铁路桥梁承台墩身混凝土施工工艺探析
摘要：铁路桥梁承台墩身混凝土的施工水平会直接影响整个桥梁工程的质量，而在铁路桥梁承台墩身混凝土施工中，温度的高低是影响施工水平的重要因素之一，在冬季时，混凝土承力强度会发生不同变化，同时还会出现受冻冷缩，进而影响承台墩身的施工质量。因此，必须从多方面入手，加强对铁路桥梁承台墩身冬季混凝土施工工艺的控制。本文依托实际工程，以混凝土原材料的选择和配比的确定为切入点，对铁路桥梁承台墩身冬季混凝土施工工艺展开研究，结合具体的施工环境和施工要求来确定施工方案的有效性，对施工后的混凝土的养护也需要做到位。只有这样才能够提高铁路桥梁承台墩身冬季混凝土施工技术的质量和效果。
关键词：铁路桥梁；承台墩身；冬季混凝土；施工工艺
1工程概况
某铁路客运专线正线全长299.18km，桥梁标段里程起止里程为DK168+900～DK191+100，线路长22.2km。考虑到桥梁承台工程类型为旱地承台，在开展混凝土浇筑施工时应加强对混凝土浇筑速度及浇筑温度的控制，以确保混凝土入模温度符合设计要求，保证承台混凝土浇筑质量。在本项目中，桥梁墩身模型采用整体定型钢模，而根据墩身的不同长度调整浇筑方案，主要采取的施工技术有：①墩身长度≤15m的桥梁承台墩身采用整体定型钢模，实施一次整体浇筑；②墩身长度＞15m桥梁承台墩身则要分段实施浇筑作业，分3次开展立模与浇筑施工，依次完成桥台基础、台身台帽及其他剩余部分的浇筑作业。
2混凝土原材料的选择和配比的确定
以国家与铁路部门出台的有关混凝土原料选择与配比标准为参考，在确定混凝土原材料的选择和配比时，必须切实满足以下9个控制要点。1）立足本工程实际情况，采用3CaO・Al2O3含量＜8%的非早强型普通硅酸盐水泥，加强水泥自收缩与水泥水化热的控制，确保水泥性能符合项目要求。2）选择质量优良，级配合理及孔隙率、粒径等参数科学的粗砂与碎石，以确保所选用的碎石粒径≤40mm，并采用质地坚固，空隙率与针片状含量均匀的二级配粗骨料，严格控制胶凝材料与拌和用水量。3）根据项目体量，确定粉煤灰、矿渣粉等矿物掺和料等材料的用量，并选择优质的矿物掺和料，控制拌合水量，优化水化热与水化产物微结构，从而改善混凝土后期的强度与密实性，保证桥梁承台达到设计使用年限。4）采用高效碱水剂作为外加剂，改善混凝土结构，以提升混凝土承台的强度与耐久性。5）以工程实际情况为指导，在保证施工质量的基础上控制混凝土中的胶凝材料用量，并根据不同类型的水泥类型对胶凝材料的用量进行调整，如水泥标号≤C30的混凝土材料中的胶凝材料含量为400kg/m3。6）技术人员应考量混凝土结构所在的环境与位置，确定最佳混凝土水胶比、掺和料掺量及单方混凝土胶凝材料最低使用限值。7）控制混凝土结构骨料砂浆棒（岩石柱）膨胀率，确保其不超出0.1%的允许范围，一旦混凝土结构骨料砂浆棒（岩石柱）膨胀率＞0.1%时，必须严格按照抑制碱―骨料反应技术规程对其进行控制与处理。8）计算混凝土中引入的氯离子含量，保证其不超出0.1%的允许范围，预应力混凝土结构引入的Cl-含量控制更加严格，应将其控制在总胶凝材料的0.06%范围内。9）以铁路部门出台的相关混凝土结构控制标准为指导，加强配比试验，确定最佳的混凝土配比率，并根据不同的混凝土配比方案进行试验，严格控制混凝土结构的工作性能，确保混凝土结构的耐久性、强度达到项目要求。
3冬季混凝土施工技术要点
3.1铁路桥梁承台墩身冬季施工前的准备
冬季混凝土施工一般在昼夜平均温差连续3d或以上＜5℃的环境中开展，在气温较低的环境中开展混凝土施工容易受冻冷缩，影响施工质量，因而在开展铁路桥梁承台墩身冬季施工应做好准备工作，主要可以从以下4个方面入手。1）掌握施工企业的各类设备拥有情况，采购专业的冬季测量温度计、湿度计等测量设备，配置专业的气象收集人员开展气象变化勘察作业，确定施工区域内具体环境与气象变化类型，为水泥种类的选择与施工方案的编制提供参考。2）重视铁路桥梁承台墩身的保温工作，采购加温设施与防寒物资，组建保温模板，如图1所示。3）加强物资管理，确保采购的铁路桥梁承台墩身冬季物料处于干燥温暖的环境中，同时也可选择应用保温膜和隔潮膜，配合灭火断电设施，确保铁路桥梁承台墩身冬季物料的安全性与有效性[1]。4）将防滑工作视作基础性工作，在铁路桥梁承台墩身周围环境中喷洒防滑防冻材料，积极开展施工培训与安全培训，提升施工人员的安全意识，控制安全事故及突发事故。
