黄织铁路歹阳河大桥百米高墩施工

丁金平

（中铁二十五局集团柳州铁路工程有限公司，工程师，广西 柳州 545007）

歹阳河大桥位于贵州省织金县熊家场白苗寨以北100 m处，为黄织铁路跨越歹阳河而设，桥跨为2×24 m+3×32 m+（52+96+52）m+1×32 m预应力钢筋混凝土连续刚构。桥梁全长392.62 m，全桥均在+11.2‰坡道上。该桥高133 m，是黄织铁路三大控制性工程之一。1#，2#墩为实心墩，3#～8#墩均为矩形空心墩，墩身高14.5～100 m不等，是典型的山谷河流桥。6#主墩高94 m，7#主墩墩高100 m，均为嵌岩基础。主桥6#，7#墩上构预应力钢筋混凝土连续箱梁分13个箱段施工，其中悬浇块为11段，悬浇块段长分3 m，3.5 m和4 m等3种。该桥施工工期紧，施工场地狭窄，墩身高，主桥6#，7#墩施工是该桥节点控制工序之一。主墩施工主要存在竖向主筋焊接工艺、墩身模板施工工艺、墩身混凝土运输及墩身线型监控等施工难点。为保证高墩施工过程中的质量和安全，对施工有关工艺进行了研究和探索。

1 墩身主筋施工

1.1 墩身主筋安装 墩身钢筋先在钢筋棚内弯制好后，用汽车运至索吊下，再用索吊吊装到位安装。测出主筋安装位置，再进行现场施工。主筋采用电渣压力焊接长，与箍筋连接处采用点焊固定，主筋、箍筋的间距必须严格按设计与规范要求施工。每次灌注混凝土顶面应低于模板上口10 cm，不覆盖最上面一层水平筋，使以后继续绑扎钢筋有所依据。对预埋件或预埋的接头钢筋，模板抽离后及时清理，使之外露。

1.2 竖向主筋焊接 歹阳河大桥7#墩墩身采取分节施工，每节长3 m，共32次。7#空心墩钢筋施工尤为重要，如采用传统搭接焊，焊接1模钢筋需时3 d，（墩身内圈钢筋平均数188根，外圈钢筋平均数290根），难以满足工期要求。经过研究，采用竖向电渣压力焊可满足工期和质量安全的要求。钢筋电渣压力焊就是将2根钢筋竖向对接形式，利用焊接电流通过两端面间隙，在焊剂层下形成电弧过程和电渣过程，产生的电弧热和电阻热融化钢筋，加压完成的一种焊接方法。按《铁路桥梁施工规范》要求，7#空心墩钢筋每节主筋下料长度3.5 m和4.5 m，施工过程中，严格控制焊接质量。采用电渣压力焊后，每节墩身主筋焊接只需1 d，与传统搭接焊相比可节约60 d，墩身钢筋少消耗7.25 t，加快了施工进度，提高了经济效益。

2 墩身翻模施工

2.1 模板设计 墩身内外模板采用整体加工成型的钢模板，内外模板采用Ф20圆钢对拉，钢模每节高1.5 m，分A，B型2种，A型为固定模板，B型为墩身四角收坡抽动模板。每节模板高度为1.5 m，共分4层。7#墩最低截面尺寸14.59 m×7.6 m，面板采用6 mm厚钢板，背楞采用［14的槽钢，边横肋及边竖肋采用└80×8的角钢，角钢间距80 cm。模板四周竖肋54根，承受模板侧压力，为确保模板的稳定性和安全性，应对外模承受的最大侧压力、竖肋的检算模型、最大的拉应力、挠度进行检算，以便明确竖肋的角钢型号。

