橋梁高墩施工的懸臂模板體系應(yīng)用和關(guān)鍵控制技術(shù)

游秋波

（汕頭市達(dá)濠市政建設(shè)有限公司，廣東汕頭515041）

1 工程概況

荷葉塘高架橋?yàn)橛浪{(lán)高速公路唯一的一座特大橋，其起訖樁號(hào)為K52+382.4～K53+419.9，全長1 037.5 m。特大橋的上部結(jié)構(gòu)為兩聯(lián)11跨預(yù)應(yīng)力混凝土變截面連續(xù)剛構(gòu)組合梁橋，橋梁跨度兩聯(lián)為（66 m+3×110 m+66 m）+（66 m+4×110 m+66 m），組合梁為單箱單室截面，三向預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)，橋面凈寬11.75 m。特大橋下部構(gòu)造為：1#、10#橋墩為實(shí)心矩形墩，5#過渡墩為單肢薄壁空心矩形墩，2#～4#、6#～9#橋墩為雙肢薄壁空心矩形墩，0#橋臺(tái)采用柱式臺(tái)，11#橋臺(tái)采用重力式橋臺(tái)，橋墩高度高，其中2#、3#墩身高度81m，4#、9#墩身高度80m，5#墩身高度 83.5 m，6#墩身高度 80.5 m，7#、8#墩身高度81.5 m,超過80 m高橋墩左右幅共30根計(jì)2 429 m?？招亩盏撞繉?shí)心段高度3 m，頂部實(shí)心段高度2m，5#過渡墩截面7×5m，其余墩身截面7×3m，薄壁空心高墩中部設(shè)置兩道橫隔梁，內(nèi)導(dǎo)角50 cm×50 cm，該特大橋具有多墩、高墩的特點(diǎn)。

2 施工方案的選定

荷葉塘特大橋施工方案是經(jīng)過詳細(xì)方案對(duì)比，結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況擇優(yōu)確定的。橋施工現(xiàn)場(chǎng)通過在橋的左幅紅線邊修筑施工便道，解決地面水平運(yùn)輸問題，并在各個(gè)墩臺(tái)位置平整出滿足施工的場(chǎng)地。對(duì)于高墩施工的垂直運(yùn)輸問題，在每個(gè)主墩的軸線中間設(shè)置一臺(tái)塔式起重機(jī)，并在靠便道一側(cè)的左幅墩身上附著一臺(tái)工業(yè)電梯作為施工作業(yè)通道。采用的QTZ80F型塔式起重機(jī)，回轉(zhuǎn)半徑為55 m，起重重量8 t；施工升降機(jī)SC200D型，起升高度100 m；混凝土泵送采用FHM5120THB95型高壓混凝土車載泵車，最大泵送出口壓力13 MPa，最大理論輸送高度270 m，混凝土泵管為內(nèi)徑125 mm高壓管，泵管沿著塔吊塔身引升。高墩墩身施工采用RIM-240木工字梁懸臂模板體系15套，每雙肢墩兩套，5#過度墩一套，每套模板體系交替施工左右幅兩個(gè)橋墩，所有墩身模板系統(tǒng)安裝一次后反復(fù)使用一直爬升到墩頂。該大橋由于采用了木工字梁懸臂模板體系，取得了很好的效果，利用1 a時(shí)間圓滿地完成下部結(jié)構(gòu)高墩的施工。

3 木工字梁懸臂模板體系高墩施工

懸臂模板體系施工技術(shù)是近幾年發(fā)展起來的一種新型施工技術(shù)，特別適用于空心或?qū)嵭木匦胃叨諛蛄骸Ｆ潢P(guān)鍵技術(shù)是采用輕型三角懸臂支撐架，通過框形結(jié)構(gòu)的模板支架和三角結(jié)構(gòu)的懸臂支架，栓接于已澆筑段的預(yù)埋爬錐掛座上，模板支架與懸臂支架以銷接方式連接；通過后部的微調(diào)螺栓調(diào)整并固定板面位置，利用支撐架上水平后移裝置頂緊模板與混凝土形成密貼，模板頂部和底部設(shè)有作業(yè)平臺(tái)。支架、模板及施工荷載全部由對(duì)拉螺桿、預(yù)埋件及承重三腳架承擔(dān)，不需另搭腳手架，適于高空作業(yè)。施工過程中通過起重塔機(jī)提升懸臂模板系統(tǒng)，交替完成橋墩混凝土澆筑。

