兴延高速公路梯子峪特大桥施工质量控制

段 宇

（中铁十二局集团有限公司，山西 太原 030024）

0 工程概况

北京兴延高速公路南起昌平西北六环双横立交，北至延庆京藏高速营城子立交收费站以北，路线全长约42km，是全国首例公开招标建设的高速公路政府与社会资本合作（PPP）项目，近期服务于2019 年延庆世园会，远期与延崇高速公路相接为2022 年冬奥会提供交通保障，形成北京西北方向第三高速通道，并成为京津冀一体化路网格局的重要组成部分。梯子峪特大桥主墩高48m，最大跨度达152m，这是目前为止北京高速公路跨度最大的桥梁。梯子峪特大桥梁部采用挂篮悬浇施工，墩身高、跨度大、节段多，施工技术难度大、安全风险高、工期紧，是北京兴延高速公路的重点控制性工程。承台结构内部裂缝和贯通裂缝对混凝土寿命影响极大，承台基础一旦出现问题，不但维修困难，而且对墩身和挂篮连续箱梁施工都会产生影响，严重损害桥体质量，保证承台大体积混凝土质量是承台施工的重点；桥墩是桥梁构造物用以支撑桥梁上部荷载的结构，保证桥梁正常使用，一旦桥墩出现偏位超限，不仅影响桥墩的外观美感，更重要的是会极大地削弱桥墩的承载力和稳定性，缩短桥梁的使用寿命，为了消除存在的质量隐患，桥墩线型控制方案是非常重要的。综合以往施工经验，大体积混凝土承台施工裂缝和高墩线型控制是两大质量控制难点，要在项目实施过程中重点采取措施加以克服。

1 承台施工防裂控制要点

梯子峪特大桥共四个承台，浇筑体积分别为1140m³、1050 m³、957.6 m³、882.0 m³，均采用C40 钢筋混凝土结构。计划在混凝土施工过程中采取相应措施控制裂缝，解决一次性连续浇筑施工中的主要问题。混凝土收缩和内外部温差的叠加形成的收缩应力和温差应力是导致较大体积混凝土浇筑后出现裂缝的重要因素。消除砼连续浇筑后在初凝和终凝过程中的裂缝，可以提高大体积混凝土施工质量，必须在施工前从混凝土配合比设计、施工工艺、初凝和终凝过程养护等方面采取技术措施：1）混凝土配合比设计时水胶比低，水泥含量偏高，容易导致体积大的混凝土浇筑后出现裂缝多的现象，在砼初凝和终凝时释放大量热量，温缩变形较大；若混凝土中水的配比较高，在凝结过程中，对体积收缩和塑性变形的影响较大，也容易产生较多的裂缝；混凝土表面的凝固速度要快于混凝土内部凝固速度，也是导致大体积混凝土凝固过程中产生裂缝的重要原因之一[1]。综上在大体积混凝土配合比设计时，优先选用低水化热的矿渣硅酸盐水泥、粉煤灰硅酸盐水泥和火山灰硅酸盐水泥，骨料选择含泥量低的级配碎石和天然砂，在优化砼配合比时，确保混凝土强度和稳定性的前提下，选择水泥用量低的配合比，通过添加粉煤灰、减水剂等外加剂调整配合比。采用密实骨架堆积法混凝土配合比设计，减少胶凝材料水泥的用量，使用矿粉及粉煤灰代替部分水泥，提高混凝土耐久性和稳定性，降低水化热，防止裂缝。2）混凝土拌合及运输，尽量降低原材料的入仓初温，现场设置带顶棚的料仓，避免粗细骨料曝晒，拌合用水宜采用冷水，水温较高时可在水箱内加入冰块降温，物料输送带使用全封闭顶棚进行包裹。保证混凝土搅拌的均匀性，首先应保持物料供应的一致性和连续性，严格按照实验配合比的投料数量和制拌时间要求，及时抽检制拌混凝土的塌落度是否满足要求。砼运输根据道路通行条件，合理安排混凝土运输车辆，应避免运输车辆现场等待时间太长，若等待时间较长，入模前应进行二次搅拌，确保混凝土的均匀性，尽量保持匀速浇筑和连续供应。3）夏季混凝土浇筑宜选择在傍晚、夜间浇筑，因为此时气温偏低，混凝土入模温度偏低，浇筑混凝土时从短边开始，沿长边方向进行浇筑，要求在逐层浇筑过程中，第二层混凝土要在第一层混凝土初凝前浇筑完毕，降低混凝土初始入模温度；振捣时不能只振捣混凝土表面，振捣棒应插入浇筑层深度5cm 以上，消除新旧层的分层现象，操作时快插慢提，出现浮浆和没有气泡冒出止，防止过振和漏振。混凝土收面时，要进行2～3次搓平、抹压。现场须配备应急电源，发生停电时，能确保浇筑正常进行，放置减水剂、缓凝剂，保温保湿覆盖材料备用。4）承台内部布置降温循环水管，混凝土浇筑后水化热反应迅速，混凝土内部温度较外部偏高，容易引起开裂，预埋钢管注水，让水流在混凝土内部流过，以降低混凝土内部温度；在承台钢筋安装完成后，安装循环水冷却管。冷却水管采取绑扎和焊接的方式固定在支撑钢筋上，冷却水管布置与承台钢筋冲突时，适当调整冷却水管的位置，确保主筋满足设计要求，冷却水管预留的进出水口要高出承台表面0.6m以上，混凝土浇筑完成即可通水冷却，设置据承台一定距离的循环水池，可以使出水冷却循环使用，达到节水的目的，通水时间和水流速度主要依据测温孔获得的内部温度决定，一般通水时间不少于一周，冷却结束后冷却水管用C40 微膨胀水泥浆填充密室。梯子峪特大桥左、右幅承台，在承台内布置双层降温管，管径50mm 的钢管，壁厚不小于3mm，弯头采用高压钢丝管连接，接头必须保证不漏水。混凝土浇筑前注满冷却水防止管道堵塞。降温管埋设布置如图1。