2.1.1 模板最大侧压力 采用内部振捣器时，新浇筑的混凝土作用于模板的最大侧压力，可按下列2个公式分别计算，并取其中的较小值〔1〕。

式中：F为新浇筑的混凝土对模板的最大侧压力（kN/m2）；

γ为混凝土重力密度（kN/m3），现场取γ=24 kN/m3；

τ0为新浇筑混凝土的初凝时间（h），现场取τ0=4 h；

β1为外加剂影响修正系数，不掺外加剂时取1.0，掺具有缓凝作用的外加剂时取1.2，现场取β1=1.2；

β2为混凝土坍落度修正系数，当坍落度小于100 mm时，取1.10，当坍落度大于100 mm时，取1.15，现场取β2=1.15；

V为混凝土的浇筑速度（m/h），现场取V=3 m/8 h=0.375 m/h；

H为混凝土侧压力计算位置处至新浇筑混凝土顶面的总高度（m），H=3 m。

计算结果：F=0.22γτ0β1β2V1/2=17.84 kN/m2，F=2.5H=7.5 kN/m2。

取F的较小值7.5 kN/m2。

2.1.2 竖肋的计算模型 新浇筑的混凝土作用于模板的最不利荷载：当新浇筑的混凝土至模板顶面（总高度H=3 m），且现场最低层混凝土未达到初凝时间（h＜4 h）时模板的侧压力最大，所有侧压力作用于54根竖向└80×8角钢。竖向└80×8角钢受力模型为新老混凝土连接处竖向角钢:下端为固结，上端为悬臂。即竖向角钢检算模型为下端固定、上端悬臂的悬臂梁，在最不利荷载情况下进行检算，作用力取平均值。

模板四周最大侧压力FM=F×（14.59 m+7.6 m）×2×3=998.55 kN。竖向└80×8角钢每根最大侧压力F1=FM/54=18.5 kN。弯矩M=F1×H/2=18.5 kN×3 m/2=27.75 kN·m。

2.1.3 竖肋拉应力检算 竖向└80×8角钢最大拉应力〔2〕σ=M/W=27.75×102/32.4=85.6 MPa，小于最大允许拉应力（σmax=140 MPa）。

2.1.4 竖肋挠度检算 竖向└80×8角钢最大挠度〔2〕f=F1H3/3EI=18.5×33×106/3×2.1×105×73.5=10.8 mm，小于最大挠度（H/250=12 mm）。式中：σ为最大拉应力；

W为截面抵抗矩；

f为竖向└80×8角钢最大挠度；

F1为竖向└80×8角钢最大侧压力；

H为混凝土侧压力计算位置处至新浇筑混凝土顶面的总高度，H=3m；

E为弹性模量，E=2.1×105MPa；

I为惯性矩，I=73.5 mm4。

检算结果显示，采取竖向└80×8角钢可行。

2.2 操作平台 为便于墩身施工的操作，在每层外模上设置一个工作平台。平台宽1 m，用5号角钢焊接在模板的槽钢上，并在平台外侧设置栏杆扶手。为了保证模板的整体性，以及工作平台的牢固性，每层模板之间上下为8号角钢，并用Ф20螺杆连接，墩身内侧模用Ф50钢管固定搭接在模板上，再加架管上铺脚手板作为墩内工作平台。

2.3 模板定位和安装 用全站仪通过平面坐标法放样出桥墩的十字线，用墨线弹出十字线，然后根据十字线放样出墩身底外边线，并用墨线弹出。用水准仪抄平模底混凝土面标高，将高出设计高程的混凝土部分凿除掉，低于设计高程的位置用干硬性砂浆抄垫平整。模板安装顺序为先拼装好外模，再拼好内模，穿入Ф20拉杆对拉将内外模板连结加固。薄壁厚度通过支撑在板模内可调式的顶杆来控制。模板底以边线为依据定位，上口定位通过采用2吊锤分别从墩底十字线引线至模板顶，以引线为基线，调节上口模板直至模板的中心与墩底中线重合，即可定位上口模板。

外模定位后，用水准仪抄平模顶四角高程，高差控制在2 mm范围内，如超出允许误差，则通过抄垫模底调节。调节完毕重新吊线复核模板上口位置，确认无误后，加固模板支撑，完成外模的安装。内模模底定位同外模，模顶安装以外模为基准定位。薄壁厚度调节：内侧采用可调节式顶杆支撑，外侧通过连接内外模的拉杆对拉相结合的方法调节。

2.4 模板翻升 用固定模板和抽动模板的不同组合来解决墩身收坡的变截面问题。模板分4层，循环交替翻升，每循环翻模高度为2层共3 m。开始施工时，先将2层混凝土灌注完毕，不拆模再在前2层模板之上继续安装第3、第4层模板（共6 m高），浇筑第3、第4层混凝土。模板翻升是从第5层开始，先拆除第1层模板，并在第4层模板上安装，再拆除第2层模板，并在第五层模板上拼装。调好模板平面位置及标高，验收合格后，浇筑第3次混凝土，如此循环上升直至完成整个墩身施工。每次浇筑混凝土的顶面要比上一层模板低10 cm，使前后2次浇筑的混凝土无接缝，确保墩身的外观质量。模板的翻升顺序如图1所示。

