韩家店Ⅰ号特大桥几个关键施工技术

韩家店Ⅰ号特大桥几个关键施工技术（中铁二十局集团四公司周玉兵）摘要：随着我国高速公路的发展和桥梁设计与施工技术水平的提高，越来越多的大跨高墩连续刚构桥被广泛应用于交通建设。本文以韩家店Ⅰ号特大桥为实例，介绍承台大体积混凝土的施工、双薄壁高墩的施工以及大体积0#块托架的设计及施工等几个关键施工技术。另由于该桥还未施工完成，因此如超长预应力束的施工、梁的线形控制与应力控制技术在此就不涉及。关键词：大体积混凝土承台薄壁高墩托架1工程概况崇溪河至遵义高速公路韩家店1号特大桥是一座整幅式预应力混凝土连续刚构桥。该桥上部结构为（8×30+122+210+122）m连续刚构，桥全长707.21m。主桥梁部为整幅式单箱单室结构，顶板宽22.5m，底板宽11m，外翼缘板悬臂长5.75m，梁高由0号块处的12.5m以半立方抛物线形式从根部过渡到跨中的3.5m。主墩为双薄壁墩，薄壁厚2.5m，宽12.6m，两薄壁间净距7m，9#、10#两主墩墩高分别为74m与64m。主墩基础均为16根直径为2.3米的挖孔桩基础，承台尺寸为18.7m×18.7m×6m，混凝土数量为2098m3。2承台大体积混凝土浇筑两主墩承台尺寸为18.7m×18.7m×6m，体积大，钢筋多（每个承台多达124t）。另薄壁墩身主筋伸入承台2m，加上外部预留的连接段，每个承台预埋的墩身钢筋多达30多吨，该部分钢筋的支撑需要大量钢材。为节约支撑钢材及减少混凝土一次浇筑数量，因此将承台混凝土分成两次浇筑。第一次浇至墩身预埋钢筋底部，高度4米，第二次浇筑剩余2米。承台第一次浇筑高度4米，混凝土数量为1398m3，混凝土施工时采PDF文件使用pdfFactoryPro试用版本创建取分层浇筑。但由于承台面积大（350m2），按每层0.3m分层浇筑，则每层浇筑混凝土数量都达到105m3，因此施工时应严格控制混凝土生产能力、混凝土浇筑速度、布料形式以及混凝土的初凝时间，以杜绝混凝土施工时产生施工冷缝。为避免混凝土施工冷缝的产生，因此在每次承台混凝土施工时，均采用两台HZS60型拌合站进行混凝土生产，三台三一60型输送泵输送入仓，混凝土运输一台拌合站混凝土直接进入输送泵输送，另一台拌合站混凝土采用三台6m3混凝土运输车运送。另在混凝土配合比中掺入高效缓凝减水剂，使混凝土的初凝时间能保证其浇筑速度。每个承台混凝土数量为2098m3，第一次浇筑4m高其数量也达1398m3，属于大体积混凝土浇筑。大体积混凝土的浇筑关键问题在于如何防止因混凝土水化热集中释放，致使混凝土内外温差过大，造成混凝土开裂。混凝土裂缝产生主要是由表面干缩或有较大变形时受到体内外的各种约束而引起，与混凝土的内外温差、约束条件、自身抗裂性能、降温速率、弹性模量以及湿度有关。因此大体积混凝土浇筑时要对混凝土进行严格的温度控制，以防混凝土产生过大的温度应力从而使混凝土产生温度裂缝。温度控制主要内容有：⑴降低混凝土的最高温度和最大温升；⑵降低混凝土内的温度梯度，使温度分布和温降尽量均匀；⑶使混凝土内部温度变化按照预想目标发展。承台大体积混凝土浇筑防裂及温控措施PDF文件使用pdfFactoryPro试用版本创建合理选择原材料，优化混凝土配合比。在混凝土配合比设计时，选用粒径大，级配好的粗骨料，并掺加粉煤灰和高效缓凝减水剂，降低水灰比，控制坍落度，减少水泥用量，降低水化热，增强混凝土的抗裂能力。混凝土结构内部埋设循环水冷却管，通过冷却水循环，降低混凝土内部温度，减小内表温差。⑴冷却水管埋设。冷却循环水管采用φ60mm薄壁钢管，进水管口设在承台一侧中心线，出水管口设在另一侧两边沿。每层水管水平布置，层距为1米，共设5层，布置时严格按照设计要求布置。⑵冷却水管安装时，要以钢筋骨架和支撑桁架固定牢靠，以防混凝土灌筑时水管变形及脱落而发生堵水和漏水，并做通水试验。