桥梁墩台施工技术讲义
高速铁路（客运专线）
桥梁墩台施工技术讲义
第一部分桥梁墩台基本知识
桥墩台就是支承桥跨结构并将恒载和车辆荷载传至地基的建筑物。
一、桥墩
桥墩一般由顶帽、墩身及基础三部分组成
（一）桥墩类型
桥墩类型很多，大体可分为重力式桥墩和轻型桥墩两大类。
1、重力式桥墩
重力式桥墩的主要特点：其墩身是截面较大的实体，一般用混凝土、砌石的等圬工材料建造。其优点是坚固耐用、施工方便、养护工作量小，可以就地取材，同时对船筏、漂流物的撞击、磨损以及抵抗冰压力的作用较为有利。其缺点是工程量大，自重大，使地基压力增加，墩身尺寸大，相应增加了基础的工程数量，在水中的桥墩阻水面积也大。
重力式桥段按其墩身截面形式，可分为矩形桥墩、圆端形墩、圆形墩和尖端形墩四种。
（1）矩形桥墩矩形桥墩外形简单、施工方便，圬工数量较省。但对水流的阻力较大；桥墩附近容易引起较大的河床冲刷。一般用于
无水的旱桥和水流较小的跨谷桥。
墩身截面中间部分为矩形，两端为圆形。半圆形对水流阻碍较小，使水流顺畅通过桥孔，可减小水流对桥墩四周考核床的冲刷和水流压力。但施工较矩形复杂，一般用于常年有水河流。这种类型桥墩在铁路桥梁中应用最多。
（3）圆形桥墩
（4）尖端形桥墩，施工较麻烦，使用较少
2、轻型桥墩
轻型桥墩型式很多，而且都有各自的特点和使用条件，选用时必须根据桥位处的地形、地质、水文和施工条件综合确定。
轻型桥墩主要有桩柱式、双柱式、空心墩、柔性墩等。
（1）空心桥墩
重力式（实体）桥墩的缺点是结构粗笨，墩身及基础的圬工量大，墩身材料强度难于充分发挥和利用。为减轻重量，节省圬工的目的。
空心墩的横截面多为圆形，便于滑模施工，也有圆端形和矩形。
（2）柱状式桥墩和双柱式桥墩
柱状式桥墩亦称排架式桥墩，双柱式桥墩亦称刚架式桥墩。
（3）柔性桥墩
桥墩即高且细、在桥式布置上采取了一定的结构措施，使柔性墩承受较小的纵向水平力。
1、顶帽
常见的顶帽型式有飞檐式和托盘式两种。
顶帽的作用：一是安放桥梁支座，直接支承桥跨结构，承受很大的支承反力，并将桥跨结构传来的集中力均匀地分散给墩身，故要求顶帽有一定的厚度；其二为架梁施工和养护维修提供必要的工作面。
2、墩身
（1）实体墩身
由于墩身各截面的内力，是自墩身顶部起向下逐渐增大，为了使各截面受力均匀，一般墩身尺寸顶部较小，底部尺寸较大，因此，墩身纵、横两个方向一般做成斜坡。
（2）空心墩身
空心墩身在构造上有下列要求：
1）最小壁厚
2）实体过渡段
3）通风孔，作用时调节空心墩内外温差，避免墩璧因温差过大而产生裂纹。
4）进人洞，为便于检查维修空心墩内部。
5）排水孔
二、桥台
桥台是连接桥跨结构与路基的结构物，它的前端支承着桥跨结构，后端与路基填土衔接，并起挡土的作用。为使与路基的连接可靠，桥台上部应伸入路基一定深度，在路基前端的填土应按一定的坡度做成锥体，称为锥体填土。锥体和桥头路基的坡面应加铺砌防护，以免受流水的冲刷。
（一）桥台的类型与适用条件
桥台类型很多，大体上可分为重力式桥台与轻型桥台两大类。
1、重力式桥台
（1）U形桥台
（2）T形桥台
（3）埋式桥台
（4）耳墙式桥台
2、轻型桥台
（1）桩柱式桥台
（2）锚定板桥台
（二）桥台的构造
1、台顶部分
桥台顶帽地面线以上部分称为台顶部分。在T形桥台中，台顶部分由顶帽、道砟槽和承托道砟槽的台顶圬工组成。
（1）道砟槽的构造
道砟槽的作用是铺放道砟、承托轨枕、钢轨等线路设备。
（2）顶帽
桥台顶帽的作用和构造与桥墩顶帽相同，此处不再重复。
2、台身构造
台身是指顶帽底面以下，基础顶面以上的部分。
