重载铁路桥梁高墩施工质量控制.pdf

・桥涵工程・重载铁路桥梁高墩施工质量控制郭万辉王海军侯驰（中铁十三局集团第五工程有限公司成都６１０５００）摘要在丘陵山区等地区，重载铁路桥梁常采用大跨高墩的桥梁形式，常见墩柱类型有圆端形实心墩、圆端形空心墩、矩形空心墩等，重载铁路桥梁高墩施工质量控制已是铁路桥梁施工领域的一项重要课题。以神华集团准池铁路大沙沟特大桥为依托，根据其现场高墩施工情况，阐述重载铁路高墩施工质量控制的重点项目及主要质量控制措施。关键词重栽铁路高墩施工质量控制中图分类号Ｕ４４５．５５文献标识码Ｂ——文章编号１００９４５３９（２０１３）增２００４４～０５１引言重载铁路是世界各国铁路货运发展的方向，是解决铁路运输能力紧张的重要举措。我国先后修建了大秦铁路、山西中南部铁路通道等重载铁路，中国神华集团已建的神朔铁路、包神铁路、朔黄铁路及在建的准池铁路均为国家Ｉ级电气化重载铁路。在丘陵、山区、河谷等地区，重载铁路桥梁常采用高墩大跨的结构形式，相比普通桥梁，具有竖向冲击荷载大、横向摇摆力大、墩柱大体积混凝土施工、高桥墩垂直度控制等诸多特点及施工难点。大体积混凝土具有方量大、水化热高、容易产生温度变形等特点，常见于高层楼房基础、大型设备基础、水利大坝、桥梁承台基础等。随着重载铁路的发展，大体积混凝土设计开始出现在高墩结构中，主要为薄壁空心墩的上、下实体段。重载铁路桥梁高墩大体积实体段的施工过程中，主要需解决混凝土水化热产量大、结构内外温差大的等技术难题，是其施工质量控制的难点。垂直度是高墩质量控制要点。高墩在施工过程中分段数量较多，容易产生累积偏位，对模板施工质量要求较高。在高空施工时很难对安装完成的模板进行位置调整，因此在施工过程中控制好模板位置、保证模板垂直度及抵抗变形能力是关键，——收稿日期：２０１３０８１０也是高墩垂直度控制的难点。本文主要阐述针对重载铁路高墩施工的质量控制要点及控制措施。２高墩工程概况２．１工程数量大沙沟特大桥为神华准池铁路重点控制性工程，长１８３４．５８ｍ，全桥５０ｍ以上高墩１８个，最大墩高１０６ｍ（１７＃均ｔ、１８撒），为目前山西省境内铁路桥梁最高墩，５０ｍ以上高墩数量见表１。表１５０ｍ以上高墩数量墩高序号墩位下实体段／ｍ总高／ｍｌ６＃４５３．５２１２＃４６０．５３１３＃４８１．５４１４＃４８９５１５＃４９３６１６＃４９０７１７＃４１０６８１８＃４１０６９１９群４９６１０２０＃４１００ｌｌ２１＃４９２１２２２＃４９２１３２３＃４９２１４２４＃４９０．５１５２５＃４８７１６２６＃４８０１７２７＃１０８３１８２８＃１０５５铁道建筑技术ＲＡＩＬＷＡＹＣＯＮＳＴＲＵＣＴＩＯＮＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹ２０１３（增２ｌ万方数据・桥涵工程・２．２高墩特点及难点大沙沟特大桥高墩施工主要有以下特点及难点：（１）高墩数量多，最大高度达１０６ＩＴＩ，下部实体段厚度最少４ｎｉ，最大１０ｍ，均为大体积混凝土；（２）高墩施工每个节段浇筑６ｍ，最高墩１７＃、１８＃墩浇筑次数达１８次，模板重复利用次数多，易变形，且墩身易产生偏位误差累计；（３）桥梁工点位于大风寒冷地区，环境因素对模板施工影响大，测控难度大，高墩垂直度控制难。３重载铁路高墩施工工艺流程３．１高墩施工工艺本桥高墩截面尺寸大，滑模施工模板自重大，对提升动力要求高，实用性、安全性及经济性均较差；翻模施工使用分块设计减少单块模板的重量，整体背楞加强模板刚度，利用塔吊等外部机械提升模板，施工方便，有利于提高施工效率，因此大沙沟特大桥高墩均采用翻模法施工。高墩翻模施工工艺流程如图１所示。图１高墩翻模施工工艺流程‘３．