⑶每层循环水管被混凝土覆盖并振捣完毕，即可在该层水管内通水。循环冷却水的流量可控制在1.2～1.5m3/h，并使进、出水的温差不大于6℃。⑷冷却水管使用完毕，需压注水泥浆封闭。2.5.3降低混凝土入模温度。承台大体积混凝土浇筑时，尽量选择在气温较低的阴天或小雨天进行。拌合混凝土用水，采用河底深水井的水，其水温较低。并用该水不段冲洗砂石料，以降低其温度，从而降低混凝土入模温度。2.5.4在混凝土中掺加片石。片石选用强度高整体性好的大块石料，片石在掺加前，先用凉水冲洗降温，这既可让其吸收混凝土的部分热量，还可减少混凝土的数量，从而减少混凝土水化热。2.5.5加强施工中温度控制。在混凝土中预埋温度传感器，对混凝土内部温度及外部温度进行全过程监测，通过调节措施把混凝土内外温差控制在25℃以内。PDF文件使用pdfFactoryPro试用版本创建混凝土养护大体积混凝土的裂缝，特别是表面裂缝，主要是由于内外温差过大产生的。浇筑后，水泥水化使混凝土温度升高，表面易散热温度较低，内部不易散热温度较高，相对地表面收缩内部膨胀，表面收缩受内部约束产生拉应力。通常这种拉应力较小，不至于超过混凝土抗拉强度而产生裂缝。但由于混凝土外部受太阳曝晒、雨水、冷空气等的袭击，也会使表面升降温差较大。因此，养护是防止混凝土开裂的关键。混凝土浇筑完毕后必须用草袋覆盖，加强保湿。保湿养护，延缓降温速率，养护期间不得中断冷却水的供应，要加强施工中的温度监测和管理，及时调整养护措施。混凝土拆模时，内外温差应小于20℃。3薄壁高墩翻模施工韩家店Ⅰ号特大桥主墩9#、10#墩为双薄壁墩，两薄壁厚为2.5米，宽为12.6米，两薄壁间净距7米。9#墩墩高73.661米，10#墩墩高63.991米，9#、10#墩两薄壁间均设有两道10m×7m×1.4m的系梁。过渡墩8#墩为单薄壁墩，薄壁厚3.0米，宽12.2米，墩高为41.798米。主桥墩身采用大块翻模进行施工。此方案具有施工工艺简单、施工速度快等特点。3.1翻模系统构造该套翻模系统，由大块定型钢模、工作平台及提升系统等组成。（见下图）。PDF文件使用pdfFactoryPro试用版本创建墩身模板为大块组合钢模，其尺寸、刚度和强度均符合设计及规范要求。每套墩身模板由三节组成，每节高2.5米，三节共7.5米。模板的加固，采用在每块侧模外侧加设水平背肋，每道背肋由两根[12槽钢组成。模板加固时，通过Φ16圆钢拉模筋锚固于背肋槽钢上。3.1.2模板工作平台由内工作平台和外工作平台组成。内工作平台即在两薄壁之间，用碗扣式脚手架搭设支架，在支架上铺设木板作为内工作平台。整个脚手架距模板距离为0.4米，作为模板提升空间。外工作平台即在每块外模和圆端模顶部，用角钢焊接三角撑架和栏杆扶手，并用木板铺面组成外工作平台。3.1.3提升系统：提升系统由塔吊、施工电梯、混凝土输送泵及泵架组成。塔吊为墩身和梁部施工的主要提升设备，并兼作翻模时的模板提升设备；施工电梯作为施工人员和小型机具的提升设备；混凝土输送泵为混凝土的提升设备，泵架作为混凝土输送泵管和电缆、水管的附着设备。另在泵架内搭设由钢筋焊成的简易人行梯，作为管道、电缆检修人员通道和发生停电等紧急事故时的紧急通道。3.2钢筋施工主墩墩身钢筋的施工同引桥墩身钢筋的施工，仅其竖向主筋受工作平台的限制，采用4.5m一节，而引桥主筋为9.0m一节。3.3混凝土施工主墩墩身混凝土的施工同引桥普通墩台身混凝土施工，仅其混凝土标号相对较高，原材料要求较高。另其混凝土入模不再用串筒，而用泵管直接入模。3.4翻模施工工艺流程墩身施工时，内脚手架工作平台的组装、钢筋的绑扎、模板的翻升、混凝土的浇筑等工序是循环进行的，墩身的三节模板也是每次一PDF文件使用pdfFactoryPro试用版本创建节、由下往上循环翻升。