探究高墩施工技术在高速公路桥梁施工中的应用

李君

山西路桥建设集团有限公司公路工程总承包分公司 山西太原 030000

我国相关规范中将高墩施工定义为墩顶设计标高至承台或底部系梁标高之差H超过15m的施工技术。其中H大于等于15m，小于25m的为一般高墩施工；H大于等于25m，小于35m的为较高墩施工；H不低于35m的为超高墩施工。相对于普通桥墩施工来说，高墩施工周期较长、定位控制精度要求较高、施工工艺操作流程复杂，并且需要大规模机械设备的投入，再加上危险性较高、施工技术标准严格，如果施工过程中技术方法选择不合理、定位控制不科学、施工监控不到位，便会影响高速公路桥梁主体结构的稳定性、安全性与耐久性，为高速公路桥梁后续通行使用埋下安全隐患。为此，需把握高速公路桥梁施工中高墩施工技术特点，选择适宜技术提升工程整体质量，并将施工质量控制贯穿于施工全过程中。

1 高速公路桥梁施工中高墩施工技术特点

高速公路桥梁施工中高墩施工关系到整体结构的稳定性与安全性，应当予以高度重视，切实把握其施工特点，以此控制施工质量，保证高墩施工满足设计要求。

1.1 施工周期长

高速公路桥梁施工中，高墩设计高度超过15m，部分桥墩高度达100m以上，相当于五十层建筑，高墩总重量超过12万吨，再加上主梁自重，在不通车情况下高墩底部需要承受超过15万吨的压力,对高墩基础部分应力、结构强度等有着较高的要求。因此在高墩施工前需要花费大量时间进行地质勘察，了解施工现场周边水文环境、地质特点、地形地貌特征等，以此作为施工方案组织的依据。与此同时，施工前需要借助全站仪、经纬仪等进行精准定位，确定各高墩具体位置及精确的三维坐标，在此方面也需要消耗大量时间。此外，就高墩浇筑而言，因其高度较大，为保证施工质量每次浇筑的高度不宜超过6m，对于高度几十米的高墩而言，需进行多次浇筑施工，每一次浇筑后需等待混凝土达到一定强度后进行上层浇筑，再加上机械设备组织、验收后的施工调整等，高速公路桥梁施工中高墩施工周期较长[1]。

1.2 施工技术标准严格

高速公路桥梁是我国交通运输体系内的重要组成部分，在我国社会经济发展、区域间文化交流中扮演着不可或缺的角色。近年来，我国交通基础设施逐渐完善，公路桥梁建设水平已经达到一定高度。但人们对快捷高效交通设施的需求与日俱增，高速公路桥梁工程若想满足人们的交通出行需求便需要穿越自然条件恶劣、地质条件较差的地区，致使高速公路桥梁跨度逐渐加大，在跨越峡谷地区时需要应用高墩施工技术克服复杂多变的施工环境。桥墩是高速公路桥梁的主体结构部分，承担着交通荷载与桥梁自重，因此对高墩结构形式、高墩应力、高墩施工技术水平等有着严苛要求。

1.3 定位控制精度要求高

高速公路桥梁高墩高度加大，所承受的外部及内部应力较为复杂，若想保证高墩施工质量及安全性，一方面需要对施工技术进行严格把关，另一方面则需要根据外界环境、地质条件、通行需求、结构形式等尽量减小高墩截面，这就需要借助科学有效的技术措施保证高墩轴线、竖直桥梁的定位精度，在高墩施工前做好测量放线工作。

1.4 设备及模板需求量大

高速公路桥梁施工中高墩施工工序复杂，包括大体积混凝土浇筑、液压爬模施工、挂篮施工、钢绞线预应力张拉施工等，不同工序需要不同形式的机械设备组织，所需的设备类型较多、设备体量较大，如果在施工过程中机械设备组织不合理、机械设备性能不能满足施工要求，不仅会降低施工效率，还有可能诱发安全事故。