3基础
构造要求与桥墩相同。
4、附属建筑
（1）锥体填土
（2）锥体护坡
第二部分桥梁设计概况
一、客运专线桥梁
1、桥梁是客运专线土建工程中重要组成部分，比例大、高架桥、长桥多高速铁路与普通铁路的桥梁相比所占比例比较大
2、桥梁的主要功能是为高速列车提供高平顺、稳定的桥上线路
3 桥上线路与路基上、隧道中的线路不同，由于桥梁结构在列车活载通过时产生变形和振动，并在风力、温度变化、日照、制动混凝土徐变等因素作用下产生各种变形，桥上线路平顺性也随之发生变化。因此，每座桥梁都是对线路平顺的干扰点，尤其是大跨度桥梁。
为了保证高速列车的行车安全和乘坐舒适，高速铁路桥梁除了具备一般桥梁的功能外，首先要为列车高速通过提供高平顺、稳定的桥上线路。
二、设计原则
1、设计活载图式
1) 设计活载图式的大小直接影响桥梁的承载能力和建造费用，是重要的桥梁设计参数。图式的制定应满足运输能力和车辆的发展
2) 我国普通铁路桥梁采用中—活载图式和相应的动力系数
3) 欧洲统一采用UIC活载图式，它涵盖6种运营列车，包括高速列车和重载列车，相应的动力系数仅与跨度有关
4) 我国客运专线采用ZK活载图式（0.8UIC）以及与 UIC 一致的动力系数
2、耐久性措施
我国客运专线桥梁设计暂规以及设计图纸中比考虑的耐久性措施
1）采用整体、密闭的桥面
2）提高了保护层厚度
3）预留检查通道
4）简化常用跨度标准梁的品种
5）采用高性能混凝土
6）优化构造细节
3、墩台
1) 墩台基础的纵向刚度应满足纵向力安全传递的要求，横向刚度应保证上部结构水平折角在规定的限值以内
2）保证桥墩具有足够的刚度，除矮墩采用实体墩外，一般为空心墩，禁止使用轻型墩
3）为便于养护、外观简洁，取消墩帽、并在墩顶设有1m深的凹
槽，梁底进人孔位于墩顶
4）墩顶预留千斤顶顶梁位置
5) 简支梁墩顶支座纵向间距由普通铁路桥梁70cm放大至120cm
6) 桥位制梁时，应考虑千斤顶张拉空间
7) 无碴轨道建成后，可调整的余量很小，扣件的垫板在高程上最多调整2cm
4、墩台基础工后沉降应满足以下要求（必要时可采用调高支座）：
a均匀沉降≤20mm
b相邻墩台不均匀沉降≤5cm。
5、简支梁下部结构刚度
铺设焊接长钢轨的混凝土简支梁，桥梁下部结构的纵向水平刚度应满足表列数值的要求。
注：单线桥梁墩台顶的最小水平线刚度的限值按表内值的二分之一取值。
6、墩台基础的沉降量
墩台基础的沉降量应按恒载计算，其工后沉降量不应超过下列容许值：
墩台均匀沉降量：
对于有碴桥面桥梁： 30 mm
对于无碴桥面桥梁： 20 mm
外静定结构相邻墩台沉降量之差：
对于有碴桥面桥梁：Δ=15 mm
对于无碴桥面桥梁：Δ=5 mm
Δ—相邻墩台沉降量之差，单位mm。
L—相邻墩台间的梁跨长，单位m。
对于外静不定结构，其相邻墩台均匀沉降量之差的容许值，除要满足外静定结构相邻墩台沉降量之差的要求外，还应根据沉降时对结构产生的附加应力的影响而定。
三、青荣线墩台设计情况
1、墩台设计
桥墩一般采用圆端形桥墩。
桥台使用一字形桥台。
2、桥梁基础设计
深基础可采用钻孔桩基础。一般常用跨度桥梁采用桩径为 1.0m 或1.25m的钻孔桩，对于大跨桥梁桩径可采用1.5、2.0m的钻孔桩。
3、沉降控制
1）各类基岩、碎石、块石类土、砂类土地基一般不作沉降计算，其余土地基都应进行沉降检算。
2）桥墩台基础的沉降按恒载计算，对于外静定结构，有砟轨道桥梁墩台基础工后沉降不大于30mm，相邻墩台沉降差不大于15mm；无砟轨道桥梁墩台基础工后沉降不大于20mm，相邻墩之间沉降差不大于5mm。对于超静定结构，相邻墩台沉降差还应根据沉降对结构产生的附加应力的影响而定。