整个施工过程是不间断、循环进行的，因此施工速度较快。翻模施工工艺流程见下图：翻模施工工艺流程图内脚手架平台组装模板组装并较正绑扎钢筋浇筑底部三节模板混凝土内脚手架平台升高绑扎钢筋拆除底节模板并翻升到顶节钢筋下料、制作浇筑混凝土混凝土养生模板较正并加固模板清理并修整测量放样PDF文件使用pdfFactoryPro试用版本创建翻模施工中墩身线形控制薄壁墩的线型控制主要通过施工测量来进行的。薄壁墩施工测量控制内容包括：薄壁墩中心定位测量、薄壁墩高程测量、薄壁墩垂直度测量。3.5.1控制方法⑴薄壁墩中心定位测量采用三维坐标控制法。每个墩台施工前，先由项目部测量班用全站仪进行中心定位。定位时应由多人进行换手复测检查，并经监理检查确认后，设置好横、纵向护桩，给施工队交底。标高复核时用精密水准仪进行测量。⑵薄壁墩高程测量高程测量采用三种方法进行，一是用全站仪直接进行高程测量；二是用钢尺由墩底水准点往墩顶拉尺进行测量；三是用水准仪在7#墩附近观测9#墩顶标高，在11#台后路基观测10#墩顶标高。最终以水准仪测量为准，其余两种方法作为复核手段。⑶薄壁墩的垂直度测量墩身垂直度测量采用自动安平激光铅准仪，每个薄壁在四个角各布一点进行测量。测量时，激光铅准仪安置在桥墩承台上的控制点上，控制点是经精密定位测量所得。在墩顶工作平台上安设激光接收靶，能显示光斑并捕捉斑心，以四个激光斑心来控制单个薄壁每节模板的平面位置及竖直度，并以此控制墩身的垂直度。3.5.2控制措施⑴组建精干的精测小组专门负责墩身的测量工作，配备先进的测量仪器，确保墩身的线型控制；⑵为了防止仪器误差导致墩身偏斜，每隔10m应用全站仪测设PDF文件使用pdfFactoryPro试用版本创建中心点与铅准仪校核一次，并对墩身尺寸进行一次复测以确保墩身线型控制；⑶实行测量换手复核制度，测量资料复核无误后，报监理工程师审查认可，方可用于施工；⑷为了确保墩身混凝土外观质量，模板加工要符合《钢结构工程施工及验收规范》的基本规定，其表面不允许有孔洞（拉筋孔除外）、毛刺、缝隙及熔渣等；模板组焊必须作磨光处理；模板的上下口应经创边处理；模板接缝采用建筑双面胶带；模板的组装应符合组装精度要求。40#块托架设计与施工韩家店Ⅰ号特大桥主墩9#和10#墩０号块，长度为15.0m，两端悬出墩身1.5m，梁高12.5m，0号段混凝土数量为1360m3，梁体为三向预应力结构。０号段为箱梁与墩身联接的隅节点，截面内力最大且受力复杂，钢筋和预应力管道密集，因此保证０段施工质量是箱梁施工质量控制的关键。4.1托架和模板墩顶托架由预埋于墩身内的预埋件和纵横梁（采用N型万能杆件）拼组而成，详见《0#块支架设计图》。托架构造简单，受力明确，重量轻，刚度大，拼装、拆除方便。外模上部2.5m采用大块定型模板，下部10m采用墩身模板。内模由承台施工时的大块定型模板和部分小块组合钢模，并辅以部分异形钢模板拼组而成。外端变截面段由底模标高调整，底模两薄壁内侧采用挂篮底模拼组，两外端底模由承台模板（1.0m×1.5m）组成。4.2托架和模板的安装4.2.1最后两节墩身施工时须按要求预埋好预埋件，预埋件用于万PDF文件使用pdfFactoryPro试用版本创建能杆件与墩身的联接。4.2.2拆除墩身模板，安放外吊工作平台。工作平台由在钢筋焊制的吊筐内铺设木板组成，并用纲丝绳作吊绳吊于墩顶钢筋上。每薄壁两外侧均吊放工作平台。4.2.3拼装万能杆件。托架的主桁架在地面拼装组成，然后吊至墩顶预埋件上就位，最后在墩顶拼装各主桁的横向联结系。4.2.4安装纵横分配梁。每道横向分配梁由两根[20槽钢组成，每个墩顶共有10道横向分配梁，其中两薄壁间布置4道，每薄壁外端布置2道。每道横向分配梁均布置于万能杆件节点处。每个墩顶沿纵向共设21道纵向分配梁