3.2混凝土拌制
1）考虑到冬季混凝土施工的实际情况，选择在拌合站安装锅炉，通过锅炉对热水箱中的水进行加热处理，确保拌合水温度符合混凝土拌制作业的标准，同时还应做好拌和设备与输送管道的保温工作，避免在输送拌合水的过程中，热量散失，甚至是出现管道冻坏的问题。2）建立健全材料入场规范制度，确保进入施工现场的所有施工材料的级配合理，质量优良，并且设置半封闭式储料仓，为骨料及其他材料的存储提供优良环境。在骨料正式投入拌合站进行拌制前，应对其含水量进行监测，确保骨料中没有冻块与冰雪，含水率也达到施工标准。3）采用加热处理过且温度符合施工实际情况的水作为拌和水，严格按照配比方案添加各类原料，控制混凝土水胶比，严格按照“骨料→水→搅拌→水泥→外加剂→搅拌”的施工流程，搅拌时间控制在120s～150s范围内。除此之外，在混凝土拌合物出仓前，应进行温度检测和坍落度，确保其出机温度≥7.5℃，入模温度＞5℃。4）若混凝土拌和物的出机温度无法保证≥7.5℃，施工人员应及时采取处治措施，调整拌和水的水温或者延长拌和时间，以此来提升混凝土拌合物的出机温度，保证后期混凝土性能的稳定性。5）全过程动态跟踪拌和水水温、骨料温度及混凝土拌和物出机温度，为调整与优化混凝土拌制作业提供科学真实的数据。
3.3混凝土运输
1）选择应用搅拌车对拌制好的混凝土转运到施工现场，同时在运输车辆的外侧设计保温设施，覆盖包裹棉罩，尽可能降低热量散失。此外，在开展混凝土灌注作业时应对混凝土拌合物的温度进行检测，确保混凝土入模温度＞5℃[2]。2）统筹施工资料，做好施工现场调度与管理，尽量缩短运载混凝土的运输车辆等待的时间。3）根据铁路桥梁承台施工的不同高度选择泵送方式，一般可选择地泵或汽车泵将转运到施工现场混凝土运输到浇筑施工位置。
3.4混凝土浇筑及养护
3.4.1准备工作。在正式开展混凝土浇筑作业前，施工人员应将混凝土浇筑区域内的冻块、冰雪等杂物清理干净，并搭设暖棚，对混凝土浇筑范围进行加热，确保浇筑模板、钢筋及混凝土接触面加热升温至5℃后，才能开展混凝土浇筑作业。3.4.2保温暖棚的搭设。1）增大承台基坑底面面积，开展承台模板与钢筋绑扎施工，此后施工人员再顺着模板搭设钢管脚手架与保温暖棚，保温暖棚采用帆布与棉被材料，并要保证保温暖棚高出承台预埋钢筋，墩身位置的保温暖棚搭设协同承台，但需高出墩顶2.0m，为混凝土施工提供充足的空间与适宜的温度。保温暖棚的搭设施工具体如图2所示。2）结合施工实际情况，选择在保温暖棚的适当位置开设卷帘门洞，便于开展作业，如有需要可增设锅炉提升施工热效应，并安排专人监察暖棚，避免出现漏风与CO中毒事故。3.4.3混凝土浇筑作业。严格按照铁路桥梁承台墩身浇筑规范开展浇筑作业，控制混凝土入模温度，保证混凝土拌合物的温度＞5℃，在浇筑过程中应配合加温措施，保证保温暖棚热效应。待浇筑作业完成后，施工人员应在承台与墩身混凝土结构收浆后覆盖一层塑料薄膜与棉被，达到较为理想的保温保湿效果。3.4.4混凝土浇筑作业结束后的注意事项。根据自然条件，热源条件和使用原材料的不同，我国冬季混凝土养护施工方法大致可以分为2类。1）养护期间不加热的方法。当外界气温处在-10℃以上时，对于结构尺寸较大、较厚的，混凝土浇筑前可提高混凝土拌合物的初始温度。加之水泥初期水化时利用水泥的水化热，使混凝土在入模后有一定的温度，加上模板外面用保温材料进行保温蓄热，无需在养护期间额外加热，即可使混凝土在短期内，或混凝土内温度降低到0℃以前获得必要的允许受冻临界强度的施工方法。2）养护期间加热的方法。当天气严寒、气温在-10℃以下时，对于相对较小较薄的结构构件，混凝土浇筑后，要求强度能有较快的增长，若只做简单的保温蓄热，混凝土的强度增长达不到预期要求，则需要利用外部热源对新浇筑的混凝土进行加热养护。加热方法又可分为间接加热法和直接加热法，间接加热法即利用加热器先加热空气或水，然后由热空气或蒸汽来加热养护混凝土，如暖棚法、蒸汽加热法等，直接加热法即由加热器直接加热混凝土进行养护。3.4.5其他措施。现场完成相同条件的养生试块制作，铁路桥梁承台墩身混凝土施工共制作4组相同条件的养护试件，分2组进行试验，并将其摆放在保温暖棚内温度条件较差的位置，分别帮助确定拆模时间与养护强度。
