客运专线桥梁变截面空心高墩施工控制技术

【摘要】文章以杭长客专浙江段7标下棚特大桥变截面空心高墩施工为工程基础，对变截面空心高墩施工工艺流程、模板设计、安装和混凝土浇筑等关键工序进行阐述说明，可为类似工程提供可靠的经验基础。

【关键词】客运专线变截面 空心 高墩 施工

中图分类号： TU74 文献标识码： A

1、工程概况

杭长铁路客运专线浙江段站前HCZJ-7标段DK247+173.41~DK293+500段位于浙江省衢州市江山市及柯城区境内，项目管段内设计桥梁36座，总长32.992 km，占标段71.1%，其大桥27906.2延长米/17座，大桥4718.1延长米/16座，中桥261.7延长米/3座；涵洞709横延米/30座；制架整孔箱梁1108孔，现浇简支箱梁3孔，连续梁10联，桥墩结构形式设计采用圆端形桥墩和矩形桥墩。

下棚特大桥（中心里程DK291+970.950）桥全长1158.76m，全桥共设有35墩2台，桥位跨越丘陵区，地形起伏较大，桥墩多为空心高墩，墩身高度在15m以上的桥墩25个，其中包含20m以上桥墩15个， 30m以上桥墩4个，最高墩墩身高度达37m，墩高小于30m的设计为3.0m×8.0m圆端形变截面空心墩，墩高大于或等于30m的设计为3.4m×8.5m圆端形变截面空心墩。

2、施工方案的选择

杭长铁路客运专线设计时速350km高速铁路，要求桥墩采用无拉杆模板施工，精度要求高，对模板的制作及安装提出了更高的要求。针对下棚特大桥（中心里程DK291+970.950）特大桥高墩较多、施工难度大及工期紧等特点，墩身施工时必须分层浇筑、分层拆除模板反复倒用的流水作业，如采用其他桥梁桥墩的桁架式模板，因外模桁架用立杆支撑，无法拆除桥墩下部已浇筑混凝土部分的模板，致使模板不能及时周转倒用，将会严重影响下棚特大桥（中心里程DK291+970.950）桥墩的工期。为发挥模板的周转效率，经反复经济技术比选，将常用的外模桁架立杆支撑改为桁架+三角支座架式，经过受力检算，能够满足模板的刚度及稳定性要求。通过试验墩施工的效果表明，桁架+三角支座架式模板的使用，极大的提高了高墩模板的周转使用效率，从而保证了施工进度。

3、施工工艺流程

圆端形变截面空心高墩施工时，采用分次装模及浇筑混凝土施工，根据墩身高度分为5～7次。墩身下实体段一次浇筑，高度2m～8.5m；空心段分为2～4次,每次施工的空心部分高度为6m～8m；上实体段一次浇筑，高度为2.5m～3.5m；支承垫石一次。因工期紧,每道工序衔接必须紧凑。施工工艺流程见图1。

3.1 模板设计与加工

因下棚特大桥（中心里程DK291+970.950）3.4m×8.5m圆端形变截面空心墩有4个，其余为3.0m×8.0m圆端形变截面空心墩，为合理配置模板资源，发挥出模板的最大周转效率，并结合工期要求，共配置了三套圆端形变截面空心墩模板，其中两套为3.0m×8.0m圆端形变截面空心墩专用，另配置一套为3.0m×8.0m和3.4m×8.5m圆端形变截面空心墩共用模板，见图2，外模分节示意图。模板分节高度根据墩高的不同由0.5m、1.0m、1.5m三种形式组成，分为圆弧和直线段模板。外模圆弧模每端由两块1/4圆周的钢模组成，直线段部分每端为一块钢模，见图3，外模及桁架拼装示意图；内模直线段部分宽度分为0.2m（塞模）、0.6m（标准宽度模）两种，圆弧部分模板每块弧长约0.6m（具体弧长根据计算圆周长等分），见图4。

图1 变截面空心高墩工艺流程图

其中3.0m×8.0m和3.4m×8.5m圆端形变截面空心墩共用的一套模板，外模总高度41.4m（7.0m+22.4m+12.0m），上部的7.0m为3.0m×8.0m圆端形变截面空心墩专用，中部的22.4m为3.0m×8.0m和3.4m×8.5m两种圆端形变截面空心墩共用（按5m宽设计加工，用于3.4m×8.5m圆端形变截面空心墩时加设0.1m宽的塞模），下部的12.0m为3.4m×8.5m圆端形变截面空心墩专用。

