从新港铁路刘家湾大桥浅议墩身施工及外观质量控制技术

从新港铁路刘家湾大桥浅议墩身施工及外观质量控制技术摘要：该文以新港铁路滠口至黄州线滠口至香炉山段刘家湾大桥为工程背景，详细阐述了铁路桥梁桥墩的施工工艺 ，着重研究了桥墩墩身施工中质量通病的产生机理，提出了保证墩身外观质量控制的措施，为今后铁路桥梁桥墩的施工提供参考。关键词：墩身施工 质量通病 控制措施1、工程概况 刘家湾大桥位于武汉市黄陂区滠口街刘家湾，中心里程为WDK1+746.98，设计时速为120km/h，使用年限为100年。其孔跨布置为1416m,共计13个桥墩和2个桥台，全长251.12m。桥墩高度为59m不等，桥墩结构形式主要为圆端形实体桥墩，所有桥墩均采用高性能耐久性混凝土。对于桥墩的施工，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筑产生的裂缝和保证墩身外观质量，提高混凝土耐久性，成了参建单位崭新的课题。因此，本文从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、桥墩施工2.1 墩身施工工艺流程如下图：2.2接茬面凿毛清理 在模板拼装前，先将承台与桥墩的接茬面用风镐凿毛，并在浇筑混凝土之前清除模板内的垃圾、木片、刨花、锯屑、泥和脱落的铁皮等杂物。2.3测量放样定位 施工前要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顶面放出墩身的横向、纵向中线，在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。2.4钢筋施工 钢筋进场必须有相应的出厂合格证喝试验报告单，试验合格后才能使用。使用前将表面杂物清除干净。钢筋平直，无局部弯折。各种钢筋下料尺寸均按技术交底进行。 刘家湾大桥墩台钢筋由架子队钢筋棚统一下料加工，运至现场进行绑扎安装。绑扎场地要求平整，并搭设脚手架作为绑扎平台。钢筋的制作和安装必须符合现行规范和验标要求。钢筋骨架要求绑扎适量与混凝土同标号砂浆垫块，以保持钢筋在模板中的准确位置和保护层厚度。 安装钢筋时，钢筋的位置和保护层的厚度均应符合设计要求。钢筋安装前，先根据设计图纸的钢筋间距划好线，然后进行绑扎。绑扎的钢筋要求横平、竖直，规格、位置、数量、间距正确。 墩身与顶帽连接钢筋，制作成型后，吊入模板内。为保证浇筑混凝土时钢筋保护层厚度，且必须保证在混凝土表面看不到垫块痕迹，因此我们在钢筋骨架外侧绑扎梯形的同等级砼垫块以减小垫块外露面积，增加混凝土表面的美观性。2.5模板安装2.5.1模板制作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。刘家湾大桥依照设计图纸选用的是100:1的大块整体刚模板，模板选用大于6mm厚钢板面板，模板框架采用14#槽钢，加劲肋采用50mm等边角钢加固。2.5.2立模前要求立模之前应将承台顶面冲洗干净，承台与墩身接触面应做凿毛处理。立模板之前，在承台的墩身边缘打一层砂浆找平层，厚度以现场抄平交底为准。中间填塞木楔。以保证墩身模板在养护期间有一定的伸缩空间，避免由于温度应力产生混凝土裂纹。立模板时以技术部门在承台上放样的墩轴线为模板轴线进行拼装。墩身、托盘、顶帽一次性整体灌注，模板安装要与钢筋安放协调进行。墩台模板安装容许偏差（mm）序号项 目允许偏差检验方法1前后、左右距中心线尺寸10测量检查每边不少于2处2表面平整度31m靠尺检查不少于5处3相邻模板错台1尺量检查不少于5处4空心墩壁厚3尺量检查不少于5处5同一梁端两垫石高差2测量检查6墩台支承垫石顶面高程0，-5水平仪测量7预埋铁件和预留孔位置5纵横两向尺量检查2.5.3模板处理进场验收合格后的模板要经过处理才能进行拼装。钢模板处理要经过如下工序：清洗；打磨；灰浆抹面；打磨刨光；干燥；均匀涂刷脱模剂（机油加色拉油）；凉干；经过3小时后重新涂刷；保养看护。已经使用过的模板重复利用要经过如下工序：清洗；干燥；除锈；均匀涂刷脱模剂；凉干；经过3小时后重新涂刷。