京沪高铁桥梁墩身施工及外观质量控制技术

周彦文

（路桥华东工程有限公司,上海201203）

1 工程概况

丹阳—昆山特大桥昆山段为京沪高速铁路重点工程，设计时速为350 km/h,设计使用年限为100 a。桥墩高度为5～19 m不等，桥墩结构形式主要为双柱墩和空心墩，所有桥墩均采用高性能耐久性混凝土。由于京沪高速铁路是我国第一条高速铁路客运专线，技术新、标准高，为了实现列车高速、平稳、舒适和安全的多层次技术目标，对桥梁和路基的施工提出了更高的要求。对于桥墩(尤其是高桥墩)的施工，如何根据高性能混凝土的特性，在确保内实的基础上，避免大体积混凝土浇注产生裂缝和保证墩身外观质量，提高混凝土耐久性，成了参建单位一个崭新的课题。因此，本文从高速铁路桥梁桥墩的施工工艺出发，对桥墩施工中质量通病的产生及其控制措施进行深入研究。

2 桥墩的施工

2.1 测量放样定位

要在对水准点和导线点进行复测，保证承台定位准确的前提下，完成承台的浇筑。拆模后，由专业测量人员在承台表面放出墩身的横向、纵向中线，再由现场技术人员根据墩身的横向、纵向中线和墩身的几何尺寸定出墩身的外轮廓。复核承台顶部高程，将模板底部支垫平整。

2.2 模板的设计与安装

墩身混凝土表面质量主要取决于模板，而模板的选择和安装质量直接影响着混凝土的外观。在设计模板时，选择不易变形、表面光洁的板材，从而使模板具有足够的强度和刚度，以防止混凝土浇注时，模板产生明显的挠曲和变形。模板加工好后，首先检查模板材料的规格、几何尺寸是否与设计图纸相吻合；其次检查模板结构尺寸是否达到设计要求；最后检查模板平整度、错台、模板连接处是否达到设计及规范要求[1]（见图1（a））。在模板安装前，先进行试拼，在试拼处设置定位梢，对模板接缝、平整度等进行检查，同时进行编号，确保模板的精度和吻合度并保证错台不大于2 mm。随后对每个模板进行除锈、抛光打磨、涂刷模板漆和脱模剂（见图 1（b）、（c））

模板安装时，上下模板的连接定位销必须对齐以保证接缝平整。模板板块之间连接缝必须用2 mm厚、30 mm宽的双面胶带做密封带，即先将双面胶带贴到先安装的一块模板侧螺栓连接处，在下一块模板即将靠拢前再撕去双面胶带上的防粘纸，让两块模板对位后粘贴在一起，拧紧连接螺栓。连接螺栓受力后，双面胶带经挤压起到密封作用，保证模板不漏浆。模板安装完毕后，应进行校正，保证模板拼接质量。在浇筑混凝土之前，模板内的垃圾、木片、刨花、锯屑、泥和脱落的铁皮等杂物,必须清除干净。

2.3 混凝土的生产、运输和浇注

按照高性能混凝土所处结构环境划分，桥墩属于碳化T2环境，要求混凝土强度等级不低于C35。如果按照强度规律发展试配C35墩身混凝土配合比，胶凝材料总量在350～360 kg/m3即可满足要求。但实际上，该配合比很难保证墩身外观质量。当把胶凝材料提高到370～380 kg/m3后，混凝土的工作性能有明显的改变，只要施工工艺合理，就完全能保证混凝土的外观质量。因此，在不过多增加成本的基础上，C35混凝土配合比选用单方胶凝材料用量为370 kg/m3。对混凝土的拌合则采用二次投料法，搅拌时间保持在120～180 s，以保证混凝土的黏稠度和和易性。在混凝土运输时，确保罐车内的清洗水清除干净并保持罐车慢速自转。

混凝土在浇注前先进行坍落度、扩展度试验，测定混凝土含气量和入模温度等指标。各项指标合格后开始浇筑墩身混凝土。混凝土的坍落度对墩身外观影响较大。规范要求墩身混凝土的坍落度在80 mm～180 mm之间，此外，泵送混凝土的和易性要求也较高。因而，根据现场实际情况，混凝土的坍落度控制在160 mm～180 mm之间，墩身外观效果比较好，也便于现场实际操作。在混凝土浇筑过程中，为了保证浇筑的整体性，混凝土由高处落下的高度控制在1 m～2 m之内，超过2 m时，则采用导管或溜槽。对于局部边角部位，采用人工用铁锹端运。浇筑时使砂浆紧贴模板，以便浇筑后的墩身表面光滑。混凝土自由倾落高度如超过2 m，必须采用串筒浇筑，串筒出口离混凝土表面1.5 m左右。混凝土布料应沿模板周边均匀多点布料，单个串筒内的布料量综合考虑振捣情况及分层厚度确定，单个串筒布料不可过多。在浇注过程中不能利用振捣棒长距离导送混凝土，以免引起离析。串筒布置见图2所示。

