青藏铁路三岔河特大桥空心墩施工技术

青藏铁路三岔河特大桥空心墩施工技术1前言青藏高原自然条件恶劣，比较突出的是高寒、低氧、风多、风沙大、干旱、严冬季节长。恶劣的气候条件给大桥高墩施工带来很大困难和一些新课题。三岔河特大桥地处海拔3760m的高寒、低氧、大风区。年平均气温6.7℃，最低温度-33.6℃，最大冻深2.2m,平均气压65.218Mpa，含氧量每立方米160克，分别是海拔1000米以下的65%和62%，冬季大风日数高达每月20天左右，但多为山谷阵风，阵风多高达6级以上，且气候变化无常，刚才还阳光灿烂，一会就会风雪交加，飞沙走石。本文根据青藏铁路三岔河特大桥空心墩在高原、低氧、大风条件下的施工技术做简单介绍。2工程概况三岔河特大桥是青藏铁路第一高桥，也是青藏铁路重点控制工程之一。它位于纳赤台上游约15公里处，中心里程为DK920+509，桥全长690.19m，设计为1-24m+20-32m预应力混凝土梁，总圬工量30000立方米。开工时间2001年8月25日，竣工时间2002年7月24日，总施工工期11个月，且为冬期施工。全桥位于R=800m、L=150m反向曲线及夹直线上，夹直线长428.27m，纵坡向拉萨方向上坡6‰和16‰。3#～19#共17个墩为圆形空心墩,空心墩平均高度达42m,墩身最高达52.1m.3#～6#墩墩身外坡比为46：1,内坡比为65：1;7#～19#墩墩身外坡比为45：1,内坡比为70：1;其中,3#～6#墩墩顶部壁厚为30cm;7#～8#墩墩顶部厚为35cm;9#～19#墩墩身顶部壁厚为50cm。2.1施工工艺流程2.1.1、底部实心段：准备工作→外脚手架搭设及围护→钢筋绑扎→外模板安设→混凝土浇筑→混凝土养护→空心段施工2.1.2空心段：外脚手架搭设→围护→钢筋绑扎→内脚手架搭设→内、外模安设→砼浇筑→砼养护→下部模板拆除（同时进入下一个循环到顶部实心段）→另一墩施工2.1.3顶部实心段及托盘：立实心墩顶模→立托盘模板→钢筋绑扎→浇筑托盘→养护→墩内外附属工程施工→内外脚手架及模板拆除→另一墩施工2.2施工准备工作2.2.1承台施工完毕并用暖棚养护到规定强度，对承台顶进行抄平以及放出中心点，复核预埋钢筋是否有误。2.2.2承台表面进行凿毛，并清洗干净。2.2.3对模板的检查处理：对表面焊渣、铁锈、污渍进行清除，保证表面清洁光滑。对尺寸、编号进行复核，对因加工或运输中造成的变形进行调整。对模板内侧刷油，并控制好刷油厚度及均匀性。承台基坑回填并进行平整夯实，为脚手架施工提供便利；承台四周10m范围内平整，为墩身施工提供场地。2.3脚手架的搭设、暖棚及拆除2.3.1外脚手架的搭设每个桥墩外搭设双排脚手架，作为施工操作架以及上人斜道。操作架、上人斜道的宽度为1.5m，层距为3.0m，搭设成八边形，内侧与墩身底部的外边距离为50cm；操作平台及上人斜道满铺竹排，用铁丝固定，并设防护栏杆和安全网。脚手架每次的搭设高度总高于墩身施工高度5～10m，为保证脚手架的稳定性，采取以下措施：Ⅰ、每两步脚手架内侧采用剪刀撑加固，外脚手架不得与模板相连。Ⅱ、随着脚手架的增高，从底部向上每隔1.5m高将外脚手架与墩身用钢管锁定。Ⅲ、从底部向上每隔6m高用ф14的缆风绳与预埋地锚连接加固。