模板在拼装之前必须严格进行除锈处理，包括承台与墩身连接钢筋也应进行除锈。 模板的拼装模板进行安装前，先对模板进行试拼，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1mm。刘家湾大桥墩身模板采用人工配合汽车吊拼装，并在墩身四周搭设钢管脚手架作为施工平台。每吊装一节模板都要检查一次模板的垂直度及几何尺寸，无误后才能继续拼上层。模板拼缝用双面胶填塞，不得有缺漏现象，模板之间使用螺栓连接，两面采用对拉钢筋加固，对拉钢筋每侧螺帽至少使用2个。模板拼装时，严格控制板与板之间的错台不得大于1mm。超过1mm时，通过调节模板使错台消除，如无法调节时采用打磨的方式消除。对拉钢筋及螺帽每次使用前应进行检查。检查对拉钢筋及螺帽是否滑丝，对拉钢筋是否有截面削弱，如发现有上述问题立即更换对拉钢筋及螺帽。槽钢两端（对拉钢筋边）加焊2块钢板（厚6mm）补强，更换对拉钢筋时不得擅自加工，应及时和现场管理人员汇报，由项目部组织加工。模板拼装完毕，混凝土灌注前，要对对拉钢筋专人检查，记录。发现问题及时处理。针对技术交底，按照交底尺寸，在拼装过程要随时检查、校正。对于模板上的预留孔尺寸要按照交底尺寸进行检查，发现问题要及时通知技术人员确认。模板安装好后，检查轴线、高程符合设计要求，保证模板在灌注混凝土过程受力后不变形、不移位。模板内干净无杂物，拼合平整严密。 模板的维护灌注过程要安排专人负责观察、记录模板的情况，随时检查对拉钢筋松紧程度，使对拉钢筋受力均匀。混凝土振捣过程尤为重要，注意在振捣时不能触碰到对拉钢筋、模板，以免使对拉钢筋震动，使螺帽松脱。模板外侧的槽钢，在对拉钢筋两侧加焊两块钢板，增强槽钢强度。2.6混凝土的生产、运输和浇筑2.6.1配比选用按照高性能混凝土所处结构环境划分，刘家湾大桥桥墩施工属于碳化T2环境，设计使用年限100年，要求混凝土最低强度等级为C30，最大水胶比为0.50 kg/ m3，最小胶凝材料用量为300kg/m3，最大碱含量为3.0kg/ m3，最大Cl-含量为胶凝材料总量0.10%。实验室根据混凝土原材料品质、设计强度等级、耐久性以及施工工艺等要求，通过试配、调整，最终确定出强度等级为C30的墩身配合比，水泥（武汉亚东）：粉煤灰（阳逻）：河砂（湖北黄陂）:碎石（湖北黄陂）：外加剂（深圳奥维邦）：水（井水）=264:86:764:1146:3.15:140，水胶比为0.40 kg/ m30.50 kg/ m3，胶凝材料用量350 kg/ m3300 kg/ m3，最大碱含量1.97 kg/ m33.0kg/ m3，最大Cl-含量为胶凝材料总量的0.07%0.10%。2.6.2混凝土生产混凝土由搅拌站集中搅拌，搅拌混凝土前由搅拌站试验员严格测定粗细骨料的含水量，然后根据含水量推算出施工配合比。新港搅拌站使用的是HZS120型强制式搅拌机，混凝土原材料计量最大偏差控制在：胶凝材料（水泥、矿物掺合料等）为1%;外加剂为1%；粗、细骨料为2%；拌合用水为1%,混凝土最短搅拌时间为1.5min。在施工温度较高时，采用拌和混凝土时加冰或用水将骨料冷却以降低混凝土的浇筑温度或采用夜间灌注。冬季施工混凝土配合比应进行调整，选用较小的水灰比和较小的坍落度，合理选用外加剂。在拌合用水及骨料温度不满足要求的情况下，可通过热工计算和实际试拌，使用锅炉对拌合用水及骨料进行直接加热。水泥不得直接加热，宜在使用前运入暖棚内预热。且冬季拌合混凝土的时间宜较常温延长50。2.6.3混凝土运输混凝土的运输能力应适应混凝土的凝结速度和现场浇筑的速度要求,使现场浇筑工作不间断。为了使混凝土运到浇筑地点时仍保持均匀性和规定的坍落度,因此要求搅拌站负责人要及时了解路途的交通情况,与现场加强沟通,妥善安排车辆,并且提醒现场做好一切施工准备工作,保证搅拌运输车到达现场后,能够及时浇筑。值得注意的是混凝土搅拌运输车在行驶过程中应选择平顺、坚实的道路行走,减少混凝土的震荡,搅拌车的转速宜在24r/min,混凝土运量宜为容器容量的2/3。混凝土在运输过程中不应发生离析、漏浆；严重泌水及坍落度损失过多等现象。