2 高墩施工技术在高速公路桥梁施工中的应用

2.1 大体积混凝土施工技术

高速公路桥梁高墩施工中，大体积混凝土施工技术一般应用于承台建设中。混凝土材料具有自缩性，在施工初期会因混凝土材料内部水热化反应引发温度裂缝，对结构耐久性、透水性等产生不良影响。为此，建议选择低水热化较低的普通硅酸盐水泥，入模温度控制在10℃，地基周边固定温度控制为15℃。为进一步提升大体积混凝土承台施工质量，建议在混凝土材料内添加减水剂、缓水剂等外加剂以降低水的用量，同时对粗细骨料进行加水、加冰降温，尽量减少混凝土材料运输时间，以此控制混凝土入模温度。此外，加强冷却系统控制，选择直径为60mm的冷却管，采用上下交错的冷却管布置方法，将冷却管之间的距离控制为60cm，用温度较低的净水通水降温7d，并且在出水口部分进行洒水，以此缩小混凝土承台表面及内部温度差。最后，在承台表面铺设钢筋网片防止产生温度裂缝，采用分层浇筑方法并注重温度监测[2]。

2.2 液压自爬模施工技术

液压自爬模是以自身配置的液压顶升装置为动力来源的自动爬升模板体系，兼具起重及模板组装作用，且操作便捷、爬升速度快、安全性强。在施工前需要根据实际需求选择液压自爬模主要性能参数，通常情况下平台层数为6；自升装置额定提升荷载≥100KN；阶段浇筑高度不超过6m；提升速度≥0.2m/min；倾斜角度为15°。主要参数选择完成后需要把握以下液压自爬模施工技术要点：①以芯带连接模板，如果模板与模板之间不能直接连接，需要在模板之间增加拼缝模板。如墩身为矩形，阳角处模板应通过斜拉杆控制，在角部模板位置贴海绵条，可以有效避免角部模板膨胀漏浆。②拼装平台，在模板正面打自攻螺丝，将平台高度控制在200至400mm范围之内，可以采用“工”字钢或槽钢搭设平台。平台拼装完成后对其位置及质量进行检验，要求平台牢固安全，各构件平行且处于同一水平面，并且对角线长度一致。③严格按照施工图纸进行模板拼装。首先在平台上放置背楞，保证形成的长方形对角线长度一致，画好定位线、拉准对角线后以螺栓固定背楞、铺设面板，在接缝处涂抹玻璃胶保证拼缝紧凑，重复上述步骤完成模板拼装。

2.3 高墩线形控制技术

当前我国高速公路桥梁以空心薄壁高墩为主，施工节段数量较多，空心薄壁高墩薄壁柔性大，在风荷载、外荷载、温度荷载的共同作用下加大了高墩垂直度控制难度。不仅如此，高速公路桥梁高墩包含变截面节段，再加上大量特种设备的使用，导致模板爬升施工危险性较高、施工难度较大。为此，需要加强高墩线形控制、提升施工质量水平。首先，采用高精度全站仪+激光垂准仪方法进行高墩垂直度控制，在第二节及以上墩身模板施工之前借助全站仪确定施工放样控制点，模板安装完成后再次借助全站仪复核四个角点及轴线点，其余各段按照此种方式进行测量放样。同时，将墩身横纵轴线外延0.5m的四个轴线中心预埋钢板作为激光垂准仪测量控制点，依次测量墩身四角偏差值、校核模板位置[3]。其次，测量不同时间段内顺桥向风速、温度，计算温度及风速影响下的高墩墩顶偏位，结合设计标准及技术规范合理确定施工时间，夏季一般以上午6:00至9:30，下午17:30至20:00为宜，以此避免风荷载及温度荷载对高墩施工产生不良影响。再次，为增强高墩刚度，保证第一节混凝土不偏移，建议在墩身内设置柔性骨架，在变截面位置处增设连系梁，并且在墩身四角处焊接定位筋。最后，采用对称分层浇筑施工工艺，每层浇筑厚度不超过30cm，可以保证模板受力均匀。

