清水混凝土在高速公路桥梁墩柱中的应用研究

孟秀元

（山西路桥集团阳蟒高速公路有限责任公司，山西 晋城 048000）

0 引言

山西阳蟒高速公路十里河大桥，位于国家级自然保护区，桥梁全长820 m，与保护区内自然景观融为一体，体现一种自然美。在施工中，为使桥墩实现内坚外美的效果，桥墩设计采用清水混凝土施工工艺。清水混凝土（As-Cast Finish Concrete/Bare Concrete）产生于20世纪20年代，经过近百年的发展，在国外已经广泛应用于建筑领域[1-3]。清水混凝土可通过一次性浇筑，在保证工程质量的前提下，成型出较为美观的装饰面，故其具有某些特殊的性质：

a）质量保障，可较好地满足相应规范的强度要求，且达到保护钢筋保护层厚度。

b）色泽优美，养生完成后显示为均匀一致的暖灰白色。

c）几何外观柔和，表面基本没有气泡，表面平整度较好，相对圆润、顺滑。

为保证清水混凝土的上述优点，展示混凝土朴实无华、自然沉稳的天然韵味，就必须在施工过程中满足一些特定设计：混凝土配比、钢筋布设、模板设置、接缝处理以及表面整修等都必须达到一定的要求。本文主要从清水混凝土的特点着手，重点加强原材料及配比设计、钢筋加工及安装、模板设计及安装、混凝土养生等工序进行分析，为清水混凝土推广应用提供经验指导。

1 原材料及配比设计

为保证清水混凝土好的外观质量，根据以往经验，在保证强度的前提下，配合比设计上总的原则是：采用较小的水胶比和较大的砂率。在试验过程中，现场采用不同的外加剂进行试配，在各自满足混凝土质量要求和工作性的前提下，刚开始做了5个试验墩，为最终混凝土配比设计提供了有力的技术保证。

1.1 水泥

水泥（PO 42.5）均采用山水散装水泥，胶结料用量300～500 kg/m3。尽可能采用低的坍落度，以减少泌水的可能性，水胶比0.3～0.4之间。

1.2 外加剂

外加剂选用具有规模合成外加剂母液能力的生产厂家——山西三力科技有限公司生产的聚羧酸高效减水剂，减水率不小于20%。

1.3 碎石

碎石选用当地强度高、连续级配好、无碱活性、颜色一致的碎石，含泥量小于等于0.5%，针片状颗粒小于等于10%，压碎值小于等于12%，坚固性（5次循环后的质量损失小于等于8%），空隙率小于等于55%。

1.4 砂

选用沁河优质河砂，细度模数2.6～2.9，泥块含量小于0.5%。砂率控制很关键，在充分考虑混凝土流动性和坚固性的条件下，砂率采用35%～40%。

1.5 粉煤灰

选用阳城电厂I级粉煤灰，掺量12%～38%，细度（45 μm气流筛，筛余量小于等于12%），烧失量小于等于5%，氯离子含量小于等于0.01%。

1.6 混凝土工作性能

初始坍落度160～220 mm，2 h后坍落度损失值20%，离析率小于等于20%，压力泌水率小于20%，含气总量小于2%。

1.7 混凝土配比设计

本文清水混凝土所采用的配比见表1。

表1 混凝土配比设计一览表

2 钢筋加工及安装

2.1 钢筋加工制作

a）按照设计图纸标注的尺寸和形状对钢筋进行加工，特别注意受力筋的弯曲工艺，需要考虑弯曲的角度。常规的注意点，箍筋弯钩加工时的弯曲半径必须保证能够裹覆被箍筋，自身直径须超出箍筋直径的4倍以上，且弯曲末段的尺寸应大于箍筋半径的20倍。

b）所有钢筋的加工与切割必须在规定的区域进行，对不合格的区域进行去除，稍微的锈迹可进行除锈处理，且保证足够的直线性。

c）对于特殊分项所用的钢筋需进行特殊处理，采用指定的工艺进行连接，通过相关规定的要求。

d）钢筋加工质量标准。钢筋加工过程中允许出现一定的误差，具体范围见表2。

表2 钢筋加工误差范围

2.2 钢筋安装

a）现场钢筋焊接时，建议采用搭接焊工法。两侧焊接时，钢筋搭接范围的尺寸应大于钢筋直径的5倍；单侧焊接时，焊不小于10d。焊缝高度应大于等于0.3d，并大于等于4 mm；焊缝宽度应大于等于0.7d，并大于等于8 mm。

b）焊工必须持证上岗。钢筋焊接前，必须选取部分区域进行试验。完成后，应对每个焊接点进行检查，包括外观有无裂缝、凹凸点、焊瘤等瑕疵。

c）在同一根钢筋上应尽量减少接头数量，且避免接头设置在主受力区，以及避免出现在弯矩较大的区域。对于所有的接头位置（焊接范围应大于钢筋直径的35倍，最小不得低于50 cm），不得有二次焊接，及两个或两个以上的接头。在受力区，出现焊接点所占的面积应小于整体钢筋横截面积的50%，且焊接点的起终点与钢筋弯起位置的距离应大于钢筋自身半径的20倍。