２高墩大混凝土施工工艺１１重载铁路大体积高墩由于设计截面大，实体段铁道建麓技术ＲＡＩＬＷＡＹＣＯＮＳＴＲＵＣＴＩＯＮＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹ一般为大体积混凝土，如大沙沟特大桥的１７＃、１８＃墩下实体段，长２４ｍ，宽１２ｍ，高度４ｍ，混凝土方量为ｌ５００ｍ３。大体积混凝土在施工过程中要采取芯℃部降温措施，将混凝土芯部与表面温差在２５以内。降温措施采用冷却循环施工工艺，使用妒５ｍｍ铁皮管作为冷却循环水管，按一定间距分层布置在实体段内，进、出水口使用弯管引出实体段外。现场设置一个进水箱及一个出水箱，进水箱储存冷却水，出水箱储存排出的循环水。混凝土浇筑完成后，使用水泵将进水箱中的冷却水从进水口注入冷却循环水管，冷却水在结构内部吸收混凝土水化热，并排出至出水箱，达到混凝土芯部冷却降温的目的。冷却循环过程如图２所示。出水箱进水箱图２冷却循环４施工质量控制措施４．１混凝土配合比设计及原材选用旧１重载铁路桥梁高墩混凝土配合比设计，除应符合设计强度等级、耐久性、稳定性等要求外，尚应符合大体积混凝土施工工艺特征的要求，并应符合合理使用材料、降低混凝土绝热温升值的原则。采用水化热低的普通硅酸盐水泥，再通过掺加适宜的外加剂改善混凝土的性能，有效保证大体积混凝土的施工质量。选用粒径较大，级配良好的粗骨料，抗压强度较高，可减少用水量及水泥用量，以减少水泥水化热，降低混凝土芯部温度。考虑高墩混凝土为泵送浇筑，掺加适量的粉煤灰改善混凝土和易性。按照规范要求，粉煤灰掺量不宜超过水泥用量的４０％，且粉煤灰取代普通硅酸盐水泥不宜超过２０％。２０１３（．ｆＮ２Ｊ万方数据・桥涵工程・高墩截面较大，混凝土输送到浇筑工作面的坍落度要控制在２２０ｍｍ以内，保证分层浇筑时混凝土摊铺质量。４．２大体积混凝土施工质量控制措施重载铁路高墩大体积混凝土施工质量控制主要有２个方面：（１）冷却循环系统施工质量控制；（２）温度监测体系施工质量控制。４．２．１安装冷却循环系统¨Ｊ根据混凝土配合比及方量等参数确定冷却循环管安装间距。大沙沟特大桥高墩实体段冷却管垂直间距为０．７ｍ，水平间距为１．０ｍ，进出水口引出混凝土顶面Ｏ．３ｍ，出水口有调节流量的水阀和测流量设备。冷却管安装见图３。ｏ０ｏｏｂ冷却雷测温布置点ＯＯｄ。ｂｄｏｏｏ。ａ．平面ｂ．正由图３冷却管安装冷却管接头采用橡胶圈密封套筒接头，密封效果较好，转弯处使用９０。的缓冲弯头。布管时冷却管要与墩身主筋错开，当局部管段错开有困难时，要适当移动冷却管的位置。冷却管必须绑扎牢固，防止混凝土浇筑过程中，冷却管变形或接头脱落而发生堵水或漏水。进水箱及出水箱容积要满足可容下满管情况下冷却管内全部水量。冷却管安装完成后，将进水管、出水管，水泵接４６铁道建笥技术通进行通水试验，要求水管畅通且不漏水。４．２．２建立温度监测体系施工单位要建立完善的温度监测制度，在大体积混凝土浇筑完成后指导温度监测工作。（１）温度监测及记录：对每个热电偶进行编号，混凝土浇筑完成后每两小时测量一次温度，记录后绘制温度分布图，分析大体积混凝土状态是否良好，以便调整冷却循环水流速。（２）人员安排：每项工作责任到人，编排测温值班表，每次温度测量后由测量人员填写温度记录表并签名；专人负责汇总温度分布图。（３）建立应急机制：建立完善的应急机制指导紧急状态下现场施工。在监测结果显示混凝土内℃外温差超过２５时，启动应急机制，加大循环水循环速度及供应量；冷却水发生短缺时启动应急机制，组织冷却水供应。冷却管及钢筋安装过程中，按要求位置预埋热电偶。热电偶感应端绑扎牢固在结构内部钢筋上，传输线顺钢筋垂直引出，并绑扎牢固，测量端露出混凝土浇筑面３０ｉ］ｍ，并使用胶带密封，防止混凝土浇筑过程中污染损坏。