图1 墩身模板翻模示意图

3 墩身混凝土泵送

歹阳河大桥7#墩墩身需混凝土4 738m3，采用塔吊或缆索吊运输混凝土均难以满足工期和质量安全的要求，应采取泵送混凝土。但随着墩身浇筑标高的不断上移，泵送工艺要求将会越来越高，对于混凝土用骨料的品质要求也随之越来越高。在墩身前30 m施工过程中，由于砂子很粗、粗骨料粒径断级、最大粒径超径、骨料不干净、粉尘较多，因此在泵送施工时，混凝土经常有离析现象，需要增加砂的用量。但是因为砂粗，即使增加了混凝土的砂率，泵送阻力仍然很大，曾经产生堵管现象，对混凝土质量造成一定的影响。因此在歹阳河大桥高墩施工中，对粗、细骨料的选择及稳定性、混凝土（入模）坍落度、远程泵送混凝土工艺等三大因素的掌控，成为该桥高墩混凝土施工的难点。

3.1 调整施工配合比 歹阳河大桥墩身混凝土设计配合比中粗骨料采用16～26.5 mm碎石，该级配符合《混凝土泵送技术规程》中粗骨料最佳级配要求，且是实验室大量试验的结果。其目的就是为了保证墩身混凝土泵送施工过程中不堵管，在密集钢筋中得以自动充填密实，降低劳动强度，保证安全和质量。在墩身前30 m施工过程中，曾经有堵管现象，经分析是由于现场用料中，机制砂较粗（其中5 mm以上的小石子有时竟达30%以上），砂中30%的含石率反推算至粗骨料中后，实际砂率仅为34%。泵送混凝土的砂率一般为46%～48%，而现场实际砂率过低，使堵管成为必然。现场用的粗、细骨料均达不到试验配合比的要求。因此，需重新调整施工配合比。原施工配合比中粗、细骨料为9.5～22 mm碎石、0～9.5 mm砂石混合料。

现场细骨料中有0～9.5 mm、0～7.5 mm砂石混合料，其中0～9.5 mm砂石混合料虽称为砂，但实际含有30%以上的5～9.5 mm的小石子。0～7.5 mm砂石混合料，是泵送混凝土很好的细骨料，这种料的缺点是含粉偏多、夹泥（隧道碴加工而成），对混凝土危害很大。现场粗骨料中有16～31.5 mm、9.5～22 mm、20～40 mm的碎石，根据JGJ/T-95《混凝土泵送施工技术规程》规定，泵送高度在100 m以上时，粗骨料最大粒径与泵送管内径比为1：5。目前工地泵送管内径普遍为125mm，为了保证泵送过程的安全，防止堵管，应将碎石最大粒径控制在25 mm以内。综上所述，在新的施工配合比中，应采用9.5～22 mm碎石作粗骨料，0～9.5 mm砂石混合料作细骨料。

在新的施工配合比中，由于砂含有30%的石子，因此要将砂的实际用量再提高43%，同时将碎石实际用量减少32%，使得在新的配合比中实际砂率达到47%。通过调整施工配合比砂率，提高了混凝土的和易性和稳定性，减小了管内摩擦阻力，从而减低了管内泵送压力的损耗。

3.2 泵送压力设计 由于远端泵送受泵管、水平管管内壁的摩擦影响，造成泵送压力损失很大。因此，需对泵送压力进行检算，以确保初端泵送压力在经过损耗后还能满足泵送要求。

歹阳河大桥远端泵送浇筑，采用内径为125 mm的高压泵管，最远泵送距离要求达到500 m，垂直高度150 m，约需水平管360 m、垂直管150 m、90°弯管3个、45°弯管4个、管道接环160个、管路截止阀2个、橡皮软管1根。根据JGJ/T-95《混凝土泵送施工技术规程》规定，输送泵各配件压力损耗：水平管每20 m换算压力损失为0.1 MPa，垂直管每5 m换算压力损失为0.1 MPa，90°弯管每只换算压力损失为0.1 MPa，45°弯管每只换算压力损失为0.05 MPa管道接环每只换算压力损失为0.1 MPa，管路截止阀每个换算压力损失0.2 MPa，橡皮软管每根换算压力损失为0.3 MPa，混凝土泵送启动内耗换算压力损失为0.3 MPa。

当混凝土坍落度为160～180 mm时，泵送压力损耗计算〔1〕：总压力损耗Ps=360/20×0.1+150/5×0.1+3×0.1+4×0.1+160×0.1+2×0.2+1×0.3+1×0.3=22.5（MPa）。

歹阳河大桥拖泵采用HBT60C型电泵理论输出高压高限Pmax=32 MPa，按正常使用取电泵理论输出高压高限的80﹪，P z=32×80﹪=25.6（MPa）大于总压力损耗（P s=22.5 MPa）。因此，远距离泵送可行。

