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桥梁工程墩台施工工艺
作者: 发布于:2018/3/5 15:21:33 点击量:

第一节  概    述

桥梁墩台施工方法通常分为两大类:

1.现场就地浇筑与砌筑:优点是工序简便,机具较少,技术操作难度较小;但是施工期限较长,需耗费较多的劳力与物力。

2.拼装预制的混凝土砌块、钢筋混凝土或预应力混凝土构件:特点是依赖于施工机械(起重机械、混凝土泵送机械及运输机械)的进步,既可确保施工质量、减轻工人劳动强度,又可加快工程进度、提高工程效益。

第二节   混凝土墩台与石砌墩台施工

一、混凝土墩台的施工

就地浇筑的混凝土墩台施工有两个主要工序,一是制作与安装墩台模板;二是混凝土浇筑。

(一)墩台模板

根据《公路桥涵施工技术规范》(JTJ041)的规定,模板的设计原则是:

1.宜优先使用胶合板和钢模板。

2.在计算荷载作用下,对模板结构按受力程序分别验算其强度、刚度及稳定性。

3.模板板面之间应平整,接缝严密,不漏浆,保证结构物外露面美观,线条流畅,可设倒角。

4.结构简单,制作、拆装方便。

常用的模板类型有:

1.拼装式模板:系用各种尺寸的标准模板利用销钉连接,并与拉杆、加劲构件等组成墩台所需形状的模板。如图5-1所示,将墩台表面划分为若干小块,尽量使每部分板扇尺寸相同,以便于周转使用。

2.整体吊装模板:系将墩台模板水平分成若干段,每段模板组成一个整体,在地面拼装后吊装就位(图5-2)。分段高度可视起吊能力而定,一般可为2-4m。 

3组合型钢模板:系以各种长度、宽度及转角标准构件,用定型的连接件将钢模拼成结构用模板。

4滑动钢模板:适用于各种类型的桥墩。

模板的设计可参照交通部标准《公路桥涵钢结构及木结构设计规范》 (JTJ025—85)的有关规定,验算模板的刚度时,其变形值不得超过下列数值:结构表面外露的模板,挠度为模板构件跨度的1/400;结构表面隐蔽的模板,挠度为模板构件跨度的1/250;钢模板的面板变形为1.5mm,钢模板的钢棱、柱箍变形为3.0mm。

模板安装前应对模板尺寸进行检查;安装时要坚实牢固,以免振捣混凝土时引起跑模漏浆;安装位置要符合结构设计要求。有关模板制作与安装的允许偏差见表5-1、表5-2。

(二)混凝土浇筑施工要点

墩台身混凝土施工前,应将基础顶面冲洗干净,凿除表面浮浆,整修连接钢筋。

灌筑混凝土时,应经常检查模板、钢筋及预埋件的位置和保护层的尺寸,确保位置正确,不发生变形。

混凝土施工中,应切实保证混凝土的配合比、水灰比和坍落度等技术性能指标满足规范要求。

1.混凝土的运送:墩台混凝土的水平与垂直运输相互配合方式与适用条件可参照表5-3选用。 

2.混凝土的灌筑速度:为保证灌筑质量,混凝土的配制、输送及灌筑的速度:

      v≥Sh/t

式中:v——混凝土配料、输送及灌筑的容许最小速      度(m3/h);

      S——灌筑的面积(m2);

       h——灌筑层的厚度(m);

       t——所用水泥的初凝时间(h)。

       如混凝土的配制、输送及灌筑需时较长,则应采用下式计算:

       v≥Sh/(t-t。)                  (18-3)

式中:t0一混凝土配制、输送及灌筑所消费的时间(h)。

墩台是大体积圬工,为避免水化热过高,导致混凝土因内外温差引起裂缝,可采取如下措施: 

(1)用改善骨料级配、降低水灰比、掺加混合材料与外加剂、掺人片石等方法减少水泥用量;

(2)采用C3A、C3S含量小、水化热低的水泥,如大坝水泥、矿渣水泥、粉煤灰水泥、低标号水泥等;

(3)减小浇筑层厚度,加快混凝土散热速度;

(4)混凝土用料应避免日光曝晒,以降低初始温度;