｝昆凝土分层浇筑，浇筑前测量环境温度，每层混凝土测量人模温度。最后一层混凝土人模振捣完毕后，开始记录各测温设备温度值，同时同步监控水流的各进出水管温度。４．２．３循环水冷却管压浆混凝土循环降温养护结束后，使用混凝土等强水泥净浆对冷却管进行压浆。用空压机吹尽管道—内杂物及积水后，以０．５０．６ＭＰａ的压力进行压浆施工，使管道内浆体饱满密实。４．３重载铁路高墩垂直度控制措施４．３．１根据高墩特点设计翻模高墩的翻模设计形式直接影响施工效率及高墩垂直度控制质量。重载铁路大截面高墩的翻模设计主要应注意：（１）坡比设计，直接反映模板坡度；（２）连接方式，控制模板坡度调整难度；（３）整体刚度，控制模板变形量。大沙沟特大桥５０ｍ以上高墩均为矩形空心墩，ＲＡＩＬＷＡＹＣＯＮＳＴＲＵＣＴＩＯＮＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹ２０１３Ｉ增２ｌ万方数据・桥涵工程・外坡比３５：ｌ，内坡比７０：ｌ，１２＃、１３＃、１７＃、１８舟有变坡，下部３０ｍ线路两侧外坡比５：ｌ，内坡比８：ｌ。结合墩身设计参数，所有模板设计坡比与墩身坡比相同，变坡部分单独设计模板。模板主要侧面压力按照Ｐ。、＝４．６ｖｘ计算，式中，秽为混凝土的浇筑速度（ｍ／ｈ）。内外模板对拉杆采用（Ｉ）３２精轧螺纹钢，对＾，拉杆数量按照Ａ。＝号，式中，Ａ。为对拉杆总截面积，ｊⅣ为模板侧面荷载，厂为（１）３２精轧螺纹钢抗拉强度设计值。：３３上下层模板设计为法兰盘连接，施工过程中发生模板垂直度与设计不符的情况时，可根据实际情况在上下法兰盘之间夹人楔形钢夹片，使模板垂直度与墩身相同。不同坡比模板设计见图４。图４不同坡比模板设计（侧视）采用分离式大背楞设计。分离式大背楞设计即将背楞与模板分离，模板安装完成后再使用背楞加固（见图５）。此设计可减少每块模板的单重，方便施工；墩身每面均使用通长背楞，整体刚度大，还能减少模板错台；根据不同部位模板荷载安装不同规格的背楞，施工更灵活，安全系数高。图５分离式大背楞安装铁道建筑技术ＲＡ『ＬＷＡｙＣＯ～Ｓ丁ＲＵＣ丁『ｏ～丁ＥＣＨ￣ｏＬＯＧＹ４．３．２严格控制模板施工质量安装前将模板表面打磨光滑，表面平整度控制在３ｍｍ以内，在表面均匀涂刷隔离层。模板隔离层一般有涂刷模板漆和涂刷混合隔离剂两种。高墩翻模安装时使用塔吊吊装模板，每层模板闭合后再安装分离式大背楞。安装过程中根据每层模板位置计算其垂直度，使用铅垂或激光垂球仪量测每层模板垂直度，指导施工；尺量检查模板安装质量，距离中心线尺寸偏差控制在１０ｍｍ以内，相邻模板错台不得大于１ｍｍ，空心墩壁厚不得大于３ｍｍ，中心线位置偏移不得大于５ｍｍ一１。模板位置确定后立即安装连接螺栓及对拉杆。对拉杆长度露出模板外５０ｅｍ，保证螺母及背楞安装空间足够。混凝土浇筑过程中必须有专人检查模板连接螺栓及对拉杆有无松懈、变形，发现问题及时处理。４．３．３合理选择高墩垂直度测控方法怕ｏ（１）测控方法大沙沟特大桥高墩均为薄壁空心墩，施工过程“中翻模次数多，立模偏移误差大，高空施工使用全”站仪三维坐标法测量容易出现棱镜死角，因此采“”“”用全站仪三维坐标法与ＧＰＳ定位系统双控施测。（２）模板偏移控制对于模板的偏移控制，要重在预防，在施工过程中，要对每一层模板进行垂直度检查，铅垂检测的具体方法是在墩身的四边外模两端位置采用钢丝或细绳吊挂垂球，释放锤球至与上次浇筑墩身的接缝相接触，测量锤球长度及探出墩身的水平距离，与墩身坡度反算出的理论水平距离相比较，即可得知墩身垂直度的偏差情况。立模过程要加强控制，严格按照施工工序施工，勤量测，多观察，确保立模各部位净空尺寸、位置准确。