第三部分墩台施工
墩台施工是整个桥梁施工的重要组成部分。其圬工量大，工序较多，特别是高墩施工，对于解决垂直运输、高空作业安全等问题尤为突出。因此，应根据墩台类型和现场具体条件，选用合理的施工方法。尽量采用机械化施工，并使各工序紧密配合，以加快施工进度和提高工程质量。
桥梁实体墩台可以用砌体（石砌、混凝土块砌）砌筑和混凝土灌注。高速铁路客运专线墩台施工均采用混凝土墩台，本节内容仅述及混凝土墩台施工进行。
一、混凝土墩台施工
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
1、模板的基本要求
混凝土及钢筋混凝土墩台轮廓尺寸的准确度，须由模板的制造与安装予以保证。为确保工程质量，模板必须符合下列要求：（1）具有足够的强度、刚度和稳定性，能可靠地承受施工中的各种荷载，保证受力后不松动、不变形。能保证结构的设计形状、尺寸和模板各部件间相互位置的准确性。
（2）尽可能采用组合式钢模板或大模板，提高模板的适应性和周转率。
（3）模板面光滑平整、接缝严密，确保混凝土在强烈震动下不漏浆。。
（4）便于制作，装卸方便，施工操作方便，保证安全。
2、模板的类型
墩台模板的分类主要有两种形式，即按材料分类和按模板结构及施工方法分类。
按材料分类，有钢模、木模、钢木结合模板等。一般采用木材或刚才制成，木模板质量轻，便于加工成墩台所需尺寸，但较易损坏，使用次数少，钢模板造价较高，装拆方便，且重复使用次数多。
按模板结构及施工方法分类，可分为拼装式模板、整体吊装模板、和滑动钢模板等。
（1）拼装式模板：是由各种尺寸的标准模板并利用销钉连接，与拉杆和加劲构件等组成所需形状的模板。
（2）整体吊装钢模板：是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。本工艺采用该类型模板。
（3）滑动模板：有液压升模板、电动升模板和人工提升抽动模板。适用于较高的墩台和吊桥、斜拉桥的索塔施工，其构造为模板、圈、支承杆、千斤顶、顶架、操作平台和吊架等。
本标段20m及以下墩台采用整体式钢模板，20m及以上墩台采用爬摸施工。
3、几种滑动模板施工工艺介绍
（1）滑动模板法
滑动模板法是用一套模板、连同工作脚手架以整体形式安装在基础顶面。依靠自身的支承和提升系统，在灌注混凝土的同时，模板随之慢慢向上滑升，实现连续不断地灌注混凝土。
滑模法适用于墩高15m以上的高空心墩身施工。
滑动模板的优点：1）施工进度快，由于简化了立模、拆模等工序，混凝土连续灌注、在一般气温下，每昼夜平均能抽高5~6m。2）混凝土质量好，采用干硬、半干硬性混凝土，机机械振捣，连续作业，减少了接头缝，加强了混凝土的整体性，提高了混凝土质量。3）滑动模板可用于直坡墩身，也可用于斜坡墩身，模板本身附带内外吊栏、平台、栏杆等，以墩身为支架，墩身混凝土的灌注随模板缓慢滑升连续不断进行，故而安全可靠。
滑动模板构造：滑动模板的构造因桥墩类型、提升工具的不同也稍有不太能够，但其主要部件与作用大致相同。一般可分为顶架、辐射梁、内外圈、内外支架、模板、平台及吊栏、提升设备等。
（2）翻模法
翻模由上中下三届模板组成，随着混凝土的连续灌注，下层混凝土达到拆模强度后，由下向上将模板拆除、连续支立，如此循环往复，完成桥墩的灌注施工，翻模施工技术适用于圆形、圆锥形、矩形等各种截面形式的高墩施工。