图1 冷却水管布置示意图

浇筑后及时覆盖洒水，由于混凝土表面水分损失较快，容易引起混凝土表面开裂，及时覆盖洒水有利于混凝土强度上升及混凝土表面不易开裂。浇筑完成后，通过测温孔动态记录混凝土内部温度变化，根据内部温度变化进行养护，及时调整措施，将内外温差控制在设计允许范围内，混凝土内温测温孔应预留在有代表性的位置，所有测温孔按顺序编号[3]，预埋管壁较厚内径1cm 的PVC 管材，埋深200cm，管外壁刷脱模剂，混凝土浇筑后分几次转动，待混凝土初凝后方可取出，孔口设置保护盖防止堵塞，安排实验员和技术员为一组，每天不少于4 次测温，持续时间不少于一周，测温时出现温差大于20℃，应加快循环冷却水管的循环速率，循环水池中加冰块降低水温，达到缩小温差的目标，测温和循环冷却持续一周后，若内外温差仍然大于20℃，则需要持续测温并通水降温，直至内外温差持续低于20℃至。

2 墩身施工线型控制要点

左幅主墩墩身为C45 混凝土1524.1m3，钢筋432.266t；右幅主墩墩身为C45 混凝土1245.1m3，钢筋366.108t。墩身模板采用定型钢模，翻模施工，施工操作台支撑固定在外模板的横肋上，施工人员在操作台上进行模板固定、钢筋绑扎、混凝土浇筑，养护、拆模等工序，操作台随外模标准节提升。施工要点是测量控制、模板安装质量、混凝土浇筑及养护。

综合模板的拉杆的抗剪、混凝土与模板的黏结力、模板的整体受力、模板高度、稳定性和实用性，将高度确定为为225cm，模板横向主肋和竖向主肋采用槽钢（[16 型、[8 型），中横肋使用扁钢（厚1cm），纵横向边主肋使用角钢，面板厚度6mm 钢板。内外模板通过T 型φ20 对拉杆连接固定。

2.1 墩身模板的配置

模板配置由调节段和标准段组成，详见附图。标准段由内外模各两节，每节高度2.25m，一次支立而成，分层浇筑高度为2.25m，模板接缝采用螺栓接头，栓孔制作精度要求：定位误差不大于2mm，倾斜角误差不大于1.5mm，孔位误差不大于1mm，空心墩主墩每个墩身配备两套模板。

2.2 模板安装

模板出厂验收合格，现场处理满足施工需要方可使用。墩身钢筋安装完毕后先安装外侧模板，再安装内侧模板，加固内外模板。施工过程中，上层模板立在已浇筑混凝土的模板上，先安装外模，再安装内模，两组模板交替翻用，保证模板安装牢固稳定。相邻两块模板采用螺栓连接、内外模间设T 型拉杆，拉杆按模板预留孔洞安装，穿PVC 管保护，以便利于拆模和避免墩身砼内形成孔洞。

2.3 模板的精调

模板组装成形后，全部螺栓都应留少量松动空间，便于精调。通过测量确定调整方案，前后偏斜可通过手拉葫芦拉调整至合理位置，左右偏斜可在模板底边的倾斜方向一端塞加垫片调整实现。用橡胶条填塞模板之间的缝隙，避免漏浆。模板制作精度和起始模板的调整精度调整好后，翻模施工每次的调整幅度很小。调整合适后，拧紧螺栓，复验合格，即可进行下道工序。