2.3.2内脚手架的搭设内脚手架立于实心段砼之上。立脚手架时，尽量少占空间。以保证内模的安拆。一次搭设高度应根据外侧模板的立模高度和钢筋长度而定，当钢筋长度为9m，脚手架和外模高度差应不少于9m。脚手架的加固按实心段要求进行。内脚手架搭设成井架形式。内脚手架设上人爬梯，作为人员上下的通道。为便于内模的拆除以及钢筋的连接与绑扎，内脚手架局部位置可临时搭设长竹排或木板，在作业完成后再行拆除。在每次墩身将要施工的顶部位置在脚手架上搭设作业平台，作为砼施工的作业场地。考虑到内模拆除以及输送泵管工作时对架子的震动，在内模未拆除的部位，横向钢管端部应离内模50cm，内模拆除后，再用较长钢管和墩身内壁锁定，确保井架的稳定。2.3.3暖棚用5m×10m蓬布（周边双排扣）将脚手架的外侧从下至上全部围护，蓬布与蓬布之间用麻绳连接，蓬布与脚手架之间用铁丝固定，顶部用蓬布进行覆盖并与外侧蓬布连接（顶部蓬布随施工高度的增加采取活动式），各连接应牢固、严密，给冬期施工提供良好的作业空间，同时给墩身砼提供一个理想的养护空间。为防大风用ф12钢筋焊接连成50cm×50cm钢筋网防风罩遍挂蓬布外侧。2.3.4脚手架的拆除待托盘施工完毕并养护到设计强度75%后，将顶部墩身外模和托盘模板一并拆除，把墩身外侧的附属工程施工完毕后，即可拆除外脚手架和暖棚。在割除顶部实心段的底模的预埋工字钢并拆除底模后进行内架拆除，在拆除的过程中，进行墩身内部附属工程的施工，做到脚手架拆除完毕，墩身也施工完毕。2.4立模2.4.1底部实心段当钢筋绑扎完毕，经检查验收后，可立外模。模板拼装时，墩与墩之间按要求缝向统一，即两墩之间模板朝向一致。模板拼装时，按要求缝隙之间满加橡皮条，螺栓要求上齐上紧，力矩一致。立模高度要高出砼面一节模板，然后再对模板中心复核。设4根缆风绳，调整好后对缝隙处理。2.4.2空心段①外模：空心墩应先立外模。考虑到大风的影响，绑扎钢筋时，绑一节外模高度的钢筋就立一节外模，然后对外模焊缝进行处理。每次施工段为4～15m。立外模时，要对2～3节一层模板及时复核中心，并用缆风绳（ф14钢丝绳）固定。为方便施工和临时材料运输，立模前在靠线路的左侧（以格尔木至拉萨为前进方向）留一个1.2m（高）×0.6m（宽）人孔（4#、5#在线路中心线方向朝公路背侧），在空心段底留人孔，人孔下部为矩形，顶部为拱形。预留人孔的周边应设加强筋。（见图一）②内模：立内模前，对实心段内侧顶面找平，放好中心向线。内模的表面处理及立模安装要求同实心段。立一节内模搭设一节脚手架，直到设计规定高度。2.4.3顶部实心段及托盘空心段施工至顶部时（即顶部实心段的底部），预埋工字钢（见图四预埋件），在其上铺设底模，再立实心段及托盘模板，钢筋绑扎后进行砼浇筑。2.5拆模根据工期要求，模板需周转使用，因此在墩身向上施工过程中，须进行下部内、外模的拆除。①外模：墩身施工至15m以上时，当底部砼达到设计强度的75%后即可拆除一次作业的外模（一般为4m～15m）。拆除外模时，从底层拆起，分层拆卸。考虑到第一节砼底层模板不好拆时，可在第一层模板的法兰下面用硫磺砂浆垫层3～5cm，内设电热丝，待拆除时，对电热丝通电，将硫磺融化，即可用倒链和千斤顶拆除。