3.1 懸臂模板體系的設(shè)計(jì)

懸臂模板體系由模板系統(tǒng)、懸臂支撐架系統(tǒng)、懸吊平臺(tái)及預(yù)埋爬錐掛件組成。

3.1.1 模板系統(tǒng)

外側(cè)模板由進(jìn)口維薩板、H20木工字梁、橫豎肋、連接件、芯帶及插銷組成。單塊模板中面板與木工字梁自攻螺絲連接，豎肋與雙槽鋼背楞連接爪連接，兩塊模板之間采用芯帶連接，芯帶銷固定。內(nèi)側(cè)模板由普通膠合板及木工字梁肋組成，墩身懸臂模板設(shè)計(jì)高度4.65 m，長度沿橋墩方向，允許最大彎矩M=5kN·m，允許最大剪力Q=11 kN，截面慣性矩I=4 500 cm4，其最大間距300 mm；雙[14槽鋼作橫肋，最大間距為1 200 mm。為防止混凝土錯(cuò)臺(tái)、漏漿現(xiàn)象的發(fā)生，模板的下沿與混凝土墻體之間的間距控制在最小值，設(shè)置加強(qiáng)型槽鋼，配合使用φ20高強(qiáng)螺桿與蝶形螺母強(qiáng)行使模板與上次已澆筑的混凝土之間密貼。面板選用21 mm厚的進(jìn)口Wisa木膠合板，在拼裝時(shí)，模板與模板間的接縫處，應(yīng)留0.5～1 mm的空隙。每隔5塊板，接縫可以用海綿膠帶或硅膠過渡，使模板在澆筑混凝土并吸收水分后有變形的余地。高強(qiáng)對(duì)拉螺栓橫向間距不大于1.5 m，縱向間距與模板背楞間距一致，不超過1.3 m，螺栓外側(cè)穿PVC套管，退模時(shí)取出螺桿循環(huán)周轉(zhuǎn)使用（見圖1）。

圖1 木工字梁模板示意圖

3.1.2 懸臂支撐架系統(tǒng)

懸臂支撐架系統(tǒng)由工字鋼組成的懸臂三角桁架、模板后移裝置、預(yù)埋螺紋爬錐、螺栓連接掛件支座組成，爬錐、受力螺栓、高強(qiáng)螺桿、預(yù)埋件共同組成一個(gè)類似可活動(dòng)的牛腿系統(tǒng)。懸臂支架在橋墩單面方向橫橋向設(shè)置三榀，縱橋向兩榀，沿墩身四周總共十榀懸臂支架形成圍檁形狀，各榀懸臂支架支承在沿橋縱、橫向?qū)ΨQ的預(yù)埋爬錐支座上，通過可移動(dòng)式掛件支撐受力，掛件的上部呈斜開放，有利于平臺(tái)橫梁與牛腿的準(zhǔn)確就位。三角支架斜撐設(shè)計(jì)成可調(diào)螺栓，可使模板前后傾斜，方便調(diào)整模板的垂直度。模板采用三角支架后移裝置整體后移，滿足鋼筋綁扎，模板清理及刷脫模劑等寬闊的工作面。

懸臂支撐架主要部件結(jié)構(gòu)如圖2、圖3所示。

圖2 懸臂支撐架示意圖

圖3 預(yù)埋板及爬錐示意圖

3.1.3 懸吊平臺(tái)的設(shè)置

在懸臂支撐架上設(shè)置三層平臺(tái)，第一層是物料平臺(tái)，提供施工人員綁扎鋼筋、安裝勁型骨架，澆筑混凝土等工序操作，在允許重量范圍內(nèi)可簡單地堆放一些施工機(jī)具，平臺(tái)寬度3 m。第二層是主平臺(tái)，模板系統(tǒng)的拆安、后移前行，墩身垂直度的調(diào)整等重要工作都在此平臺(tái)上進(jìn)行，安裝的主要裝置為懸臂模板系統(tǒng)的后移裝置，提供施工人員的模板安拆，刷脫模劑，清理模板等工作，平臺(tái)寬度4 m。

第三層提供施工人員拆除下層支座、爬錐之用，以及修補(bǔ)爬錐孔等混凝土工后表面修飾，平臺(tái)寬度2 m。搭設(shè)的平臺(tái)可以沿墩身四周延伸，雙肢墩中間平臺(tái)整體連通，各平臺(tái)轉(zhuǎn)角處搭跳板可以通向左右幅前后任意一個(gè)墩，平臺(tái)四周設(shè)置安全防護(hù)欄，懸掛安全網(wǎng)形成全封閉施工工作平臺(tái)。