内外模板均采用厂制钢模，按混凝土浇筑速度2m/h设计。外模采用外桁架包箍，满足支撑体系及工作面的要求，桁架用三角支座架支撑，平板部分每端各设置三个支座支撑，圆端部分每端各设置两个支座支撑，桁架的宽度不变，长度随模板从上往下变长。外模厚度110mm，面板采用Q235厚6mm的钢板；竖向背肋为10#工字钢，间距290mm，横向背肋为6*100钢板，间距300mm。内模采用定制组合钢模，模板厚度50mm，面板厚度5mm，φ48×3.5的钢管作为支撑体系。模板拼缝采用平缝结构，能互换，为确保模板严密不漏浆，在安装外模时横、竖向接口均垫设双面胶以保证接口的密实、平整。模板制作误差：长度±1mm，表面圆顺及平整度≯2mm，接缝±1mm。

图2 外模分节示意图（cm）

图3 外模及桁架拼装示意图（mm）

图4 内模拼装示意图（mm）

3.2 模板的安装

3.2.1 施工准备

⑴、提前对作业人员进行相应的培训及技术交底，内容有：内外模板安装拆除、支架搭设、钢筋的加工和绑扎、混凝土施工工艺、接茬处理工艺及养护方案、高墩作业施工安全技术交底培训等。

⑵、承台混凝土浇筑前，依据墩身结构尺寸在承台上预埋墩身下实段钢筋；承台成型检验后进行基坑回填，在基础边平整一块场地，并对其进行简单硬化，作为墩台模板拼装，钢筋绑扎的作业面，将承台顶面接墩身范围的混凝土表面凿毛处理、整修连接钢筋，并利用全站仪用坐标法在基础顶面精确测定中线及水平，划出墩身底面位置。

⑶、钢筋加工和绑扎

绑扎钢筋在模板安装前进行，先搭设空心墩内支架，利用脚手架绑扎钢筋。钢筋加工严格按照设计图纸及验标要求，在钢筋加工场进行钢筋下料，并加工成型，并按图纸中所示意的钢筋编号对钢筋进行分类存放；对墩身钢筋进行接长，接长采用双面搭接焊接，保证焊缝长度满足验标要求，进行墩身箍筋绑扎，自墩底开始进行钢筋绑扎。

钢筋的间距、长度、连接等均须符合验标要求。钢筋内外模垫块至少为4个/m2，间距不大于50cm，垫块呈梅花形布置，绑扎垫块和钢筋的铁丝头不得伸入保护层内。垫块的尺寸保证钢筋混凝土保护层厚度的准确性（混凝土结构保护层的厚度允许偏差为-5mm～＋10mm）。为有利于钢筋的定位垫块形状，采用锥形高强度砂浆垫块。

建立预埋件清单，逐一核对，根据要求进行预埋。

⑷、模板处理

模板在安装前应进行修整打磨，保证模板面光洁，如果有毛刺不但影响光洁度，而且会粘附和阻滞上升的气泡，形成空洞和麻面；模板面用优质脱模剂均匀涂刷。

3.2.2 模板安装

⑴、墩身模板用汽车运输至墩位附近，现场拼装成整体，安装桁架支撑，墩高小于20m部分采用25t汽车吊吊装，墩高大于20m部分采用50t汽车吊吊装。

⑵、墩身下实体模板安装前，先复核模板处承台顶标高，并用砂浆垫层找平，以保证模板底水平及标高，而且不漏浆，墩身下实体第一节模板在现场拼装后，要反复进行对中及调平，同时每拼装一层钢模均作中线、水平检测，控制在误差范围内。模板安装按照设计图中规定的下实体高度配置（下实体高度为2m～8.5m），一次施工完毕，钢模拼装时，安装外模横、竖向接口均垫设双面胶以保证接口的密实、平整。

