制措施

宋劍 樊建文

摘 要：在高速鐵路建設(shè)中的橋梁施工過程中，為了保證橋梁能滿足有效使用的要求，往往采用較為高大的墩柱作為下部支撐結(jié)構(gòu)。由于自重較大，墩柱達(dá)到一定高度后會(huì)設(shè)計(jì)為空心結(jié)構(gòu)，而空心墩因自身結(jié)構(gòu)特點(diǎn)導(dǎo)致相對(duì)實(shí)心墩剛度較小，作業(yè)過程不易，復(fù)雜情況下作業(yè)時(shí)平面位置和高程會(huì)產(chǎn)生一定偏差，因此需要采取適當(dāng)措施進(jìn)行有效控制，達(dá)到設(shè)計(jì)要求質(zhì)量。

關(guān)鍵詞：高速鐵路;空心墩柱;平面位置;高程監(jiān)測(cè);控制措施

中圖分類號(hào)：U238 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1671-2064（2019）23-0107-03

橋梁施工完成后，墩柱平面位置和高程直接影響到后續(xù)梁體施工及軌道鋪設(shè)，對(duì)整條線路乃至正常運(yùn)營(yíng)意義重大，是施工過程中極為重要的因素，隨著墩柱高度的增加影響尤其顯著。因此針對(duì)高墩柱結(jié)構(gòu)須采取有效措施，保證施工質(zhì)量。

本文通過對(duì)某高速鐵路特大橋空心墩施工方法加以說明，然后根據(jù)施工過程的特點(diǎn)，結(jié)合工程實(shí)際，針對(duì)具體影響因素，采取了有效措施，促使在施工的各個(gè)環(huán)節(jié)進(jìn)行嚴(yán)格控制，使墩柱平面位置和高程滿足設(shè)計(jì)和使用要求。

1 工程概況

本橋梁段均為簡(jiǎn)支梁，孔跨布置形式為29×32m簡(jiǎn)支梁+ 19×64m簡(jiǎn)支梁+1×32m簡(jiǎn)支梁，墩臺(tái)基礎(chǔ)采用鉆孔灌注樁群樁基礎(chǔ)，最深樁基77m;承臺(tái)約50個(gè)，最大尺寸22.6m×17.6m×5m;橋墩采用35：1空心薄壁橋墩，最大墩高45m。

2 工程地質(zhì)

主要地層為第四系全新統(tǒng)雜填土，沖擊黏質(zhì)黃土，砂質(zhì)黃土、粉質(zhì)黏土、粉土、粉砂、細(xì)砂、中砂、粗砂、礫砂、粗圓礫土;上更新統(tǒng)沖洪積粉質(zhì)黏土、粉土、粉砂、細(xì)砂、細(xì)圓礫土、風(fēng)積黏質(zhì)黃土;中更新統(tǒng)風(fēng)積黏質(zhì)黃土。

3 水文地質(zhì)

場(chǎng)地內(nèi)地表水主要為河水，常年有水，水量隨季節(jié)變動(dòng)較大。河谷寬約200m，河水深約0～0.5m，流速一般，表觀呈土黃色。地下水主要為賦存于黏性土、砂類土和碎石類土層中的第四系空隙潛水，局部地下水位埋深0～10m。

4 施工方法

4.1 總體施工順序

本工程空心墩設(shè)計(jì)分下部實(shí)體墩，中間空心薄壁墩，頂部頂帽實(shí)體為3個(gè)部分。施工流程為：基礎(chǔ)施工→鋼筋制作安裝→墩身模板安裝→墩身混凝土澆筑→頂帽施工。

4.1.1 實(shí)體墩施工

采用整體定型鋼模板，墩身和托盤分次澆筑，高于15m的墩身分節(jié)分次澆筑。墩臺(tái)身混凝土集中拌和，運(yùn)輸車運(yùn)輸，泵送入模，插入式振搗器振搗。

4.1.2 空心墩施工

空心墩采用整體定型鋼模板，內(nèi)支架采用碗扣腳手架，外支架搭設(shè)作業(yè)人員上下通道和作業(yè)平臺(tái)。墩身分節(jié)分次澆筑成型，第一步澆筑到實(shí)心和空心交接段;第二步澆筑到頂帽以下倒角處;第三步澆筑頂帽及墊石，頂帽搭設(shè)承力托架施工。空心墩墩身施工工藝見圖1。