3.2 懸臂模板安裝步驟

（1）在地面平地上將膠合面板與木工字梁拼裝，拼裝吊鉤，立起后組裝主背楞三角架，連接件安裝緊固，形成整體模板系統(tǒng)。

（2）先安裝爬錐預(yù)埋錐板，將組裝好的模板就地安裝于第一節(jié)墩身位置，外模板安裝時(shí)，各面模板陽角連接采用斜向高強(qiáng)螺紋鋼筋與蝶形扣件緊固，牢固后澆筑第一次混凝土。

（3）拆除第一節(jié)墩身模板，安裝預(yù)埋件支座掛件，安裝外墻三角支撐架及平臺(tái)操作系統(tǒng)，提升模板，利用后移裝置調(diào)整、頂緊模板，并與第一節(jié)混凝土密貼，第二次澆筑混凝土。對(duì)于空心墩內(nèi)模板安裝時(shí)，在空心墩內(nèi)部安裝可拆卸掛件形成牛腿，安裝工字鋼組成工作平臺(tái)，工作平臺(tái)上安裝模板系統(tǒng)，先安裝陰角模板，后安裝直墻模板，通過高強(qiáng)絲扣螺紋鋼作水平拉桿連接內(nèi)外模板系統(tǒng)。

（4）第二模墩身混凝土澆筑完成后，卸下螺栓，模板后移，用受力螺栓將支座安裝在爬錐上，將懸臂支架吊裝提升就位，支架卡在受力螺栓上，插上銷子，在懸吊平臺(tái)上用套筒扳手和爬錐取出器將第一節(jié)受力螺栓和爬錐取出，以便重復(fù)利用，同時(shí)用砂漿修補(bǔ)好由爬錐留下的孔。

（5）安裝支座掛件，采用塔吊整體提升模板及支架，循環(huán)以上步驟澆筑后續(xù)節(jié)段混凝土，同一墩柱雙肢墩采用左右肢逐節(jié)交替循環(huán)提升的方法進(jìn)行，一直施工至左右幅墩封頂。

3.3 墩身混凝土澆筑

懸臂模板每提升一節(jié)澆筑墩身混凝土4.5 m，每個(gè)墩左右幅交替約10 d完成一節(jié)。墩身第一節(jié)混凝土澆筑至實(shí)心段以上內(nèi)倒角上端，作為懸臂模板的導(dǎo)向墻，為以后各循環(huán)澆筑墩身安裝模板系統(tǒng)提供工作臺(tái)。在澆筑各節(jié)墩身時(shí)，如是空心墩，可在空心內(nèi)部吊放鋼板制成的四方流槽，流槽沿墩身內(nèi)部四角各一道，短邊中間加一道，長邊平均間距加兩道，流槽上端是方型下料斗，下料斗四周開口與各流槽相接，確?；炷料铝蠒r(shí)四周墻體均勻，分層合理。為控制混凝土澆筑時(shí)不漏振，應(yīng)在墩身四面各安排四臺(tái)振動(dòng)棒，每位操作人員有序地參照主筋間距依次從一頭往另外一頭振搗，直到兩面混凝土振搗會(huì)合，混凝土面不再下沉，泛漿。混凝土澆筑時(shí)要求對(duì)稱澆筑，對(duì)稱振搗，確保模板不受偏壓而影響豎直度。

懸臂模板施工流程見圖4所示。

4 高墩施工的關(guān)鍵控制措施

4.1 高墩模板的定位測(cè)量與線型控制

4.1.1 高墩模板的定位測(cè)量

圖4 懸臂模板施工流程圖

高墩模板的控制測(cè)量與施工監(jiān)測(cè)主要從墩身定位測(cè)量、墩高程測(cè)量、垂直度測(cè)量三個(gè)方面加以考慮。

（1）高墩測(cè)點(diǎn)與測(cè)站的高差較大，為了避免仰角過大造成的測(cè)量誤差，同時(shí)不被模板工作平臺(tái)遮擋保證通視，需要拉長測(cè)距，導(dǎo)線控制點(diǎn)布設(shè)在距橋100 m左右的位置。模板定位測(cè)量若用普通方法坐標(biāo)放樣測(cè)量根本達(dá)不到墩身偏位控制的要求，規(guī)范要求縱橫差分別為10 mm，因此需要用方向觀測(cè)的方法增加測(cè)回來達(dá)到測(cè)量精度，若按放樣點(diǎn)位中誤差±2 mm控制，測(cè)角容許誤差大致為1.5″，采用高精度索佳SEP1X全站儀標(biāo)稱1″，一測(cè)回即可滿足要求。