⑶、墩身下实体段混凝土一次性施工完毕后，进行墩身空心段内外模板的安装，先将下实体段处的内模调入墩身中，并进行下倒角内模安装，内模采用内排架支撑，内排架搭设必须按照内模支撑钢管的要求布置，搭设时支撑顶托放入钢管中避免模板就位后无法放入，顶托的调节要满足30cm的调节要求，钢管顶端与墩身内壁的距离大于30cm，内模安装成圈后，利用钢管里的调节顶托进行支撑加固。空心段模板按施工顺序分2～4次分别安装，每次安装的高度为6m～8m，空心段最后一次外模安装到墩身上实体段以下（含空心段上倒角）,内模依照外模高度分节安装，在浇筑完前一节后再安装下一节，依次循环下去，一直到上倒角顶部。施工过程中加强模板及其支撑进行观察，发现跑模、变形等异常情况时，应停止施工，及时修正，并形成记录。同时应按设计图中要求预留桥墩内检查梯及检查平台等桥墩内检查设备及附属工程的预留件。

图5 墩身空心段内模支架搭设示意图（mm）

⑷、墩身空心段混凝土分次施工完毕后，安装墩身上实体段外模、内模（上实体段墩内底模）及检查孔模板，模板安装高度按照设计图中规定的上实体高度配置（上实体高度分别为2.5m、3.5m两种）, 做好中线、水平检测，控制在误差范围内,安装时按设计要求预留半围式桥墩吊篮U型螺栓孔位、电缆上下桥预留槽道等预埋孔与预埋件，预留孔及预埋件位置按照设计图规定尺寸测量放样定位。

3.2.3 模板的周转

本桥模板分节高度根据墩高的不同由0.5m、1.0m、1.5m三种形式组成。按照高墩施工次数，墩身下实体段一次，高度2m～8.5m；空心段分为2～4次,每次施工的空心部分高度为6m～8m；上实体段一次，高度为2.5m～3.5m。 拆除外模按立模顺序顺向进行,自下而上进行，但要保证每拆除外模后，留置在已浇筑混凝土墩身部分的模板高度不少于2m。拆除下来的模板按照高墩施工计划及时调到下一个墩施工。

3.2.4 模板安装允许偏差和检验方法

模板整体拼装时要求错台

表1 墩身模板安装允许偏差表和检验方法

3.3 浇筑混凝土

⑴、浇筑混凝土前应检查模板、保证模板接缝严密，把模板内的杂物、积水清理干净，检查墩身钢筋及预埋件的数量、位置、尺寸和保护层厚度，确保满足要求。并对墩身中线及标高进行复核，混凝土拌和采用自动计量拌和站集中拌和，运输采用输送车。

⑵、严格控制混凝土原材料质量，根据墩身混凝土强度等级（C35）、耐久性的要求和原材料品质以及施工工艺等进行配合比设计，通过计算、试配、试件检测后调整确定用于下棚特大桥（中心里程DK291+970.950）墩身混凝土配合比为：水泥：粉煤灰：细骨料：粗骨料（粒径5mm～16mm、 16mm～31.5mm）：外加剂：水=1：:0.43：2.37：3.41： 0.013：0.53，坍落度控制在150mm～180mm（输送泵），能满足设计强度等级、耐久性指标和施工工艺等要求。

⑶ 、保证墩身混凝土的入模温度，夏季施工时，混凝土的入模温度不得高于30℃，冬季施工时，混凝土的入模温度不得低于5℃，保证新浇筑与衔接的已硬化混凝土的温差不大于15℃，由试验人员现场测定，每工作班至少测温不少于3次，超过限额时必须降温处理。保证拌和物坍落度45min损失不大于10%，含气量控制在2.0～4.0％。

⑷、混凝土采用输送泵泵送至墩内，泵送混凝土前，先用水泥浆及砂浆管道。保证输送泵的受料斗内具有足够的混凝土，不得吸入空气，保持连续泵送混凝土，必要时降低泵送速度以维持泵送的连续性，停泵时间超过15min，每隔4～5min开泵一次，正转和反转两个冲程，同时开动料斗搅拌器，防止料斗中混凝土离析，冬季施工时对输送管进行覆盖保温，夏季施工时，将输送管遮盖、洒水并垫高。

⑸、墩身上、下实体段一次浇筑成型，设计图规定上实体段高度为2.5m～3.5m，下实体段高度为2m～8.5m,当倾落高度超过2m时,通过设置串筒辅助下落，且串筒出料口距混凝土浇筑面高度不超过1m，按照模板设计要求，保证混凝土浇筑速度不大于2m/h，泵送混凝土的摊铺厚度不大于60cm，浇筑上实体段混凝土时，应从墩顶及U形槽处从中间向四周浇筑。