2.4 测量控制

墩身定位控制采用全站仪极坐标制法，墩身施工测量控制技术要求见表1。定位前，利用墩身设计的横向、纵向坐标和墩身中心的设计坐标，计算墩身一定高度处断面点的设计坐标。结合现场已经建立的首级测量控制网，将全站仪架设通视良好的控制点上，在待定的墩身断面角点上架立反射镜，设计坐标与测量该点的坐标对比。误差在±15mm 以内，确认已定位在预定的设计位置上，若超出误差范围，根据ΔX、ΔY对模板进行调整并复测其坐标，直到满足误差允许值为止，以消除模板施工在高温、大风、自身荷载下的变形[2]。施工完成后四个桥墩每2m 高选取一个平面，每个桥墩选取20 个断面，共选取80 个断面进行了复核，每个桥墩选取平面Ai、Bi、Ci、Di四个顶点进行偏差检查，统计见表2，经复核控制效果良好，并对墩顶的中线位置进行复核，位置偏差均在±5mm 内，复核结果显示该方法对墩身定位控制效果较好。

表1 墩身施工测量控制技术要求

表2 平面偏差复测数据统计表

2.5 墩身混凝土施工工艺控制

2.5.1 混凝土进场检测

严格控制进场混凝土质量，对进场的每车混凝土必须进行坍落度检测，满足160mm～200mm 的试配要求后方能进行浇筑。保证混凝土浇筑连续进行，且混凝土搅拌车现场等待时间不超过2h。

2.5.2 混凝土浇筑

砼的垂直运输30m 以下采用汽车泵一次输送到位，超过30m 的采用地泵输送。地泵选择在墩身小里程左侧面，搭设支架并与墩身连接，保证泵管稳固竖直伸到墩顶。由于每次浇筑高度均大于2m，需要在泵管前增加2m 长软管，泵送时伸入模内，落差小于1m，确保混凝土不离析。在混凝土浇筑时，不断检查模板、钢筋和预埋件的牢固性，发现变形、松动、移位时立即采取对应措施处理。

2.5.3 混凝土振捣

混凝土采用分层浇筑施工，分层振捣。分层浇筑厚度不大于30cm，配备4 个50 型振捣棒同时振捣，在振捣上一层时混凝土时，应插入下层混凝土中5cm 以上，消除上下两层之间的浇筑接缝，上层混凝土振捣，应在下层混凝土初凝之前完成，确保墩身混凝土振捣密实，且不允许靠模板振动，操作时避免碰撞钢筋。每个振捣点持续时间20s～30s 为宜，目测以混凝土表面不再下沉，出现均匀的浮浆和不再冒气泡为宜。

2.6 模板拆除

混凝土强度能保证其表面及棱角不受损坏时方可拆模，拆除时重点保护墩身棱角部位。将拆除模板与上面已浇筑完毕的模板上下用手拉葫芦挂紧，并用两条钢丝绳连接上下节模板，拆除周边螺栓和与上模板连接螺栓，使拆除模板脱落，施工指挥员指挥塔吊落钩吊住脱落的模板，之后缓慢放松葫芦，使拆下的模板由塔吊吊住，之后施工人员撤离，指挥员指挥塔吊起吊，将拆下的模板逐个拆卸，模板处理后再安装于已浇筑模板上方，顺利完成翻模作业。

2.7 翻模施工

翻模施工简图（图2），待混凝土浇筑完毕终凝后，按照墩身施工工艺流程（图3），再继续绑扎钢筋，拆除第一层模板，并将与外模配加的相应的内模翻升至第四层，每模浇筑高度2.20m 混凝土，形成循环作业，直到符合设计标高。

图2 墩身翻模施工简图

图3 墩身施工工艺流程

3 结论

笔者参与了梯子峪特大桥施工安全质量管理，该工程于2019 年5 月获得了北京市政工程行业协会颁发的“北京市政基础设施结构长城杯工程金质奖证书”。该文重点阐述了施工过程中承台混凝土的配合比设计、施工工艺及养护方式等措施，控制混凝土的浇注温度、水泥水化热温度、混凝土表面温度和内部最高温度，避免承台混凝土出现内部裂缝、贯通裂缝和表面裂缝；桥墩位置偏差控制措施主要从模板配置、模板拼装、安装精度控制等方面进行管理，复测墩身偏位均在允许范围内，控制措施得当。对现场施工采取的质量管理措施进行梳理，对大体积钢筋混凝土承台和高墩偏位控制两个关键环节进行总结，为类似山区高速公路大跨径桥梁下构施工质量控制提供借鉴。