冬季施工时，为防止加温混凝土在运输过程中散热过快，可对混凝土运输搅拌车车罐周身包裹泡沫塑料保温被，并用铁丝固定来对混凝土进行保温。另外，为减少混凝土在运输过程中散热，路面状况的好坏至关重要，首先要保持路线畅通、无堵塞，再者就是保证路面无坑坑洼洼，三是修筑路线无急弯，拉直、缩短混凝土运输距离。2.6.4混凝土浇筑刘家湾大桥的桥墩高一般在59m不等，混凝土浇筑时采用吊车吊斗输送，吊斗的容量2V2.5m3。混凝土由墩顶输送到墩底部时，为保证浇筑的整体性，混凝提由高处落下的高度应控制在12m内，我们采用串筒浇筑，串筒出口离混凝土表面在1.5m左右。混凝土采用分层浇筑，分层厚度不大于30cm。灌注过程中，中间部分混凝土要高于两侧混凝土，不得使用振捣棒进行推赶到两侧，堆积混凝土要求人工用锹进行转移。混凝土采用插入式振捣棒捣固密实，振捣时振捣棒垂直插入混凝土内，且插至前一层混凝土，插进深度为510cm，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造成的空洞。在振捣上一层时，应插入下一层混凝土中5cm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20s左右为宜，待混凝土表面不再显著下沉、无大量气泡、表面浮出灰浆为准。振捣棒使用时应距离模板不大于15cm，也不宜紧靠模板，且应尽量避免碰撞钢筋及预埋件。为保证墩身外观颜色一致，无二次浇筑接缝，混凝土浇筑采用一次浇筑到顶的办法。混凝土的浇筑应连续进行，如因故必须间断时，其间隔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。在混凝土浇筑过程中，随时观察所设置的预埋螺栓、预留孔、预埋支座的位置是否移动，若发现移位时及时校正。注意模板、支架等支撑情况，设专人检查，如有变形，移位或沉陷立即校正并加固。在浇筑2#墩身混凝土的过程中，我们发现混凝土表面泌水较多，在不扰动已浇筑混凝土的条件下，采取用海绵吸水的措施将水排除。查明原因是由于混凝土有部分离析而产生泌水，遂对罐车内混凝土进行二次搅拌，以保证混凝土的和易性及保水性。混凝土浇筑完成后，及时修正、抹平墩身混凝土顶面，根据标高进行收面。待定浆后，再对混凝土顶面进行二次收面，禁止洒水收面，以防止过度操作影响表层混凝土质量。混凝土浇筑完成后，及时用塑料薄膜包裹并定时洒水养护。2.6.5混凝土养护养护是墩身混凝土施工的一项重要环节，混凝土内部前15天温度波动较大，最高温度多数发生在浇筑后的3天左右。当混凝土内部与表面温差过大时，就会产生温度应力和温度形变，导致混凝土开裂。混凝土灌注完毕后，应及时按温控技术措施的要求进行保温养护。刘家湾大桥采用外裹黑心棉加彩条布的方式对墩身混凝土进行保温，在混凝土浇筑前，在混凝土中埋设循环冷却水管，降低混凝土内部温度，以改善混凝土内部和表面温差，防止混凝土产生温度应力和温度变形，导致混凝土开裂。循环水管的进水温度要求控制小于出水温度20度，混凝土表面温度与循环水出水温度差须小于20度，待出水温度与环境温差小于3度时方可撤除循环水，并派专人对循环水进行测温记录。另外，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；冬天要做好保温工作，在模板外加盖黑心棉或保温被，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。当混凝土达到一定强度（其强度为2.5Mpa），并且拆模不损坏其表面时，开始拆除模板。拆除顺序为从上到下、先圆端后平面的顺序进行。 墩身外观质量 彩条布包裹养护3、桥墩施工质量通病的产生机理及控制措施桥墩施工中常见的质量通病主要有：错台、翻砂、流浆、蜂窝、麻面、气泡多、色斑、缺棱角、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。3.1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的。