墩身高度小于15m的實(shí)心墩采用一次立模澆筑成型;墩身高度在15m-20m的實(shí)體墩，墩身和托盤分兩次澆筑;墩身高度大于20m的空心墩每節(jié)4m分節(jié)澆筑成型，頂帽另外澆筑。

4.2 主要施工方法

4.2.1 墩身施工定位放線

采用全站儀坐標(biāo)放樣、水準(zhǔn)儀配合經(jīng)校準(zhǔn)的鋼尺進(jìn)行控制高程，采用吊線錘和全站儀平面坐標(biāo)放樣控制垂直度。

第一次墩身施工放樣在承臺(tái)頂面上，以后每節(jié)鋼筋綁扎前放樣在新澆筑的混凝土面上。立模前放出墩身軸線及立模標(biāo)高。施工完一個(gè)節(jié)段，在新澆混凝土頂面沿橋墩軸線方向和法線方向放出六個(gè)點(diǎn)，再根據(jù)測(cè)點(diǎn)控制下一節(jié)段模板安裝位置，從而控制墩身垂直度。

4.2.2 墩身預(yù)埋筋施工

承臺(tái)混凝土澆筑前應(yīng)預(yù)埋伸入承臺(tái)部分墩身鋼筋，保證預(yù)埋件位置準(zhǔn)確;對(duì)墩身底口平面位置進(jìn)行放樣確定，按照墩身鋼筋尺寸制作定型胎具。定型胎具安裝在承臺(tái)頂板鋼筋頂面以上1.5m～2.0m位置，以便預(yù)埋鋼筋定位準(zhǔn)確。

4.2.3 墩身鋼筋安裝

鋼筋安裝高度大于每次澆筑的混凝土高度，高墩鋼筋每次安裝4m以上。鋼筋綁扎采用定位胎具，每隔2～4m高度設(shè)一道，中心與墩身中心吻合，綁扎下一節(jié)段的鋼筋時(shí)重新安放。

4.2.4 模板工程

模板安裝操作步驟：搭設(shè)安裝支架→吊裝組拼模板→檢查對(duì)角線、垂直度和位置→設(shè)置纜風(fēng)繩→模板固定→模板安裝質(zhì)量檢查。模板的拆除采用塔吊（吊車）、手動(dòng)葫蘆進(jìn)行，拆除順序先外模后內(nèi)模、先直板后弧板。

空心墩底部實(shí)體段施工采用翻模施工工藝支立模板，整體澆筑混凝土，按2m標(biāo)準(zhǔn)節(jié)+調(diào)整節(jié)進(jìn)行組拼。采用翻模施工，以頂帽截面平面位置的圓弧端半徑最小尺寸為模板頂口，以與承臺(tái)接觸面底口圓端半徑最大尺寸為模板底口，按2m的標(biāo)準(zhǔn)節(jié)分節(jié)組拼成一套模板?？招亩胀饽A端模及平面模板見圖2。

4.2.5 墩身混凝土施工

混凝土澆筑分墩底實(shí)體段、墩身空心薄壁段、墩頂頂帽，采用泵送垂直運(yùn)輸。

整個(gè)截面按一定厚度、方向和順序分層、連續(xù)澆筑混凝土，下一層混凝土初凝或能夠重塑前完成澆筑上一層混凝土。分層澆筑厚度不超過30cm，分層應(yīng)保持水平，采用振動(dòng)器振動(dòng)搗實(shí)。

結(jié)構(gòu)混凝土澆筑完成后，及時(shí)用塑料薄膜包裹灑水養(yǎng)護(hù)。拆模按立模順序逆向進(jìn)行。

4.2.6 空心墩封頂

空心墩壁上預(yù)埋支點(diǎn)，上設(shè)置鋼橫梁，鋼橫梁上面設(shè)置傳力桿件，支撐封頂段底模，在墩身頂部下倒角鋼筋混凝土厚度為60cm處，頂帽澆筑分2次進(jìn)行，每次澆筑高度1.5m。封頂施工見圖3。