2.4 高空托架施工技术

高速公路桥梁施工中高墩施工涉及到高空作业，危险性较大，且对工作平台坚固性、稳定性有着较高的要求。为此，建议合理设计并选择高空支撑体系与预压方案。高空托架包括混凝土构件托架、边跨现浇段托架。其中混凝土构件托架需按照由下到上对称安装原则，根据钢筋混凝土自重、托架自重、混凝土浇筑高度等确定托架的刚度与强度。与此同时，重视托架预压。托架预压能够保证托架在施工中绝对安全，消除托架非弹性变形值，并且能够为施工监控提供依据。托架预压方法为：将钢筋按照混凝土分布情况进行堆载，采用分级加载方式，当总荷载达到120%后持续加载24h，每完成一级加载、卸载进行一次测量。边跨现浇梁托架设计验算与混凝土构件托架类似，但需要考虑活载计算，即按照计算恒载时各阶段划分的区域计算出作用在底模各纵梁的人群与施工线荷载，以此保证边跨现浇梁托架刚度与强度符合设计要求。边跨现浇梁托架预压同样采用分级加载方式，第一级加载50%，第二级加载至100%，第三级加载至120%，每完成一级加载进行一次测量，全部加载完成后12h对所有测量点进行测量[4]。

2.5 钢绞线预应力智能张拉技术

工程资料表明，相当一部分预应力桥梁质量隐患源于钢绞线预应力张拉施工操作不规范、质量控制不到位。传统钢绞线预应力张拉施工技术难以实现同步精度控制，若张拉时间不足、施工方法不正确，将会导致预应力筋回筋、锚具损坏，不仅会对整体施工质量造成不良影响，而且会导致材料过度消耗、加大施工成本。为此，建议在高速公路桥梁高墩施工中应用钢绞线预应力智能张拉施工技术。首先以专用油泵、千斤顶、智能操控系统、远程接受系统、预警系统等构成智能张拉设备。其次，在不影响现场施工、无阳光直射且能直接观察梁板两端的位置布置张拉控制站，请专业技术人员连接三相四电、油管，安装好位移传感器。最后，以应力为核心控制指标，在系统内输入伸长量、张拉时间等参数，张拉施工准备工作完成后启动设备进行第一次张拉，密切关注压力值、位移值，如有异常现象则立即暂停张拉进行检查与调整。张拉结束后设备自动退顶并进入下一道张拉施工工序，相关操作人员再次检查锚具、千斤顶等，检查无误后开启设备进行第二次张拉。相对于传统张拉施工技术来说，智能张拉精度可达±1%，同步精度可达±2%，并且具有可缓慢卸载、排除人为因素干扰、保障人员安全、便于质量管理、降低人工成本等显著优势。

3 高速公路桥梁施工中高墩施工监控措施

高速公路桥梁施工中高墩施工质量受外界因素影响较大，如桥墩在日光不均匀照射后，因混凝土材料导热性能较差，混凝土温度从照射面到背照面会形成温度梯度，导致混凝土在温度梯度影响下产生膨胀差异变化，可能诱发混凝土裂缝、强度不足等质量缺陷；再如受到地质条件、土质特点等各类因素的共同影响，桥梁高墩四个角点沉降差较大，可能导致高墩主体结构受损，影响高速公路桥梁后续通行的安全性与稳定性。为此，需要高度重视高速公路桥梁中高墩施工监控。首先，分别在冬天较暖、夏季最热的一天对高墩温度进行全天测量，结合混凝土热传导系数、比热容等热力学参数构建高墩温度模型，通过调整综合气温、外界气温、太阳辐射强度等参数计算出不同日照温差下高墩结构的温度应力与变形，以此为依据确定施工时间，保证墩顶位移与墩身变形在规范容许值之内[5]。其次，借助全站仪在墩顶、墩中间、墩底三个部分确定墩身变位测量点，每一个位置对称布置两个测点。

4 结语

综上所述，高速公路桥梁施工中高墩施工具有周期长、施工技术标准严格、定位控制精度要求高、设备及模板用量大的特点。伴随着我国高速公路桥梁数量规模的扩大，其高墩施工技术水平也迈上了新的台阶，在实际施工中需要结合工程实际需求、施工环境及条件等合理选择大体积混凝土施工技术、液压自爬模施工技术、高墩线形控制技术、高空托架施工技术、钢绞线预应力张拉施工技术等，并且重视墩顶变位、墩身垂直度、墩底应力监测，以此保证高墩施工质量。