d）钢筋安装严格按设计图纸给定的间距及位置设置，桥墩墩柱主筋伸入承台底并与承台底钢筋连接在一起。箍筋采用闭合式，相邻箍筋的弯钩接头，沿墩身高度方向交错布置。

e）桥墩位置的钢筋一般采用人工绑扎，绑扎丝确保主筋与箍筋不发生滑动，且绑扎后不对钢筋的形状位置发生变化。

f）墩柱主筋保护层厚度大于等于30 mm，箍筋保护层厚度不小于25 mm。为确保钢筋网具有足够的混凝土保护层厚度，需在钢筋网和模板之间增设垫块，垫块设置时，单位面积内不少于4个。

g）钢筋成型和安装质量标准。钢筋成型和安装允许偏差见表3。

表3 钢筋成型和安装允许偏差范围

3 模板设计及安装

3.1 模板设计

模板设计时尽量考虑拆卸安装方便快捷，最大限度地减少拼装接缝，在吊重允许的范围内，模板的分块遵循定型、大块、通用的原则。模板拼缝严密无错台，局部不平允许偏差1 mm，对拉螺栓在满足结构物受力要求的前提下，孔眼排布整齐、有序，且有一定的规律性和美观性。

3.2 模板试拼和整修

a）桥梁墩柱钢模板进场后，场地整平后，采用枕木等物件将模板底部垫起来，对其他模板进行试拼装。

b）对拼装的模板进行全方位的检查与整修，包括是否存在错台、缝隙、不光滑、固定扣损坏及位置偏移等。对存在问题的局部进行及时的调整，如打磨、拌直、除锈、重新定位等，并进行二次检查，直到模板验证合格。

c）模板制作允许偏差。模板制作允许偏差见表4。

表4 模板制作允许偏差范围

3.3 模板漆涂刷与清理

a）桥墩模板采用专业厂家定制的定型无对拉杆整体钢模，面板厚不小于6 mm。对经过修整的模板，用模板漆作为脱模界面剂，确保拆模顺利。

b）整修过的模板应在较短的时间内涂刷模板漆。应进行合理的挡风、防水措施。涂刷前用干净的干布将模板表面灰尘、浮锈擦拭干净，模板表面保持干燥，方可进行涂刷。

c）涂刷工具可采用柔软的羊毛刷，涂刷时需要勤拉勤收，确保涂刷均匀一致，而且尽量涂刷一次到位，减少来回涂刷的次数。涂刷时注意不要流挂、漏刷。在气温15℃情况下，模板漆0.5 h内即可表干，表干后可采用适当的遮盖，以免被雨淋。24 h后，测试是否完全硬化。完全硬化后可进行使用，在重复使用过程中应检查是否有破损，并进行适当的清理与维护。

d）在正常的使用条件下，根据实践数据，一般周转在3次以上，工地现场保护好的可以达到周转5次以上，达到一定的周转次数后，模板漆表面显得有些粗糙，这样就需要进行脱漆处理，或是采用刨光机将原漆膜打掉，切记不能在原有漆膜上直接涂刷新的模板漆，否则周转次数会大受限制。或者对原漆面均匀地涂抹除漆材料，待一段时间后，原有的漆面会逐渐膨胀、折起、剥离，采用刮刀将松软的原漆剔除，并进行清理。

3.4 模板安装

a）墩柱钢模板分块联接采用螺栓连接，下部采用锚固螺栓固定在承台上，上部用拉紧器斜拉缆风绳将钢模板分4个方向固定在地面混凝土锚墩上。墩柱高度小于12 m时，在模板顶部设4道缆风绳分4个方向固定在地面混凝土锚墩上；墩柱高度大于12 m时，在模板2/3高度处增设4道缆风绳进行固定。

b）墩柱模板安装应根据模板试拼标注的编号，自下而上逐层安装。

c）模板接缝处贴双面胶止浆，双面胶不能有断开现象，接头处不能用手撕开，须使用刀片切开。

d）模板底部与承台面接触部位采用高标号水泥砂浆精确找平封堵，防止混凝土浇筑时浆液流失出现烂根及麻面现象。

e）对安装就位的模板，应进行全面检查。一般采用全站仪或者钢尺，检查项目包括模板的位置、尺寸、倾斜角度、密封性等，确保模板满足设计图纸的要求，且对其节点联系、内外支撑、拉杆、纵横向稳定性、倾斜度、钢筋和预埋件进行检查，经检查合格后方可浇筑混凝土。