翻模法发展为自升工作平台式，提高了模板的机械化程度，减轻了劳动强度，但投入较大。采用翻模施工安全、质量可靠、速度快、经济效益显著，混凝土内实外美，表面质量明显优于滑升模板。
（3）爬摸法
爬摸法是以已凝结的钢筋混凝土墩壁做为承力结构。由内外套架导向，以套架上的液压油缸作动力，使模板上升。铁路桥梁高墩施工中较多采用内爬外挂双臂塔吊式爬摸。它克服了滑模的一些缺点，具有施工速度快，施工质量好，安全可靠，操作简便，劳动强度低，实用性强的特点。适用于30m以上各种截面形式的空心高墩施工。可用于单双线桥墩。
爬升原理是以空心桥墩已凝结而具备一定强度的混凝土墩壁为承力主体，内爬支腿机构的上下爬架及液压顶升油缸为爬升设备主体，油缸的活塞杆与下爬架铰接，上爬架与外套架连接而外套架又与网架工作平台连接，支撑整个爬架结构。通过油缸活塞杆与缸体间一个固定一个上升。上下爬架间一个固定，一个相对运动，达到上爬架和外套架，下爬架和内套架交替爬升。从而完成爬模结构整体的爬升、就位、校正等工序。内爬架支腿机构的上下爬架与墩壁的支点方式采用在墩壁上预埋穿墙螺栓，然后再其上连接支撑托架，上下爬架的爬靴支在托架上，一次为支撑点向上爬升。
爬模主要由网架主工作平台、双悬臂双吊钩塔吊、内外套架、内爬支架结构、外挂L形支架、液压顶升及控制系统、模板及支撑系统及配电设备等组成。
4、模板的安装
桥台采用搭设钢管脚手架与大块钢模施工，人工配合汽车吊安装模板；普通桥墩墩身施工采用墩身模板采用厂制定型整体大钢模板，四周采用对拉螺杆或自制轻型桁架加固，桁架间采用栓接和Φ32拉杆形成整体；空心高墩墩身模板采用爬升模板（可研究采用采用自升平台翻模施工，内外模板共设三节，循环交替翻升）。
（1）拼装墩身钢模板前必须用角磨机对模板表面全面彻底除锈，钢模表面清理干净后方可涂刷脱模剂。脱模剂施工优质无机可溶性脱模剂。
（2）墩身外侧模板一次安装到位，模板安装必须稳固牢靠，接
缝严密，不得漏浆。尤其是要处理好墩身模板底口与承台顶面密贴无缝隙。模板安装完毕后，模板底口利用预埋在承台顶的型钢进行定位固定，顶口沿垂直于桥墩长度方向在模板外侧对称拉四根缆风绳，并用导链或收线器收紧，以保证模板竖直，防止倾覆。
（3）模板经检验合格后，在模板长度方向外侧各吊两个线陀，并在锤尖正下方做标记，在施工中应时刻注意线陀吊点位置，以判断模板是否变形移位。
（4）模板整体拼装时要求平整。模板安装完毕后，要检查其平面位置、顶部标高、垂直度、节点联系及纵横向稳定性，自检并经监理工程师检查合格后方准浇筑混凝土。施工过程中应对其垂直度、平面位置进行观测，发现问题及时解决。墩身模板安装允许偏差满足《验标》的要求
（二）墩台混凝土施工
混凝土墩台施工中，混凝土的质量好坏直接影响着墩台的使用期限，所以要重视混凝土的施工质量。为了提高混凝土的施工质量，应从混凝土原材料、混凝土配合比设计、混凝土的拌制、运输、养护等方面着手，严格遵守有关规范、规程的规定。
墩台身混凝土采用高性能混凝土一次灌注法施工工艺。混凝土进行集中拌和，用输送车送至施工现场，混凝土输送泵泵送入模，插入式振捣棒振捣。墩身混凝土采用洒水养护，塑料薄膜包裹。
1、墩身混凝土浇筑
（1）桥梁墩台均采用高性能耐久性混凝土，为防止混凝土拌合物性能指标下降，全部采用混凝土运输罐车运输，汽车泵泵送入模，分层浇筑，连续进行，插入式振捣器振捣。
（2）制定浇筑工艺，明确结构分段分块的浇筑顺序和钢筋的混凝土保护层厚度的控制措施；在浇筑前和浇筑过程中仔细检查模板、支架、钢筋、各种预埋件的紧固程度和保护层垫块的位置、数量等，并指定专人作重复性检查，以提高钢筋的混凝土保护层厚度尺寸的质量保证率。