严格控制模板拼装和支撑系统，在对内外模进行支撑时，对于倾斜的支撑杆和拉筋，应立即调正或更换，确保模板接缝严密，浇筑时混凝土不漏浆。注意混凝土浇筑顺序，混凝土浇筑时注意混凝土人模的顺序，均匀布料，所以浇筑顺２０１３ｆ增２Ｊ４７圄一万方数据・桥涵工程・序应注意调整，确保浇筑过程中模板不产生过大变形。严格控制拆模时间，高性能混凝土早期强度上升较慢，因此要严格控制拆模时间，加强养护力度。若立模完毕后出现较大偏移，必须及时调整。模板出现偏差是必然的，高墩对垂直度要求非常严格，出现偏差要及时纠正。对于１０ｍｍ以下的偏移或扭转，可采用变换混凝土浇筑方向的方法进行逐步的纠正，即先浇筑偏移反向一边的混凝土，后浇筑偏移方向一边的混凝土；对于模板的扭转，应采取反方向浇筑混凝土的方法予以纠正。即依靠混凝土的自重对模板体系的压力逐渐消除偏差。对于１０ｍｍ以上的偏移或扭转，可利用倒链、撑杆、借助外力横拉纠偏等方法纠偏。纠偏应坚持有偏即纠的原则，杜绝偏差的出现。４．４控制高墩混凝土浇筑质量旧Ｊ混凝土前，对接触面进行凿毛处理并充分湿润，但不得有积水。凿毛后露出的新鲜混凝土面积不低于总面积的７５％。高墩混凝土泵送入模，人模温度不宜高于℃３０，冬期施工时，混凝土的人模温度不宜低于℃℃１０，不得低于５。新浇筑混凝土人模温度与已℃硬化混凝土表面温度的温差不得大于１５，已硬化℃混凝土表面温度不得低于２。高墩混凝土施工时坍落度宜控制在１６０～２００ｍｍ，不得大于２２０ｍｍ。出机混凝土检查有无砂子结块、泥块、大块碎石等杂物，发现后立即清理。泵车进料斗设置５ｃｍ过滤筛，防止杂物进入泵管。根据高墩截面尺寸布置混凝土浇筑串筒，使混凝土人模时自由倾落高度不得大于２ｍ，防止混凝土离析。以大沙沟特大桥为例，每个节段浇筑６ＩＴＩ，则串筒应深入模板至少４ｍ，保证混凝土自由坠落高度在２ｍ以内。薄壁空心墩串筒布置如图６所示。混凝土分层浇筑，使用插入式振捣棒振捣，每层混凝土厚度应不超过振动棒的１．２５倍；在振捣上一层时，应插入下层中５～１０ｅｍ，以消除两层之间的接缝，同时在振捣上层混凝土时，要在下层混凝土初凝之前进行。振捣过程中应有专人检查模板螺栓紧固程度，检查钢筋保护层及预埋件位置是否变化，若有异常及时调整。ＰＶ图６薄壁空心墩串简布置５总结相比普通桥梁墩柱，重载铁路高墩最大特点就是截面大，混凝土方量大，因此其施工质量控制要“”点为大体积混凝土施工；另外高墩高的特点成为了其线形控制、垂直度控制的难点。因此本文的阐述要点为高墩的大体积混凝土施工质量控制及高墩垂直度控制，其他质量控制措施如钢筋施工、混凝土养护、冬雨季施工等方面无突出特点，未作赘述。参考文献［１］董国桢．大体积混凝土温度裂缝分析及控制技术［Ｊ］．公路交通科技，２０１０（３）：１１３一１１６．［２］中铁三局集团有限公司．ＴＢ—１０４２４２０１０铁路｝昆凝土工程施工质量验收标准［Ｓ］．北京：中国铁道出版—社．２０１Ｉ：２３２５．［３］周水兴，何兆益，邹毅松．路桥施工计算手册［Ｍ］．北—京：人民交通出版社，２００１：１７２２０７．［４］中铁三局集团有限公司．ＴＢ—１０４１５２００３铁路桥涵工程施工质量验收标准［Ｓ］．北京：中国铁道出版社，—２００４：７１７５．［５］刘宏选，王再清．１４３．５ｍ高墩垂直度控制测量技术—［Ｊ］．铁道勘察，２００４（６）：５７５８．［６］黄智丰，罗华连，张庆红．大体积混凝土的浇筑施工—［Ｊ］．广西大学学报：自然科学版，２００８（１）：５８６０．４８铁道建篦技术ＲＡＩＬＷＡＹＣＯＮＳＴＲＵＣＴＩＯＮＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹ２０１３ｆ增２Ｊ万方数据