3.5暖棚及模板拆除
1）综合考虑混凝土强度、温度等多种因素，确定混凝土模板的拆除时间，以避免在拆除混凝土模板过程时，由于突然接触空气，降温剧烈而导致开裂问题。2）确定最佳的混凝土模板与保温暖棚拆除时间，控制因降温过快造成的开裂及混凝土尚未达到抗冻要求而导致的受冻病害。根据相同养护条件试块的情况来帮助确定暖棚与模板的拆除时间，在混凝土浇筑作业72h后，如果相同条件养护的混凝土试块强度已满足混凝土受冻临界强度值（硅酸盐水泥或普通硅酸盐水泥配制的混凝土应为设计强度标准值的30%；矿渣硅酸盐水泥配制的混凝土应为设计强度标准值的40%），且混凝土与当时气温温差≤15℃时，即可开展暖棚与模板拆除作业。3）完成暖棚与模板拆除作业后，施工人员必须在承台与墩身表面覆盖内衬塑料薄膜的棉被，实现养护，并且要将养护时间控制在14d以上。4）在拆除模板时，施工人员应根据立模顺序逆时针方向实施拆除，并保持谨慎小心，以避免影响混凝土的完整性，从而顺利将模板从混凝土上脱离下来。另外，应及时将模板收存，以备下次施工使用[3]。
3.6温度监控
1）动态跟踪拌制作业，加强对拌合水、外加剂及骨料用量控制，对添加原料、搅拌机、出机及入模温度进行监控，定期开展温度监控，每一工作班温度检测的数量不得少于4次。2）除了在混凝土拌合物拌制及浇筑过程中需要温度监控，在混凝土养护温度阶段同样需要温度监控，并根据不同的养护方法确定温度检测次数，如铁路桥梁承台墩身混凝土养护采用蓄热法时，应在每间隔6h对混凝土结构进行1次温度检测。3）若在值班检测过程中遭遇温度变化剧烈的异常情况时，应调整检测频率，并增设加温设施，将混凝土温度变化控制在安全允许范围内。
3.7钢筋及预应力工程
1）做好钢筋与型钢的存放，并选择在保温暖棚内部开展预应力结构的加工制作。2）在实施焊接作业前，施工人员应先开展试焊，确保焊接效果与质量合格后，以试焊参数为准对其他钢筋进行成批焊接，并要垫高放置焊接完毕的钢筋，使其自然冷却。3）选在保温暖棚内或者是温度较高的白天开展焊接作业，同时辅助挡风与加温设施对钢筋焊接部位进行加热，提供良好的钢筋焊接环境，若焊接环境＜-20℃时，不得开展钢筋焊接作业。
3.8施工监控
1）建立完善的温度监测体系，提升拌合水、原料添加及搅拌等混凝土制备环境，焊接、浇筑作业等施工环境及养护温度的控制效果，便于施工人员根据实际的温度变化情况，确定保温措施。2）选择分别以6时，14时及21时3个时间为测量节点，对混凝土浇筑地点温度进行测量，并根据测量结果计算施工环境昼夜平均温度。若计算出施工环境的昼夜平均温度出现连续3d＜5℃，或出现3d连续最低温度＜-3℃，则可判断施工环境为冬季，并采用冬季施工方案。3）在开始混凝土拌制作业前，应对拌合水、水泥、骨料及粉煤灰等原料进行温度检测，具体测量时间应根据不同原材料进行调整，拌合水的温度检测时间为混凝土拌制施工前1h，结合温度测量数据确定加温需求，并采取针对性的加温措施，满足混凝土拌制作业的效率与质量要求。与此同时，如实记录温度测量数据，分类和分时间存放，最后装订成册。
4结语
综上所述，铁路桥梁承台墩身冬季施工环境较为恶劣，应综合考虑施工环境与项目要求编制科学的施工方案，并要加强对混凝土养护作业的重视，其中，要重点把握温度的监控与加温工作，不断优化完善冬季混凝土施工方案，提升混凝土施工工艺，从而为铁路桥梁承台墩身施工提供强有力的保障。
参考文献
[1]吴言恩.铁路桥梁承台、墩身大体积混凝土施工技术应用[J].建筑技术开发，2017（22）：71-72.
[2]田彬.浅析铁路桥梁承台墩身冬季混凝土施工技术的应用[J].建设科技，2016（10）：122-123.
[3]雷一鸣.桥梁承台、墩身大体积混凝土施工技术研究[J].建材与装饰，2018（27）：263-264.
何兴华 中铁二十二局集团电气化工程有限公司
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