大承台薄壁高墩桥关键施工技术研究

2015-01-03雷宇

科学中国人 2015年29期

关键词：高墩薄壁水化

雷宇

南水北调中线建管局河北分局

大承台薄壁高墩桥关键施工技术研究

雷宇

南水北调中线建管局河北分局

具有大体积承台和薄壁高墩结构的桥梁，其施工控制重点在于大体积承台、薄壁空心结构的混凝土施工和高墩定位。大体积混凝土浇筑，可采取优化混凝土配合比降低水化热，在混凝土内部预埋冷却水管强制降温，在混凝土表面加设防裂钢筋网等措施，有效防止施工裂缝的产生。薄壁空心墩混凝土浇筑，可通过原材料的选取、配合比的设计优化、泵送混凝土的施工工艺等，确保混凝土工程质量。高墩定位，可通过测量仪器对高墩的位置、高程、垂直度进行测量控制，及时检测，保证满足规范要求。

大承台；薄壁空心；高墩；施工技术

引言

具备大体积承台和薄壁高墩结构的桥梁，其工重点及难点是控制裂缝的产生。由于混凝土温度变化产生变形受到混凝土内部和外部的约束影响，产生较大应力，尤其是拉应力，是导致混凝土产生裂缝的主要原因。为避免混凝土出现裂缝，不影响结构的受力和正常的使用，必须采取可靠措施防止内外出现过大温差，对混凝土温度变化加以控制，严格控制裂缝出现。高墩桥对桥墩的垂直度和偏位要求较高，施工过程中要严格控制，防止出现失稳情况。

因此，在具备大体积承台和薄壁高墩结构特点的桥梁施工中，大体积承台混凝土施工、薄壁空心墩施工是施工中的重点和难点。对上述关键施工技术进行研究，可以为今后类似桥梁的设计、施工、监控提供宝贵的施工经验，并对大跨径桥梁的发展及沟壑地区选择合理的桥型有现实意义。

1.大体积承台混凝土施工技术研究

1.1混凝土配合比优化

承台混凝土配合比设计必须考虑降低水化热，减小混凝土的内部升温。因此必须采用相应措施，优化施工配合比，控制混凝土初期和最终的发热量。

通过一系列混凝土配合比优化实验，成果表明承台混凝土配合比设计应遵循以下几个原则：

（1）选用水化热低、凝结时间长的水泥，以降低混凝土的温度。

（2）掺加粉煤灰降低水化热产生的高温峰值，同时可改善混凝土的和易性及提高泵送性，同时延缓水泥凝结时间；掺加高效减水剂，以减少水和水泥的用量，缓凝时间为8—12小时，延长混凝土达到最高温度的时间，降低水泥水化热峰值。

（3）控制砂、石的含泥量，施工石子含泥量控制在1%之内，吸水率不应大于1.5%，所含泥土不得呈块状或包裹石子表面，砂的含泥量控制在2%以内，以免增加混凝土收缩和降低混凝土的抗拉强度。

（4）尽量减少单位体积混凝土的用水量，严格控制水灰比，采用低流动性混凝土。

1.2.大体积混凝土温度控制及监测

1.2.1温度控制及监测系统设计

在混凝土中预埋水管，利用管中的循环冷水的流动来带走混凝土内部产生的水化热，防止混凝土内外温差过大，减少由于温度变形产生的拉应力大于混凝土的抗拉应力时产生的裂缝，温度控制系统如图1所示。

冷却管可采用Φ50×2.5mm的焊接钢管，接头采用焊接，拐角处采用弯头。安装完毕后，进行试通水，检查管路通水正常方可进行下一道工序。

温度实时监测系统安装布置见图2。测温管在钢筋及冷却管安装完毕后安装，安装时将测温管安装固定在设计位置，保证位置准确、牢固。

图1 大体积混凝土承台冷却管温度控制系统设置示意图

图2 大体积混凝土承台温度实时监测系统设置示意图

1.2.2温控实时监测方案

（1）监测内容

出机温度、入模温度、浇筑温度、混凝土块体升降温、里外温差、降温速度及环境温度。

（2）测温点布置原则

测温点布置必须具有代表性，能全面反映大体积混凝土各部位的温度，应考虑大体积混凝土全断面包括中心和上表面、下表面；全平面包括中部和边角区。

（3）温度监测制度

①混凝土浇筑期间，每一小时测读一次；

②混凝土浇筑后三天，每一小时测读一次；

③三天－六天，每二小时测读一次；

④六天－十天，每四小时测读一次；

⑤十天－十二天，每十二小时测读一次；

⑥十二天－二十八天，每十二小时测读一次；

监测期间观察温差变化趋势和降温情况，当可开始撤除养护层时即可停止监测。

（4）温控指标

根据《公路桥涵施工技术规范》（JTJ041-2000）中有关大体积混凝土施工的有关要求，制定如下温控指标：

①混凝土里外温差≤25℃，超过25℃时报警；

②混凝土降温速度≤2.5℃/天，超过2.5℃/天时报警；

③混凝土浇筑温度≥28℃时，应按照规范要求，加强温控监测，包括温升速度及观察保温效果。

2.薄壁空心墩施工技术研究

2.1泵送混凝土配合比优化及施工工艺

考虑到墩柱施工垂直高度、水平距离、夏季施工气温高以及泵送等诸多影响因素，混凝土配合比优化时必须考虑降低水化热，减小混凝土的内部升温，减小混凝土坍落度损失，提高混凝土泵送能力等。实验研究表明，泵送混凝土配合比设计应遵循以下几个原则：