(5)在混凝土内埋设冷却管通水冷却。 

3.混凝土浇筑:

墩台身钢筋的绑扎应和混凝土的灌筑配合进行。

在配置第一层垂直钢筋时,应有不同的长度,同一断面的钢筋接头应符合施工规范的规定,水平钢筋的接头,也应内外、上下互相错开。

钢筋保护层的净厚度,应符合设计要求。如无设计要求时,则可取墩台身受力钢筋的净保护层不小于30mm,承台基础受力钢筋的净保护层不小于35mm。

墩台身混凝土宜一次连续灌筑,否则应按桥涵施工规范的要求,处理好连接缝。墩台身混凝土未达到终凝前,不得泡水。 

二、石砌墩台施工

石砌墩台具有就地取材和经久耐用等优点,在石料丰富地区建造墩台时,在施工期限许可的条件下,为节约水泥,应优先考虑石砌墩台方案。

(一)石料、砂浆与脚手架

石砌墩台是用片石、块石及粗料石以水泥砂浆砌筑的,石料与砂浆的规格要符合有关规定。

浆砌片石一般适用于高度小于6m的墩台身、基础、镶面以及各式墩台身填腹;

浆砌粗料石则用于磨耗及冲击严重的分水体及破冰体的镶面工程以及有整齐美观要求的桥墩、台身等。

将石料吊运并安砌到正确位置是砌石工程中比较困难的工序:

1.当重量小或距地面不高时,可用简单的马凳跳板直接运送;

2.当重量较大或距地面较高时,可采用固定式动臂吊机或桅杆式吊机或井式吊机,将材料运到墩台上,然后在分运到安砌地点。

用于砌石的脚手架应环绕墩台搭设,用以堆放材料,并支持施工人员砌筑镶面定位行列及勾缝。脚手架一般常用固定式轻型脚手架(适用于6m以下的墩台)、简易活动脚手架(能用在25m以下的墩台)以及悬吊式脚手架(用于较高的墩台)。

(二)墩台砌筑施工要点

在砌筑前应按设计图放出实样,挂线砌筑。砌筑基础的第一层砌块时,如基底为土质,只在已砌石块的侧面铺上砂浆即可,不需坐浆;如基底为石质,应将其表面清洗、润湿后,先坐浆再砌石。

砌筑斜面墩台时,斜面应逐层放坡,以保证规定的坡度。砌块间用砂浆粘结并保持一定的缝厚,所有砌缝要求砂浆饱满。

形状比较复杂的工程,应先作出配料设计图(如图5-3),注明块石尺寸;形状比较简单的,也要根据砌体高度、尺寸、错缝等,先行放样配好料石再砌。

砌筑方法:同一层石料及水平灰缝的厚度要均匀一致,每层按水平砌筑,丁顺相间,砌石灰缝互相垂直。

砌石顺序为先角石,再镶面,后填腹,填腹石的分层厚度应与镶面相同。

圆端、尖端及转角形砌体的砌石顺序,应自顶点开始,按丁顺排列接砌镶面石。圆端形桥墩的圆端顶点不得有垂直灰缝,砌石应从顶端开始先砌石块①(然后应丁顺相间排列,安砌四周镶面石;尖端桥墩的尖端及转角处不得有垂直灰缝,砌石应从两端开始,先砌石块①再砌侧面转角②,然后丁顺相间排列,安砌四周的镶面石。 

砌体质量应符合以下规定:

1.砌体所有各项材料类别、规格及质量符合要求;

2.砌缝砂浆或小石子混凝土铺填饱满、强度符合要求;

3.砌缝宽度、错缝距离符合规定,勾缝坚固、整齐,深度和形式符合要求;

4.砌筑方法正确;

5.砌体位置、尺寸不超过允许偏差。 

三、墩台顶帽施工

墩台顶帽是用来支承桥跨结构的,其位置、高程及垫石表面平整度等,均应符合设计要求,以避免桥跨结构安装困难,或使顶帽、垫石等出现破裂或裂缝,影响墩台的正常使用功能和耐久性。

墩台顶帽施工的主要工序为:

1.墩、台帽放样:墩台混凝土(或砌石)灌筑至离墩、台帽底下约30-50cm高度时,即需测出墩台纵横中心线,并开始竖立墩、台帽模板,安装锚栓孔或安装顶埋支座垫板、绑扎钢筋等。台帽放样时,应注意不要以基础中心线作为台帽背墙线,浇筑前应反复核实,以确保墩、台帽中心、支座垫石等位置方向与水平标高等不出差错。 

2.墩、台帽模板:

墩台帽系支撑上部结构的重要部分,其尺寸位置和水平标高的准确度要求较严,浇筑混凝土应从墩台帽下约30-50cm处至墩台帽顶面一次浇筑,以保证墩、台帽底有足够厚度的紧密混凝土。

图5-5为混凝土桥墩墩帽模板图,墩帽模板下面的一根拉杆可利用墩帽下层的分布钢筋,以节省铁件。台帽背墙模板应特别注意纵向支撑或拉条的刚度,防止浇筑混凝土时发生鼓肚,侵占梁端空隙。 

3.钢筋和支座垫板的安设:

墩、台帽钢筋绑扎应遵照《公路桥涵施工技术规范》有关钢筋工程的规定。

墩、台帽上的支座垫板的安设一般采用预埋支座垫板和预留锚栓孔的方法。前者须在绑扎墩台帽和支座垫石钢筋时将焊有锚固钢筋的钢垫板安设在支座的准确位置上,即将锚固钢筋和墩、台帽骨架钢筋焊接固定,同时将钢垫板作一木架,固定在墩、台帽模板上。此法在施工时垫板位置不易准确,应经常校正。后者须在安装墩台帽模板时,安装好预留孔模板,在绑扎钢筋时注意将锚栓孔位置留出。此法安装支座施工方便,支座垫板位置准确。

第三节  装配式墩台施工

装配式墩台适用于山谷架桥或跨越平缓无漂流物的河沟、河滩等的桥梁,特别是在工地干扰多、施工场地狭窄,缺水与砂石供应困难地区,其效果更为显著。

装配式墩台的优点是:结构形式轻便,建桥速度快,圬工省,预制构件质量有保证等。目前经常采用的有砌块式、柱式和管节式或环圈式墩台等。 

一、砌块式墩台施工

砌块式墩台的施工大体上与石砌墩台相同,只是预制砌块的形式因墩台形式不同有很多变化。

二、柱式墩施工

装配式柱式墩系将桥墩分解成若干轻型部件,在工厂或工地集中预制,再运送到现场装配

桥梁。其形式有双柱式、排架式、板凳式和刚架式等。图5-7为各种柱式墩构造示意。 

施工工序为预制构件、安装连接与混凝土养护等。其中拼装接头是关键工序,既要牢固、安全,又要结构简单便于施工。常用的拼装接头有:

1.承插式接头

2.钢筋锚固接头

3.焊接接头

4.扣环式接头

5.法兰盘接头

装配式柱式墩台应注意以下几个问题:

1.墩台柱构件与基础顶面预留环形基座应编号,并检查各个墩、台高度是否符合设计要求;基杯口四周与柱边的空隙不得小于2cm.

2.墩台柱吊入基杯内就位时,应在纵横方向测量,使柱身垂直度或倾斜度以及平面位置均符合设计要求;对重大、细长的墩柱,需用风缆或撑木固定,方可摘除钓钩。

3.在墩台柱顶安装盖梁前,应先检查盖梁口预留槽眼位置是否符合设计要求,否则应先修凿。

4.柱身与盖梁(顶帽)安装完毕并检查符合要求后,可在基杯空隙与盖梁槽眼处灌筑稀砂浆,待其硬化后,撤除楔子,支撑或风缆,再在楔子孔中灌填砂浆。 

三、后张法预应力混凝土装配墩施工

装配式预应力钢筋混凝土墩分为基础、实体墩身和装配墩身三大部分。

装配墩身由基本构件、隔板、顶板及顶帽四种不同形状的构件组成,用高强钢丝穿入预留的上下贯通的孔道内,张拉锚固而成(图5-8)。

实体墩身是装配墩身与基础的连接段,其作用是锚固预应力钢筋,调节装配墩身高度及抵御洪水时漂流物的冲击等 

施工工艺流程见图5-9,分成施工准备、构件预制及墩身装配三方面。全过程贯穿着质量检查工作。

实体墩身灌注时要按装配构件孔道的相对位置,预留张拉孔道及工作孔(图5-10)。构件装配的水平拼装缝采用C5水泥砂浆,砂浆厚度为15mm,便于调整构件水平标高,不使误差积累。