3.3 入模坍落度控制 按国家现行标准《混凝土结构工程及验收规范》的规定，泵送高度如大于100 m以上，要求入泵混凝土的坍落度控制在180～200 mm。根据《混凝土泵送施工技术规程》，考虑在不同环境温度下混凝土坍落度的损失:当环境温度在10～20℃时，混凝土经时坍落度损失约为5～25 mm；当环境温度在20～30℃时，混凝土经时坍落度损失约为25～35 mm；当环境温度30～35℃时，混凝土经时坍落度损失约为35～50 mm。现场施工平均温度均在20～30℃之间，故混凝土的入模坍落度应控制在145～175 mm〔1〕。

3.4 入泵停留时间 当混凝土浇筑环境温度不大于20℃时，入泵停留时间不宜超过120 min；当环境温度大于20℃，小于30℃时，入泵停留时间不宜超过90 min；当环境温度大于30℃时，入泵停留时间不宜超过60 min。因此，要求对入泵停留时间进行检算。

入泵停留时间计算：现场施工灌注混凝土10 m3/h，泵管长度500 m，截面积S=3.14×（0.125/2）2=0.012m2，计算混凝土的平均流速V=10/0.012=833m/h，混凝入土泵停留时间t=500/833=0.6 h，为36 min。现场混凝土最小的初凝时间为1 h，满足施工要求。

4 高墩施工监控

高墩施工过程中，受自重、温度、外荷等因素影响，在模板安装、混凝土浇筑和模板的翻升等3个阶段，对模板的稳定性、墩身的垂直度有很大的影响。因此，在施工过程中必须加强对高墩施工的监控。高墩施工监控项目：中心定位控制、垂直度控制、标高控制和墩身混凝土养护。在现场成立施工监控工作小组，以进行有效的监控工作。每段浇筑混凝土前后，应对墩身进行施工监控。

4.1 中心定位控制 根据该桥位的复杂地形，山高谷深，首先使用全站仪在桥位内或就近布置平面控制网，并定期进行复测。

在每节模板安装过程中随时检测空心高墩中心点以及墩身四周角点的位置，凡发生偏差必须即刻纠正。在每一节整体式翻升支架按测定的位置安装牢固，墩身钢筋也必须按测设的位置绑扎（含电焊）安装。架立安装模板就位也必须正确测量模板的位置，经监理检验合格后才能浇筑混凝土。轴线偏位限度为10 mm，偏位超限时应及时纠正。

4.2 垂直度控制 因桥墩高100 m，需分15次浇筑，各种施工因素（模板安装误差、测量误差、误差积累）对桥墩垂直度影响很大。因此，在每次立模前均要用全站仪测量墩身的4个棱角，立模后仍要求用全站仪测量模板的4个棱角来检验桥墩的中心线（每节测量均要求换手测量）。检验方法：在纵横轴线上分别设立4个观测点，施工时将全站仪架设在观测点上，用以控制和校核轴线的准确性。通过两轴线的交点与墩身中心点的重合来校核和控制墩身的垂直度。如图2所示。

4.3 标高控制 因7#墩较高，墩顶标高的精确度直接影响到连续梁顶面标高，为此每节墩身标高，均要求在立模前后测量。标高测量至每节模板的底口，根据不同的标高计算出所对应的墩身截面尺寸，用以检验和控制模板的截面尺寸及坡度。

图2 垂直度控制示意图

4.4 墩身混凝土养护 高性能混凝土对温度环境很敏感，适合施工的环境温度为15～25℃。如果在夏季施工，应准备好淋过水的麻袋覆盖泵管，控制混凝土输送温度。由于混凝土水灰比很低，水泥水化初期容易造成水分散失导致混凝土较大的自收缩，还会影响混凝土强度发展。因此，混凝土浇筑完成后到终凝前的养护初期，应立即进行PVC薄膜覆盖，并用干麻袋覆盖保证内外温差不致过大。到养护后期，再采用淋湿的麻袋覆盖。通过上述养护方法，使墩身混凝土强度均达到设计要求，混凝土表面也无裂纹出现。

5 结束语

黄织铁路歹阳河大桥是典型的山谷桥梁。在百米高墩施工中采用翻模施工，合理调整施工配合比，采取竖向泵送混凝土工艺，使得该桥高墩施工的安全质量和工期达到预期目标。墩身翻模实现6d一个循环，整个墩身施工工期缩短了2个月，于2009年4月15日完工。该工程取得了良好的经济效益，并积累了一定的施工经验，为类似工程提供了借鉴。

〔1〕中国建筑科学研究院.混凝土泵送施工技术规程〔M〕.北京:中国建筑工业出版社，1995.

〔2〕姚玲森.桥梁工程〔M〕.北京:人民交通出版社，2008.