5 墩身軸線、平面位置、高程測(cè)量控制措施

線型控制通過測(cè)量進(jìn)行，含墩身平面定位、高程、垂直度測(cè)量。

5.1 施工放樣

立模前對(duì)墩身位置進(jìn)行精準(zhǔn)放線，在模板加固后，對(duì)平面位置進(jìn)行復(fù)核，準(zhǔn)確無誤才能澆筑混凝土，完成后再次復(fù)核平面位置，調(diào)整下一段支立模板位置。

測(cè)量工作要求兩人進(jìn)行換手復(fù)測(cè)。承臺(tái)施工完后，用全站儀放樣墩身圓端、兩圓弧中心以及兩個(gè)半圓端點(diǎn)，共計(jì)六個(gè)控制點(diǎn)，用墨線彈出模板內(nèi)側(cè)邊緣線，進(jìn)行模板支立，利用測(cè)傾斜度儀器檢測(cè)模板傾斜，在模板翻升之后及時(shí)進(jìn)行跟進(jìn)測(cè)量。墩身平面定位測(cè)量見圖4。

5.2 平面定位測(cè)量

用全站儀、GPS配合使用、相互校核+施工過程控制。墩身平面定位測(cè)量采用三維坐標(biāo)控制法。施工前用全站儀進(jìn)行平面定位，設(shè)置好橫向、縱向控制軸線，向作業(yè)人員交底，并用精密全站儀進(jìn)行復(fù)核。

底部實(shí)體段完成后，放樣左右圓心，作為永久圓心。同時(shí)在實(shí)體段頂放樣出空心墩縱橫方向軸線。用全站儀進(jìn)行對(duì)點(diǎn)測(cè)量，以便控制墩身軸線，對(duì)棱角的邊線進(jìn)行測(cè)量監(jiān)控。用垂準(zhǔn)儀或5Kg線墜，在作業(yè)平面引出左右圓心，控制其平面尺寸。圓端形空心墩平面軸線控制見圖5。

當(dāng)天的氣溫若高于28℃，墩身的中心點(diǎn)位測(cè)量設(shè)置須在早八點(diǎn)前完成，避免溫度差異的影響。

模板安裝作業(yè)時(shí)，先校正墩身控制點(diǎn)之間距離，若與設(shè)計(jì)值較為接近，則使用全站儀對(duì)各個(gè)點(diǎn)位進(jìn)行定位，且要求達(dá)到必要精度，當(dāng)模板調(diào)校之后，對(duì)各個(gè)關(guān)鍵控制點(diǎn)之間距離進(jìn)行核準(zhǔn)，保證頂口的定位精度達(dá)標(biāo)、準(zhǔn)確。

5.3 墩身高程測(cè)量

根據(jù)設(shè)計(jì)提供高程控制點(diǎn)，結(jié)合三角網(wǎng)點(diǎn)用精密水準(zhǔn)儀自動(dòng)安平。每翻模一次檢驗(yàn)一次高程。

承臺(tái)完成后，在頂面測(cè)量設(shè)置臨時(shí)水準(zhǔn)點(diǎn)，作為墩身施工作業(yè)沉降觀測(cè)的控制點(diǎn)，監(jiān)測(cè)墩頂高程。

使用三角高程控制法結(jié)合長(zhǎng)鋼卷尺丈量法進(jìn)行雙控高程。墩身的下部分1.5米的部位，設(shè)置整米的高程控制基準(zhǔn)線，測(cè)量從該線進(jìn)行，采用三角高程控制法使用全站儀復(fù)核。

5.4 墩身的垂直度測(cè)量

（1）墩身20m以下時(shí)，采用吊垂球與全站儀測(cè)量模板角點(diǎn)結(jié)合校正模板。吊線下垂球重量不應(yīng)小于5kg，且在無風(fēng)天氣進(jìn)行。（2）當(dāng)墩身超過20m時(shí)，采用吊垂球、全站儀平面測(cè)量放樣相結(jié)合控制。（3）全站儀放樣出每節(jié)墩身縱橫向軸線平面，找出本次預(yù)澆筑節(jié)段墩身平面位置，據(jù)此安裝本節(jié)段模板，安裝完成后固定模板。模板調(diào)整完成后，用吊鉛錘的辦法最后校核。