安装构件要求确保:平、稳、准、实、通五个关键 

五个关键:

平:即起吊平、构件顶面平、内外壁砂浆接缝要抹平;

稳:起吊、降落、松钩要稳;

准:构件尺寸准、孔道位置准、中线准及预埋配件位置准;

实:接缝砂浆要密实;

通:构件孔道要畅通。 

张拉预应力的钢丝束分两种:一种是直径为5mm的高强度钢丝,用18Ф5锥形锚;另一种用7Ф4mm钢铰线,用JM12—6型锚具,采用一次张拉工艺。张拉顺序如图18-18所示。张拉位置可以在顶帽上张拉,亦可在实体墩下张拉,两者的利弊见表5-7的比较 。

四、无承台大直径钻孔埋入空心桩墩施工

无承台大直径钻孔埋入空心桩墩系由预钻孔、预制大直径钢筋混凝土桩墩节、吊拼桩墩节并用预应力后张连接成整体、桩周填石压浆、桩底高压压浆、吊拼墩节、浇筑或组装盖梁等部分组成,它综合了预制桩质量的可靠性、钻孔成桩的工艺简单、成本底、适应性强等优越性;摒弃了管柱桩技术设备复杂、成本高、不易穿透砂砾层、桩易偏位及钻孔灌注桩桩身质量难以保证等缺陷,是集当今桩基先进施工技术之大成。

钻埋预应力空心桩墩的技术特点是:

其一,直径大,承载力高。桩径一般大于2.5m,钻埋空心桩已达φ5.0m,沉挖空心桩已达φ6.0m-8.0m。由于采用了桩周填石压浆、桩底高压压浆、桩节间通过预应力形成整体,故使桩基承受垂直荷载和水平荷载的能力成倍增大。 

其二,无承台,空心截面,节省了围堰工程,减少了桩身混凝土体积,不仅简化了施工工序,而且可将大桥下部结构费用从全桥费用50%以上,降至30%-40%。

其三,施工快速,工期缩短,并由于采用大直径桩,桩数少,多数情况下可以单桩独柱,加之钻机设备的先进与完善,一个枯水季节可完成基础工程;预制桩节、墩节与钻孔平行作业,大大加速了工程进度。 

其四,钻埋空心桩墩适用于土质地基,沉挖空心桩适用于松散的砂、砾、漂石和风化岩层,且环保效果好,施工少振动、低噪声,城镇区施工对居民干扰少。

其五,桩节、墩节预制,桩周、桩底压浆,节间用高强预应力筋连成整体,各项作业技术含量高,桩墩质量完全能得到保障。 

图5-12为钻埋空心桩墩工序流程示意图,图5-13为钻埋空心桩墩成桩工艺图。

切实解决钻孔机具设备、泥浆配制、桩节(墩节)段预制、桩节竖拼安装以及压浆(桩周压浆与桩底压浆)成桩等技术环节,是钻埋大直径空心桩墩成败的关键所在。 

第四节   滑动模板施工

公路通过深沟宽谷或大型水库,采用高桥墩,能使桥梁更为经济合理,不仅可以缩短线路,节省造价,而且可以提高运营效益,减少日常维护工作。表5-8列有国内外主要高桥墩基本情况,图5-14为国内南昆铁路贵州兴义县境内清水河桥百米高墩构造图。高桥墩可分为实体墩、空心墩与钢架墩。自70年代以后,较高的桥墩一般均采用空心墩。

高桥墩的施工设备与一般桥墩所用设备大体相同,但其模板却另有特色。

一般有滑动模板、爬升模板、翻升模板等几种,这些模板都是依附于灌筑的混凝土墩壁上,随着墩身的逐步加高而向上升高。目前滑动模板的高度已达百米。 

滑动模板施工的主要优点:

1.施工进度快,在一般气温下,每昼夜平均进度可达5-6m;

2.混凝土质量好,采用干硬性混凝土,机械振捣,连续作业,可提高墩台质量;