2.4 混凝土的振捣

混凝土采用机械振捣，振捣时振捣器垂直插入混凝土内，且插至前一层混凝土，插进深度为50 mm～100 mm，同时控制好振动棒落点间的距离。振动棒插入速度快，落点呈梅花形布置，而且相邻各个点的有效作用范围连接起来，以免漏振。同时控制好振动时间，应做到“快插慢拔”。快插是为了防止先将表面混凝土振实而与下面混凝土发生分层、离析现象。慢拔是为了使混凝土能填满振动棒抽出时所造成的空洞。振捣时间根据先前检测的混凝土标准进行调整，振捣顺序为先边后中。混凝土分层浇筑时，每层混凝土的厚度应不超过振动棒长的1.25倍。在振捣上一层时，应插入下一层混凝土中5 cm左右，以消除两层之间的接缝，同时应在下层混凝土初凝前振捣上层混凝土。每一振捣点的振捣时间为20 s左右为宜，待混凝土表面基本液化泛出灰浆、不再显著下沉、不再冒气泡时，方可拔出振动棒。振捣器使用时，振捣器距离模板不宜大于15 cm，也不宜紧靠模板，且应尽量避免碰撞钢筋及各种预埋件。为保证墩身外观颜色一致无二次浇注接缝，混凝土浇注采用一次浇注到顶的办法。混凝土的浇筑应连续进行，如因故必须间断时，其间断时间应小于前层混凝土的初凝时间或能重塑的时间，否则按施工缝处理[2]。

混凝土浇注时，必须经常检查模板、钢筋、沉降观测点及预埋部件的位置和保护层尺寸，发现变形立即校正。在浇注过程中或浇注完成时，如混凝土表面泌水较多，须在不扰动已浇筑混凝土的条件下，采取措施（如海绵）将水排除，继续浇筑时，应查明原因，采取措施减少泌水。混凝土严格按照布料顺序摊铺，浇筑至墩身顶面时，若产生浮浆较多，必须将产生的浮浆清除干净，并做二次振捣。混凝土振捣完成后，应及时修整、抹平墩身混凝土顶面，根据标高点进行收面。待定浆后，再对混凝土顶面进行二次收面，严禁洒水收面以防止过度操作影响表层混凝土质量。

2.5 混凝土的养护与拆模

混凝土的养护要注意季节和天气的变化，注意周围环境温度、湿度的变化，提供养护期间充足的水分。夏天对混凝土做好保湿工作，及时补充水分，保持混凝土表面湿润；冬天做好保温工作，在模板外加盖保温被，延长拆模时间，或采用搭建养护棚，在棚内生火炉煮沸水增温、保湿，并在养护棚内安装温度计。要监测养护温度。混凝土浇注成型，待表面收浆后即对混凝土进行养护，用定做的塑料套从上到下严密包裹，对其进行洒水。用水条件与拌和用水一致，且连续保持14 d以上（见图3）。当混凝土达到一定强度(其强度为2.5 MPa)、拆模不会损坏其表面时，开始拆除模板。采用从上到下、先圆端后平面的顺序进行。墩身外观质量如图4所示。

3 桥墩施工质量通病的产生机理及控制措施

桥墩墩身施工中常见的质量通病主要有：错台、翻砂、流浆、麻面、蜂窝、气泡多、色斑、缺棱掉角、收缩裂缝等。这些质量缺陷不仅影响桥墩墩身表面美观，有的裂纹还可能危及结构的强度。因此，在桥墩施工中，应采取相应的措施控制质量缺陷的发生[3、4]。

3.1 错台

造成错台的原因主要是：模板本身质量问题或工人操作不规范且现场又控制不严造成。处理方法一般是：用打磨机将错台处打磨掉并用黑、白水泥配制同色砂浆对表面进行修补，保证颜色一致。

3.2 翻砂

翻砂现象主要表现为桥墩表面无水泥浆，不光滑，能看到砂子，而且呈竖向分布。形成原因主要是：混凝土坍落度大，在振捣过程中胶凝材料同骨料分离造成混凝土离析，水泥浆上浮，砂子受振动与模板紧贴。解决的方法是：严格控制混凝土的坍落度和振捣时间，混凝土在拌制时要严格按照施工配合比进行配制，到现场后由试验员测坍落度，如过大或过小都坚决不能使用，振捣的时间也不宜过长，不能使混凝土离析。

3.3 流浆

流浆现象主要表现为桥墩表面像流过水泥浆一样，由上而下呈流动状。形成原因主要是：模板加固不牢靠，上下两层混凝土的浇筑间隔时间太长。等底层混凝土已经初凝或将要初凝时才浇筑上层混凝土，这时模板在外力作用下向外侧活动，而底层混凝土由于有一定强度并不跟着活动，这样在模板和底层混凝土之间就形成一个空隙，上层混凝土水泥浆流到这个空隙里。解决的方法是：混凝土要连续浇筑，在底层初凝前就浇筑上层混凝土，同时模板的强度、刚度和稳定性要符合施工要求，保证在施工过程中不发生变形。