另外因模板的竖向法兰较宽（10cm），同一层高度的第一块模板不易拆除，因此同一层高度相临法兰须加工略大于90º。拆除外模时，每块均有两点和上层模板用ф12钢丝绳固定好。两点位置各在每块模板距端部1/4处，将同一层的六块用倒链和千斤顶解除约束后，然后用塔吊（吊车）依次吊至另一墩进行施工。如此依次拆除外模。拆除后，即可将脚手架与墩身用钢管锁定。②内模：内模加工时单独加工一块50cm宽的模板，两竖向发兰呈外八字型，便于拆除。拆模时，从上到下依次拆除，先拆除同一高度的小块。2.6钢筋(1)钢筋绑扎时，根据内外层设计直径，用同径钢筋加工固定圆圈，每4~5m高加固一道，每道2个定位圆（内外层各一个），绑扎时先外圈后内圈，先下层后上层。(2)钢筋垂直度：要求上下垂直，整个墩身单根钢筋倾斜度不超过5cm。(3)钢筋数量、直径、加工、间距、保护层、绑扎必须满足设计及规范要求。(4)焊接及搭接长度和接头间距必须符合规范及规定，根据现场的实际情况，结合工期和质量要求，钢筋连接采用挤压套管和埋弧焊连接工艺。2.7预埋件2.7.1内侧环状平台施工时，在平台位置下方及1m处预埋钢板，水平间距1m，钢板为150×150×10，如（图二）示，要求钢板与连接塞焊，并贴紧内模以便平台施工时使用。150150φ123310250图二（2）到平台位置后，预埋筋按滑模施工预埋，拆模后凿出。（3）平台砼施工，采用预埋件焊斜撑，如（图三），角钢长度以实际加工。2.7.2空心墩顶部模板预埋件（1）根据空心墩身顶部有1m实心段，为保证实心墩立模，需预埋I16工字钢。①埋设位置立外模同高时，设垂直于墩身侧面工字钢，长度为墩身厚度+150，L=墩壁厚。要求工字钢顶面和模板平，要控制好标高，做到预埋件顶面标高相同。内侧与模板平，并居模板缺口中心。120 L150200外侧壁内侧单位：mm正面图侧面图图四②连接工字钢要用锚固筋和砼连接，并和护壁筋焊接，焊接时护壁筋两侧加帮条，帮条采用同类筋，帮条长度为20cm，和护壁筋及工字钢焊牢，需满足钢筋搭焊要求。③数量工字钢预埋件数量要求每块模板距端头1/4处，各设一道，共12道。2.8砼的施工砼施工采用泵送砼，砼的水灰比不宜大于0.7，坍落度不少于80mm，泵送高度越高坍落应越大，但不宜超过160mm，否则易造成堵管。2.8.1实心段砼施工因实心段高度为1.5~6.5m，砼施工时直接采用输送泵管外扶壁泵送，出料口和砼面大于2m高度时采用串筒或接长软管，插入式震振捣。2.8.2空心段砼施工输送泵通过实心段顶部的人孔穿入泵管，在墩身内送砼。①每次作业段高为15m左右，在每次作业段的顶部内脚手架上搭设作业平台，输送泵端头接3m软管，用串筒保证砼落差不大于2m，人员在模板内用6m震动棒进行砼的捣固。②空心砼施工时，在墩内侧生火炉或通蒸汽，保证混凝土施工时环境温度为正温，墩内泵管环境温度满足15℃以上时，可不采取保温措施。2.8.3墩颈砼施工①当砼施工到墩颈处（即顶部实心段），采用预埋件16工字钢（见图四）。待内模拆除后，采用∠75×75角钢与12根预埋件纵向连接，中间刚度不足时，在四周打膨胀螺栓用∠75×75角钢斜撑，上铺胶合板。②因顶部实心段及托盘砼输送困难，在墩颈施工时预留φ250预留孔可采用砼预制水井管，可适当调整和设加强钢筋，待托盘砼施工完毕后，撤掉输送泵管，立底模，用塔吊吊砼浇井管。