模板在拼装的过程中，要严格控制接缝处的拼装，确保模板的精度和吻合度并保证错台不大于1mm。发生错台后的处理方法一般是：用打磨机将错台处打磨掉，并用与混凝土同标号的水泥搭配白水泥调配同色砂浆对其表面进行修补，保证颜色一致。 错台3.2翻砂翻砂现象主要表现桥墩表面无水泥浆，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置，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。刘家湾大桥2#墩身在混凝土灌注过程中发现有部分混凝土坍落度过大，且有部分离析现象，遂对罐车内混凝土进行二次搅拌，以保证混凝土的和易性及保水性。 翻砂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时间隔时间太长。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蜂窝蜂窝的主要表现为混凝土结构局部出现酥散，无强度状态。形成主要原因是：混凝土配合比不当或砂、石子、水泥材料加水量计量不准，造成砂浆少、石子多；混凝土搅拌时间不够，未拌合均匀，和易性差，振捣不实；下料不当或下料过高，未设串筒使石子集中，造成石子砂浆离析；混凝土未分层笑料，振捣不实，或漏振，或真到时间不够；模板缝隙未堵严，水泥浆流失；钢筋较密，使用的石子粒径过大或坍落度过小。解决的办法是：认真设计、严格控制混凝土配合比，经常检查，做到计量准确，混凝土拌合均匀，坍落度合适；混凝土下料高度超过2m应设串筒或溜槽；浇灌应分层振捣，防止漏振；模板缝应堵塞严密，浇灌中，应随时检查模板职称情况防止漏浆。当出现蜂窝后，应先将蜂窝洗刷干净后用与混凝土同标号的水泥搭配白水泥调配同色砂浆对其表面进行修补，保证颜色一致。如蜂窝较大，清除困难，可埋压浆管、排气管，表面摸砂浆或灌筑混凝土封闭后，进行水泥压浆处理。3.5麻面麻面的主要表现为：混凝土局部表现出现缺浆和许多小凹坑、麻点，形成粗糙面，但无钢筋外露现象。形成的原因是：模板表面粗糙或粘附水泥浆渣等杂物未清理干净，拆模时混凝土表面被粘坏；模板未浇水湿润或湿润不够，构件表面混凝土的水分被吸去，使混凝土失水过多出现麻面；模板拼缝不严，局部漏浆；模板脱模剂涂刷不匀，或局部漏刷或失效。混凝土表面与模板粘结造成麻面；混凝土振捣不实，气泡未排除，停在模板表面形成麻点。解决办法为：模板表面清理干净，不得粘有干硬水泥砂浆等杂物，浇灌混凝土前，模板应浇水充分湿润，模板缝隙，应用油毡纸、泡沫胶等堵严；混凝土应分层均匀振捣密实，至排除气泡为止。 蜂窝麻面3.6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合物干稀不均。解决的方法是：浇筑混凝土前，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。前后浇筑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2cm范围内。 色斑3.7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）浇筑混凝土前，模板内表面留有旧混凝土渣，浇筑后旧混凝土渣粘在新混凝土面，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的粘结强度，造成混凝土表面脱皮。解决的办法为：选用好的脱模剂，涂抹均匀且不漏涂；混凝土灌筑前将模板内表面的旧混凝土渣清除干净，并涂刷好脱模剂后再灌筑混凝土；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。3.8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。形成原因有：（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