（3）混凝土采用全断面一次等厚浇筑，分层厚度应控制在30cm 左右，有利于混凝土振捣密实。混凝土浇筑时，应随着混凝土面升高，而逐层拆除模板内撑。
（4）设置串筒、溜管等设施，控制混凝土自由倾落高度不宜超过2m，串筒出料口距混凝土浇筑面的高度不宜超过1m。
（5）在炎热气候下，混凝土入模时的温度不宜超过30℃。应避免模板和新浇混凝土受阳光直射，控制混凝土入模前模板和钢筋的温度以及附近的局部气温不超过40℃。宜尽可能安排在傍晚浇筑而避开炎热的白天，不宜在早上浇筑以免气温升到最高时加剧混凝土内部温升。
（6）当在低温季节施工时，混凝土的入模温度不宜低于5℃，当工地昼夜平均气温低于+5℃、最低气温-3℃时，混凝土施工应按冬季施工办理。
（7）混凝土振捣采用插入式振捣器，振捣深度超过每层的接触面一定深度，保证下层在初凝前再进行一次振捣。使混凝土具有良好的密实度，防止漏振，也不能过振，确保质量良好。
（8）在浇筑混凝土过程中或浇筑完成时，如混凝土表面泌水较多，须在不扰动已浇筑混凝土的条件下，采取措施将水排除。继续浇筑混凝土时，应查明原因，采取措施，减少泌水。
（9）浇筑混凝土期间，应设专人检查支架、模板、钢筋和预埋件等稳固情况，当发现有松动、变形、移位时，应及时处理。
（10）混凝土振捣完成，应对混凝土表面进行整平处理。待混凝土初凝前后，再用铁抹子压光表面二遍。待混凝土终凝后，立即采用塑料薄膜对混凝土外露表面进行覆盖，并定期对其进行洒水保湿养护。如遇大风、雨雪天气，应在混凝土初凝完成压光处理后立即对外露表面进行覆盖处理，但必须注意控制避免损坏成型表面平整度，待混凝土终凝后再将覆盖材料紧贴于结构表面保温。
（11）混凝土浇筑完毕后，应及时清理预埋件上的浮浆，以便于后续工作进行。
2、混凝土养护
混凝土初凝后及时采用湿麻袋或塑料薄膜对墩顶进行覆盖洒水养护，加强保温、保湿养护，延缓降温速。养护期间混凝土强度未达到规定强度之前，不得承受外荷载。当混凝土强度满足拆模要求，且芯部混凝土与表层混凝土之间的温差、表层混凝土与环境之间的温差均不大于20℃时，方可拆模。拆模后使用隔水塑料薄膜将墩身全部包裹，使用自动喷水系统和喷雾器，不间断养护，避免形成干湿循环，养护期间，不得中断养护用水供应，加强施工中温度监测管理，及时调整保温养护措施。
3、混凝土温控及防裂措施
为控制墩身混凝土结构内部因水泥水化热引起的绝热温升，防止因混凝土结构内、外温差过大而产生的温度裂纹，在施工中可采取以下几种降温防裂措施：
（1）采用双掺技术，即混凝土中掺入适量的Ⅱ级粉煤灰和复合型高效减水剂。以减少水泥用量和用水量，降低水化热。
（2）选用5～31.5mm连续级配的碎石、针片状颗粒含量≯10%，含泥量≯1%。
（3）选用经过筛处理的优质中砂，细度模数在2.3～3.0，含泥量≯2.5%。
（4）优化混凝土配合比，尽量利用混凝土的后期强度（以60天为宜）降低水泥用量，提高混凝土的抗裂性能。
（5）控制混凝土的入模温度，选择低温季节施工，尽量避开高温季节施工。根据工期安排，如在低温季节施工，混凝土的入模温度不宜低于5℃。拌合混凝土时，可根据当时的气温变化，调整拌制用水温度，如采用热水拌制，水温不应高于60℃，如在高温季节施工，可采用低温水拌制混凝土，并采取对骨料进行喷水降温或搭棚遮盖，对混凝土运输机具进行保温防晒等措施，降低混凝土的拌合温度，控制混凝土的入模温度在30℃以内。
（6）采取薄层浇筑，合理分层（30cm左右），全断面连续浇筑，一次成型，但应控制混凝土的浇筑速度，尽量减小新老混凝土的温差，提高新混凝土的抗裂强度，防止老混凝土对新混凝土过大的约束而产