f）检查合格后，在进行混凝土浇筑时还需要对模板进行跟踪观测，确保混凝土浇筑时模板没有发生超范围的移动等不稳定性现象。

g）模板安装允许偏差。模板安装允许有一定的偏差，具体偏差范围见表5。

表5 模板安装允许偏差范围

4 混凝土施工

4.1 混凝土拌和及运输

a）清水混凝土拌和时，需要按照设计的配合比进行配料，科学地把控拌和时间、最佳水泥用量和最佳用水量，根据气温变化，及时调整水灰比。

b）在拌和站位置需要专门的实验员把关，严把混凝土质量关，控制好混凝土的出站坍落度和温度，检查混凝土的性能符合要求后，方可出站。

c）混凝土采用罐车运输，汽车泵泵送入模。运至现场后要查看混凝土出料记录，严格执行混凝土现场检验制度，专门的实验员对所有运输车上的混凝土进行取样，测试坍落度指标是否在要求范围内，且拌和后3 h内必须浇筑。

d）把控好混凝土拌和运输各环节，确保混凝土供应均匀、连续、稳定，满足现场浇筑速度需要，大方量混凝土浇筑前，须核查备用方案或措施，切记不可因为混凝土供料原因而出现浇筑中断而产生的冷接缝。

e）混凝土运输车在运输时，宜以一定的速度转动罐桶。在浇筑前，应提高转速旋转一定时间后，进行浇筑。

4.2 混凝土浇筑

a）当钢筋笼、模板都检查合格后，方可安排混凝土的浇筑。相邻的构件尽量连续作业。

b）墩柱采用汽车泵送混凝土浇筑时，泵管伸至柱顶，在管口加设尼龙布溜筒。浇筑前先在接茬面铺一层2～3 cm厚的高一标号的水泥砂浆，以保证新旧混凝土面结合良好。浇筑时，需要把握导管长度，保证混凝土下落高度不太大，减少对模板的影响，及混凝土的离析。

c）采用标杆控制每一层混凝土的浇筑厚度，每一层浇筑厚度不宜大于40 cm。浇筑应连续进行，上层混凝土须在下层混凝土初凝前浇筑、振实。

d）通常采用较长的振捣器对桥墩浇筑的混凝土进行振捣。每一个墩柱适宜两名振捣工轮流工作。要避免振捣棒对钢筋网和模板的接触。

e）必须掌控振捣的时间以及振捣棒的沉入深度，同时振捣棒移动的距离不宜大于振捣棒振动范围的1.5倍，比如φ50型振捣棒振捣移动距离不宜大于40 cm。振捣时注意快插慢抽，并在振捣过程中使振捣棒上下略有移动进行提振，以使混凝土振捣密实均匀，充分消除汽泡。振捣时间以混凝土开始翻浆、不再下沉、且表面不再出现气泡为止，一般为20～30 s。

f）两次振捣可有效地缓减混凝土表面的气泡，通常在第一次振捣结束后静置一段时间进行第二次振捣，墩柱顶层混凝土一般要在静置0.5 h后进行二次振捣。

g）浇筑时，根据现场气候条件，做好防风、防晒、防冻、防雨等施工措施，浇筑完成后立即安排人员对墩柱顶面抹平收面。

4.3 混凝土养护及防护

a）对于混凝土的养护，重点需要控制养护的湿度和温度，通常对混凝土硬化后的裸露面，进行覆盖洒水养生。

b）待混凝土终凝后，在墩顶每根墩柱上部安放1 m3的塑料水桶，采用滴水方式对混凝土进行养护。在墩柱拆模后，应尽快采用两层塑料膜进行覆盖、包裹，在薄膜的接缝处进行密封处理。此外，在薄膜的外侧采用安全网进行隔离。

c）墩柱混凝土浇筑完成后，滴水养护时间不得少于28 d。塑料膜及密目安全网包裹时间直至上部结构全部施工完成。

4.4 混凝土缺陷处理

尽管采取了各种措施，但拆模后由于混凝土泌水、自身含气量较大、模板漏浆等原因，难免局部表面可能会产生一些小的气泡、砂眼、砂线等缺陷。拆模后清除混凝土表面浮浆等杂物后，采用同种水泥、粉煤灰按一定比例调制成素水泥浆体，对于修正的局部，在水泥浆体强度形成后，采用磨砂工艺将所在部位进行磨光处理，并用水处理干净，减少表面色差。

5 外观质量标准

参照《客运专线铁路桥涵工程施工质量验收暂行标准》（铁建设[2005]160号），以及依托项目的清水混凝土施工技术经验，本文提出清水混凝土外观质量验收情况见表6。

表6 清水混凝土外观质量验收表

6 结语

十里河大桥将清水混凝土运用在桥梁墩柱施工中，通过施工总结出一套配比设计方案、施工工艺及质量验收标准，使桥梁墩柱外观纯朴自然、回归本原，自觉地与自然融为一体，为阳蟒高速公路打造全省绿色示范公路起到了很好的推动作用。