③实心段顶模板及脚手架拆除，从底部人孔和上部人孔拆除脚手架和模板，以及输送泵管。2.8.4砼的振捣实心段到砼面振捣，安排4个人，用震动棒对砼进行振捣。浇筑砼时应分层对称均匀上料，振捣按有关要求执行。2.8.5施工缝的处理为保证工程质量和外观质量，必须对墩身施工缝严格处理。(1)底部实心段一次浇筑完毕，顶面找平。(2)每次钢筋绑扎前，应对前次砼表面进行凿毛，凿除浮浆、浮碴，用水冲洗干净。砼浇筑前，还应检查上次砼表面，确保界面干净、露石，为砼新鲜面。2.9防冻措施三岔河特大桥冬期不停工，所以冬期施工对保证质量和劳动作业安全尤为重要，施工时，我们采取以下措施，也取得了较好的效果。冬期混凝土采用热养护即：原材料加热+防冻外加剂+蒸汽养护的方法。具体实施如下：2.9.1原材料加热：①对水进行加热：采用0.5T蒸汽锅炉两台（见图五），将蒸汽管道通入拌和机水箱中对水进行加热，水温一般加热至60℃左右。②当气温较低时，对砂子、石子加热。首先在砼施工前将砂、石子提前置于暖棚中，暖棚支架采用φ160mm钢管，外围蓬布，内生火炉（见图六、图七）。并用2台30KW暖风机直接向砂、石堆排放暖风，以提高砂、石子的温度，保证砼施工砂、石料处于正温。施工时及时测定材料的含水率，调整施工配合比，保证混凝土的水灰比不变。③以上两种方法加热时，采用二次投料法，使水在搅拌机的温度不超过40℃，采取降低水温的办法，调节材料温度。2.9.2混凝土拌和冬期混凝土施工，首先将拌和机置于暖棚中，采用二次投料法，混凝土的搅拌时间应较常温延长50%，根据现场实际，采用强制式搅拌机，拌和时间为2.5分钟。拌和时，根据施工配合比，掺加铁科院生产的低温、早强、耐久砼外加剂（DZ—3）。2.9.3混凝土运输混凝土拌和出机后，及时运到浇筑地点，在运输过程中，要注意防止混凝土热量散失、表层冻结、混凝土离析、水泥砂浆流失、坍落度变化等现象。混凝土的运输采用混凝土输送车，并在运输车外侧包一层10cm厚石棉和一层帐篷布，并尽量缩短运输距离，确保砼入模温度不低于10℃。墩身施工，采用混凝土输送泵输送混凝土，将输送泵安置在保温棚内，内设暖气管道或火炉，将混凝土输送车直接开入保温棚内进行卸料，混凝土输送泵受料口尽量和原地面平，在泵坑四周采用石棉保温，混凝土输送管道采用10cm厚石棉和玻璃纤维布保温，输送混凝土前，用热水对管道预热。2.9.4混凝土灌注：混凝土灌注前，对模板覆盖升温，尽量减少混凝土同周围环境的温度，原砼面必须在0℃以上。在暖棚内升火炉8—10个，在混凝土施工前提前升温，保证混凝土施工时模内温度在10℃以上（见图八）。混凝土采用机械振捣并分层连续浇筑，分层厚度不小于20cm。浇筑时需先四周后中间。2.9.5混凝土养护：砼在暖棚内部用蒸汽和火炉养护。在模板外侧挂一层棉垫，在棉垫外侧从上到下每隔0.5m设一层排汽管，排汽管每隔20cm设Φ3mm排气孔1个，外挂棉蓬布和塑料薄膜各一层封闭保温（见图九）。内侧模板用同样的保温方法，采用2T/h、0.5T/h蒸汽锅炉各一台，送气管用10cm厚的岩棉包裹，下端设排水阀，并提前对砼面和模板预热，确保砼入模温度在5℃左右，砼正常养护时，模板周围温度在20～50℃左