⑹、因本桥变截面空心高墩较多，空心段按模板安装高度均需分段浇筑2～4次，每次高度为6m～8m，分次浇筑时，不仅要设置串筒辅助下落，还要保证每次浇筑到已安装模板上口位置平齐，不得随意留置伸缩缝，在混凝土施工缝处接续浇筑新混凝土时，混凝土强度达到2.5Mpa采用人工凿除混凝土表层的水泥砂浆和松弱层，经凿毛处理的混凝土表面应用水冲洗干净，但不得存有积水，对水平施工缝在旧混凝土面上铺一层厚10～20mm、水胶比比混凝土略小的1：2的水泥砂浆，浇筑混凝土期间，设专人检查内模支架、模板、钢筋和各种预埋件等的稳定情况，发现有松动、变形、移位时应及时处理。

⑺、墩身混凝土浇筑振捣采用插入式振捣为主，附着式振捣器为辅。振捣棒采用直径为70mm的插入式振捣棒。插入式振动棒插振间距不得超过其作用半径的1.5倍（其作用范围为50cm），振捣棒振捣时严格遵循插点均匀、快插慢拔、上下抽动的原则，每次振动至混凝土不再下沉、无气泡上升、表面平坦并有薄层水泥浆出现为止，振捣时间约为20～30s，防止过振或漏振；在振捣上层混凝土时，振捣棒插入下层混凝土的深度为5～10cm。振捣棒垂直点振，不得平拉，并防止过振、漏振；当振动完毕需变换位置时，应边振动边竖向提出振动棒，不得将振动棒放在拌合物内平拖；不得用振动棒驱赶混凝土；每个工作面配置四名振捣工人。附着式振动器布置外模上，左右间距为1.5米。按梅花状布置，附着式振动器每个层面上的要集中控制，严禁空振模板；每层混凝土最多振2次，高频振动器为4～6s/次，附着式振动器与外模振动架要密贴，以便混凝土最大限度地吸收振动力。振捣时严禁碰撞模板、钢筋和预埋件；浇筑过程中设专人检查钢筋和模板的稳固性，发现问题及时处理。

3.4 拆模、养护

3.4.1 拆模

待混凝土强度达到2.5Mpa以上时方可拆除非承重模板且应保证其表面及棱角不受损伤。为了保证顺利拆模，可在混凝土浇筑24～48h后略微松开模板。桥墩模板拆除按立模顺序按着自下而上的原则单块、依次拆除。采用人力配合吊车进行，拆除下来的模板及时打磨、上油，并按要求平稳码放。混凝土的拆模时间还应考虑拆模时混凝土的温度（由水泥水化热引起）不能过高，以免混凝土接触空气时降温过快而开裂，更不能在此时浇注凉水养护。混凝土内部开始降温以前以及混凝土内部温度最高时不得拆模，大风或气温急剧变化时不宜拆模。在炎热和大风干燥季节，应采取逐段拆模、边拆边盖的拆模工艺。拆除模板时，不得影响或中断混凝土的养护工作。

3.4.2 混凝土养护

混凝土带模养护期间，采取带模包裹、喷淋洒水等措施进行保湿、潮湿养护，保证模板接缝处不至失水干燥。拆模后马上对混凝土洒水，墩身侧面采用塑料薄膜进行全面覆盖，墩顶采用麻布覆盖养护，内壁定时洒水，保持湿润状态，混凝土养护用水应与拌合用水相同。进行养护的时间不得少于14天。混凝土浇筑完毕要加强内外温差的检测，特别是空心薄壁部分要通过预留通风孔进行通风。混凝土养护期间，对混凝土的养护过程由专人作详细记录。

3.5 变截面空心高墩混凝土施工常见问题及处理方法

表2 变截面空心高墩墩身混凝土施工常见问题及处理方法

4、结论

杭长铁路客运专线浙江段下棚特大桥（中心里程DK291+970.950）空心高墩采用的上述施工工艺及方法是科学合理的，既保证了高墩身施工质量要求，又保证了施工工期要求，并取得了良好的经济效益，为客运专线桥梁空心高墩施工积累了的宝贵经验。