將三種方法結(jié)果進(jìn)行對(duì)比，要求誤差在允許范圍內(nèi)。

5.5 墩身分節(jié)澆筑平面定位

底部實(shí)體段完成作業(yè)后，放樣出其左右圓心以作為永久圓心。在墩頂部放樣出空心墩縱、橫方向的軸線。作業(yè)過程中用GPS測(cè)量墩身的軸線。用全站儀對(duì)棱角的邊線進(jìn)行監(jiān)控測(cè)量，用垂準(zhǔn)儀或5Kg線墜，在作業(yè)平面引出左右圓心，控制其平面尺寸。

模板安裝作業(yè)時(shí)，先校正墩身控制點(diǎn)之間距離，若與設(shè)計(jì)值較為接近，則使用全站儀對(duì)各個(gè)點(diǎn)位進(jìn)行定位，且要求達(dá)到必要精度，當(dāng)模板調(diào)校之后，對(duì)各個(gè)關(guān)鍵控制點(diǎn)之間距離進(jìn)行核準(zhǔn)，保證頂口的定位精度達(dá)標(biāo)、準(zhǔn)確。

6 墩身施工過程控制措施

6.1 溫度差異控制

高溫作業(yè)時(shí)，墩身朝陽面、背陽面間因太陽照射引起的溫度差異較大，墩身會(huì)產(chǎn)生不均勻的膨脹變形，從而使其向著背陽面方向彎曲。這種變化隨著溫度差異的增大而逐漸增大，隨著不斷改變的太陽方位而相應(yīng)變化。

（1）采用噴水降溫控制。通過環(huán)形噴水養(yǎng)生管間斷向墩身噴水，其安裝在模板結(jié)構(gòu)上。（2）日出前后進(jìn)行墩身平面位置和高程測(cè)量，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)控制，采取調(diào)整措施，避免日照造成墩身平面位置偏移和高程的不均勻變化。（3）早七時(shí)左右，沿墩身橫、縱向中心線，將水平尺精確安放在翻模下口，全站儀測(cè)量。將此處的日照時(shí)偏差，作為下步施工部位模板的日照偏差，進(jìn)而在后續(xù)調(diào)整模板中線作業(yè)中消除。（4）墩身實(shí)體段、空心段和頂帽段混凝土作業(yè)時(shí)，應(yīng)特別注意各部位間連接處的混凝土質(zhì)量及外觀。（5）墩身實(shí)體段一次澆筑混凝土體積過大，采取降溫措施降低混凝土水化熱。

6.2 墩身防扭曲

將內(nèi)外側(cè)模板相應(yīng)對(duì)角線的尺寸量取，當(dāng)澆筑混凝土以及抽查復(fù)核之時(shí)，如果發(fā)現(xiàn)情況異常，則立即根據(jù)所量取的數(shù)據(jù)，依據(jù)墩身內(nèi)側(cè)腳手架及底下節(jié)段模板的桁架進(jìn)行模板調(diào)校，用全站儀再次測(cè)量核對(duì)，按照墩身截面的左、右側(cè)圓端以及直線段圓端間的相切部分連接的點(diǎn)位，控制結(jié)構(gòu)尺寸的誤差。

6.3 風(fēng)力、機(jī)械振動(dòng)和施工偏載

薄壁空心墩墩身柔度較大，施工作業(yè)中如果受到機(jī)械振動(dòng)、施工偏載及風(fēng)力的影響，墩柱自身的軸線可能會(huì)出現(xiàn)擺動(dòng)及彎曲。

（1）模板的整體剛度、穩(wěn)定性須滿足施工時(shí)風(fēng)力、機(jī)械振動(dòng)和施工荷載要求，模板安裝后允許變形偏差須控制在規(guī)范范圍之內(nèi)。（2）選用拉桿式平面模板。面板用6mmQ235鋼板，加勁豎肋用間距為25cm～30cm的10#槽鋼，龍骨用雙16#槽鋼，連接邊框?yàn)?6mm鋼板;圓端模板面板用6mmQ235鋼板制作，加勁豎肋為10#槽鋼，橫肋為12#卷槽鋼，連接邊框用16mm鋼板。（3）從四邊均衡下放混凝土澆筑墩身，防止偏壓。

7 結(jié)論及說明

經(jīng)過采取以上措施，在施工完成后對(duì)已施做墩柱進(jìn)行跟蹤監(jiān)測(cè)，得到的平面位置（含平面中心、軸線及直線段、弧線段控制點(diǎn)）偏差為-1mm～9mm，高程偏差為-1～8mm，滿足規(guī)范要求。

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