3.节约木材和劳力,有资料统计表明,可节省劳动力30%,节约木材70%;

4.滑动模板可用于直坡墩身,也可用于斜坡墩身,安全可靠。

一、滑动模板构造

滑动模板系将模板悬挂在工作平台的围圈上,沿着所施工的混凝土结构截面的周界组拼装配,并随着混凝土的灌筑由千斤顶带动向上滑升。

滑动模板的构造,由于桥墩类型、提升工具的类型不同,模板构造也稍有差异,但其主要部件与功能则大致相同,一般主要由工作平台、内外模板、混凝土平台、工作吊蓝和提升设备等组成,如图5-15所示。

四、滑模浇筑混凝土施工要点

(一)滑模组装

在墩位上就地进行组装时,安装步骤为:

1.在基础顶面搭枕木垛,定出桥墩中心线;

2.在枕木垛上先安装内钢环,并准确定位,再依次安装辐射梁、外钢环、立柱、千斤顶、模板等;

3.提升整个装置,撤去枕木垛,再将模板落下就位,随后安装余下的设施;内外吊架待模板滑升至一定高度,及时安装;模板在安装前,表面需涂润滑剂,以减少滑升时的摩阻力;组装完毕后,必须按设计要求及组装质量标准进行全面检查,并及时纠正偏差 

(二)灌注混凝土

滑模宜灌注低流动度或半干硬性混凝土,灌注时应分层、分段对称地进行,分层厚度20-30cm为宜。混凝土入模时,要均匀分布,应采用插入式震动器捣固,震捣时应避免触及钢筋及模板,振动器插入下一层混凝土的深度不得超过5cm;脱模时混凝土强度应为0.2-0.5Mpa,以防在其自重压力下坍塌变形。为此,可根据气温、水泥标号经试验后掺入一定量的早强剂,以加速提升;脱模后8h左右开始养生,用吊在下吊架上的环绕墩身的带小孔的水管来进行。

(三)提升与收坡

整个桥墩灌筑过程可分为初次滑升、正常滑升和最后滑升三个阶段。

从开始灌筑混凝土到模板首次试升为初次滑升阶段;初灌混凝土的高度一般为60-70cm,分三次灌筑,在底层混凝土强度达到0.2-0.4Mpa时即可试升。将所有千斤顶同时缓慢起升5cm,以观察底层混凝土的凝固情况。现场鉴定可用手指按刚脱模的混凝土表面,基本按不动,但留有指痕,砂浆不沾手,用指甲画过有痕,滑升时能耳闻“沙沙”的摩擦声,这些表明混凝土以具有0.2-0.4Mpa的脱强度,可以开始再缓慢提升20cm左右。

初升后,经全面检查设备,即可进入正常滑升阶段。即每灌筑一层混凝土,滑模提升一次,使每次灌筑的厚度与每次提升的高度基本一致。在正常气温条件下,提升时间不宜超过1h。

最后滑升阶段是混凝土已经灌筑到需要高度,不再继续灌筑,但模板尚需继续滑升的阶段。灌完最后一层混凝土后,每隔1-2h将模板提升5-10cm,滑动2-3次后即可避免混凝土模板胶合。滑模提升时应做到垂直、均衡一致,顶架间高差不大于20mm,顶架横梁水平高差不大于5mm。并要求三班连续作业,不得随意停工。 

(四)接长顶杆、绑扎钢筋

模板每提升至一定高度后,就需要穿插进行接长顶杆、绑扎钢筋等工作。为了不影响提升时间,钢筋接头均应事先配好,并注意将接头错开。对预埋件及预埋的接头钢筋,滑模抽离后,要及时清理,使之外露。

在整个施工过程中,由于工序的改变,或发生意外事故,使混凝土的灌注工作停止较长时间,即需要进行停工处理。例如,每隔半小时左右稍为提升模板一次,以免粘结;停工时在混凝土表面要插入短钢筋等,以加强新老混凝土的粘结;复工时还需将混凝土表面凿毛,并用水冲走残渣,湿润混凝土表面,灌筑一层厚度为2-3cm的1:1水泥砂浆,然后再灌筑原配合比的混凝土,继续滑模施工 。

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