①选用水化热低、凝结时间长的P.O52.5水泥，R28天强度为61.6Mpa。

②选用大减水、高保坍和高增强的聚羧酸高性能减水剂。

③粗骨料：采用4.75-26.5mm连续级配碎石。

通过减少水泥用量，增加了粉煤灰、矿渣粉和外加剂的用量来优化配合比。这些优化在满足强度的要求下，有效减少水泥用量，降低水化热，减少坍落度损失，满足施工要求并防止混凝土裂纹的产生，保证施工质量。

新拌混凝土的温度，对混凝土坍落度损失影响也很大，一般讲新拌混凝土的温度越高，坍落度损失越快。为避免集料被日光暴晒，在混凝土运输车上复盖隔热材料，覆盖泵管和浇水等措施，降低混凝土温度，减少混凝土坍落度损失。

在混凝土运输和操作中减少时间耽搁，尽量使混凝土的温度保持在10～30℃范围之内，控制水泥水化放热，并掺适量的抑制坍落度损失的外加剂及优选各种原材料来调节它们之间的适应性，从而在一定时间范围内，控制混凝土坍落度的损失。

2.2高墩翻模垂直度控制测量

如果高墩的墩身由于施工的原因而出现了偏斜、弯曲等几何缺陷，将会使结构的稳定性大大下降，甚至产生整体失稳的严重后果。在施工中只有严格控制墩身的垂直度，才能使结构的稳定得到根本的保证。由于采用翻模施工，高墩仰角过大和施工平台四周设有吊架和安全网，不能通视，常规的测量方法无法采用。可选用激光垂准仪和全站仪相结合的方法控制墩身垂直度。

2.2.1控制标准及控制网的布设

（1）控制标准

根据《公路桥涵施工技术规范JTJ041-2000》和《公路工程质量检验评定标准JTG F80/1-2004》，整个墩身竖直度(坡比)允许偏差3‰H、且不大于20 mm；节段间错台不大于3 mm；轴线偏位在10mm以内；断面尺寸在正负15mm范围内。

（2）控制网的布设

根据施工现场交桩情况，结合具体地形及通视条件，对全桥进行导线布控，控制网按现行《工程测量规范》中四等三角网导线测设。

激光垂准仪主要技术参数为：激光束向上下对中一测回垂准测量标准偏差1／45000，激光有效射程白天≥100m，夜间t>250 m。

2.2.2全站仪检查模板

（1）全站仪检查模板顶面的4个角点。置棱镜于模板上口角点上，测出实测坐标，求出△x、△y值，根据视线与纵横桥向的轴线夹角，把测量结果换算成纵横向偏差值，依标准判定模板安装是否符合要求。

图3 控制点平面布置

（2）对照全站仪、激光垂准仪的检查结果，如果两者检查结果相符，则可以认定模板安装符合要求，可以进入下道工序施工，若两者差值超过2mm则分别重新检查。

2.2.3激光垂准仪检查模板4个角点

（1）对中点的设置：在承台顶面设置激光垂准仪对中点。在薄壁空心墩四周沿纵横方向距墩身50 cm，100cm设置8个点(定为50cm,100cm是避免施工平台遮挡视线)，该8个点应该稳固清晰，且不受扰动，如图3。

（2）在翻模平台顶面人行步板上对应位置切割一个20 cm×20 cm的方洞(网格激光靶尺寸为20cm×20cm)，并把激光靶安装于此洞上。

（3）在承台上架立三角架，安装激光垂准仪，打开向下发射激光束按钮，对中后精确调平激光垂准仪。关闭向下发射按钮，打开向上发射激光束按钮，调节物镜的焦距，使激光束在靶标上形成一个直径1 mm的光点，在靶标表面光点中间做标记，任意水平方向转动激光垂准仪，调整激光垂准仪，直至光点中心的偏差不超过1 mm，此时激光束竖直线即为该控制点的垂直方向线。如图4。

理论上AB、CD点的距离L理论为：L理论＝墩身高×（1/70）＋H。

（4）站在施工吊架上，沿两台仪器在激光靶上的激光束连接线为方向（AC线）拉钢卷尺到模板内边缘，扶平激光靶，使激光靶平面与模板顶处于同一水平面，量测激光束与模板内边缘距离并记录。得到AB、CD两点的实际距离L实际，用激光垂准仪测得偏差就为ΔL=L理论-L实际。

（5）同样的方法，当激光垂准仪设在不同的方位时，可以测得墩身前后或左右的偏差。依据标准判定模板4个角点平面位置是否合格，若有一个点偏差值超过标准，则需重新调整模板，重新检查。