3.4 麻面和气泡多

麻面和气泡多主要表现为混凝土表面的气泡太多，象蜂窝状似地密布着。形成原因主要是：高性能混凝土在掺加矿粉后表现得比较粘稠，在坍落度为160 mm～180 mrn时泵送难度相对加大。混凝土到达现场后，个别施工人员为了增加可泵性，对混凝土进行加水，造成混凝土坍落度大于180 mm，虽然这种高性能混凝土在加水后现场看不出泌水，但只要一振捣，就立即出现泌水，或振捣时间不足，从而使混凝土出现麻面、气泡等不良现象。解决的方法是：在混凝土浇注每30 cm捣固一次。混凝土入模捣固前将混凝土拌和物耙平，并使模板边周围的混凝土比中间稍高出10 cm左右再振捣。振捣棒距模板10 cm，振捣点与点之间的距离为15 cm～20 cm。快插慢拔，每处的振捣时间为10 s～15 s，最多不超过20 s。振捣过后应用捣固锤或人工踩踏模板边的混凝土，将个别还滞留在模板边的气泡完全排尽。

3.4 色斑

色斑主要表现为混凝土表面颜色不一致。形成原因主要是：模板本身有污垢，如残留有铁锈或涂刷过多的油和混凝土拌和物干稀不均。解决的方法是：浇注混凝土前，将模板清理干净，不留有铁锈和污渍，在模板表面涂擦一层薄薄的脱模剂。前后浇注的混凝土干稀度尽量保持一致，坍落度不均匀的误差控制在不大于±2 cm范围内。

3.5 表面粘皮

表面粘皮形成原因主要是：（1）脱模剂质量差，涂抹时不均匀或有漏涂，拆模时混凝土部分表面粘结在模板上；（2）浇注混凝土前，模板内表面留有旧灰渣，浇注后旧灰渣粘在凝土的表面，影响光面；（3）拆模时间过早，此时混凝土表面的抗拉强度小于混凝土面和模板面的粘结强度，造成混凝土表面脱皮。解决的方法是：选用好的脱模剂，涂抹均匀且不漏涂；灌注混凝土前将模板内表面的旧灰渣清除干净，并涂刷好脱模剂后再灌注混凝土；适当晚一点拆除模板，待表面混凝土的抗拉强度大于混凝土面和模板面的粘结强度时才能拆除模板。

3.6 收缩裂缝

收缩裂缝主要表现为混凝土表面产生不规则的裂纹，是桥墩墩身外观质量病害中最为常见的一种。形成原因一般有三种：（1）钢筋施工技术不当引起的裂缝，浇筑混凝土时无工作平台，施工人员直接触动钢筋，造成钢筋局部变形，形成素混凝土，混凝土的抗拉能力下降，于是出现无规则交叉混凝土裂纹。（2）干缩应力引起的裂纹，在模板拆除之后，由于墩身表面失水，造成温度变化，而温度变化引起混凝土内部各单元体之间相互约束，产生干缩应力，引起混凝土裂缝。（3）温度应力引起的裂缝，桥墩墩身在浇筑初期，由于水泥水化过程产生大量热量，混凝土内部迅速升温，但混凝土导热性能差，在其内外形成温度梯度，混凝土表面受拉，内部受压，当应力超过混凝土抗拉强度时，混凝土表面即产生裂纹。由温度应力引起的混凝土表面裂纹在大体积混凝土施工中尤为突出。控制收缩裂纹可以采取的措施有：选择低中热水泥，在确定混凝土强度及坍落度的情况下，选用大粒径骨料、合理的集料级配，通过掺粉煤灰、减水剂来减少水泥用量，从而降低水泥的水化热。对原材料进行预冷，降低混凝土从拌和、运输至入模时的温度。在施工时，搭设工作平台，避免人员、机械对钢筋的扰动。在钢筋网之间增加横向、竖向支撑钢筋，焊接成钢筋骨架，增加钢筋骨架的刚度和稳定性，以保证钢筋位置的准确，防止钢筋施工不当引起混凝土裂缝。控制拆模时间，以防拆模时降温造成更大的温度应力。

4 结语

针对高速铁路桥梁高标准、高要求、“零缺陷”的质量目标，对京沪高铁桥梁桥墩的施工工艺及施工中出现的质量缺陷进行了研究，提出了桥墩墩身外观质量控制方法。通过在丹昆特大桥桥墩施工实践证明，上述控制措施可以有效地防止桥墩墩身在施工中出现常见的质量通病，取得了良好的质量效益和经济效益，值得在类似工程施工中借鉴。

[1]铁道科学研究院.铁路混凝土结构耐久性设计暂行规定[M].北京：中国铁道出版社，2005.

[2]铁道科学研究院.铁路混凝土工程施工技术指南[M].北京：中国铁道出版社，2005.

[3]姚军军.大体积墩身混凝土施工裂缝控制[J].铁道建筑，2005.

[4]张应立.混凝土全过程质量管理手册[M].北京：人民交通出版社，2006.