（2）荷葉塘特大橋地處山區(qū)，氣象條件復(fù)雜，考慮到光線折射的因素，只靠長距控制并不合適，施工中采用了DZJ2激光垂準(zhǔn)儀配合全站儀進(jìn)行高墩勁性骨架、模板平面控制與垂直度控制，并在墩外四等水準(zhǔn)測(cè)量的基礎(chǔ)上加設(shè)水準(zhǔn)基準(zhǔn)點(diǎn)，利用鋼尺、水準(zhǔn)儀配合全站儀進(jìn)行墩身標(biāo)高控制。

a.該墩身模板加模肋尺寸大于10 cm，兩板相交的外角正好有利于垂準(zhǔn)儀將點(diǎn)投影上來且不被遮擋，相交模板可以用于膠帶固定，故計(jì)算將墩身四邊沿路線縱橫等距平移10 cm，平移后四個(gè)角點(diǎn)作為控制點(diǎn)測(cè)量放樣到現(xiàn)場(chǎng)并用水泥混凝土固定。

b.在每節(jié)立模后，在這些控制點(diǎn)上依次架設(shè)激光垂準(zhǔn)儀，將點(diǎn)投影到模板外緣固定好的透明膠帶上，由投影點(diǎn)組成的矩形拉線檢查墩身模板，單肢墩四邊都能被檢查，雙肢墩墩間兩塊模板拉尺檢查前后間距就可以了，外移邊扣除10 cm后即為模板應(yīng)調(diào)整到的位置。綜合考慮投影點(diǎn)間距、模板尺寸、日光照射后的墩身偏移，交底用于模板的平面位置的調(diào)整與控制。

c.懸臂模板可用三角支架斜撐旋轉(zhuǎn)調(diào)節(jié)螺栓，可使模板前后傾斜，調(diào)整模板的垂直度，確保模板平面位置準(zhǔn)確到位，然后通過斜拉桿鎖緊墩身四個(gè)陽角處模板，鎖完后再次復(fù)測(cè)確保無誤。

d.利用全站儀三角高程配合懸掛鋼尺法精確測(cè)定墩柱模板頂標(biāo)高,將標(biāo)高垂直向上傳遞至向外挑出的物體上，利用水準(zhǔn)儀將標(biāo)高引至勁性骨架頂，依此定位墩身模板標(biāo)高。

e.模板澆筑前用全站儀再次復(fù)測(cè)一次，符合設(shè)計(jì)規(guī)范要求后即可澆筑。

4.1.2 墩身施工線型控制

高敦墩身柔度大，在施工中受到日照引起的影響，墩身的軸線就會(huì)發(fā)生彎曲和擺動(dòng)，模板準(zhǔn)確定位難度較大。荷葉塘特大橋路線走向東南向，緯度在北回歸線以上，日光照射全天由正前方開始，下午三點(diǎn)左右轉(zhuǎn)至路線正右側(cè)，墩身緩慢向后向左偏轉(zhuǎn)，且偏轉(zhuǎn)數(shù)據(jù)與日照時(shí)間、早中晚溫差、墩身高度、墩身結(jié)構(gòu)、地形條件都有關(guān)系，墩身處于一種動(dòng)態(tài)之中。所以墩身在立模測(cè)量控制中需針對(duì)不同的情況采用以下方法進(jìn)行控制：

（1）噴水降溫法：通過安裝在內(nèi)外模板結(jié)構(gòu)上的環(huán)形噴水養(yǎng)生管，不斷地向墩身噴水，降低陰陽面溫差，從而使日照溫差引起的墩身軸線偏位減少到最小，模板位置在調(diào)整好后到混凝土澆筑完成時(shí)基本一致。

（2）墩身模板定位放樣時(shí)選擇在無風(fēng)或微風(fēng)時(shí)刻，以減小因風(fēng)載引起的軸線偏差，并選擇在日照強(qiáng)度低的時(shí)刻如在早晨太陽升起之前，傍晚日落后墩身溫差比較小的時(shí)刻，避開日照溫差效應(yīng)引起的墩身平面位置偏移和墩身高度的不均勻變化等彎曲變形。在測(cè)量控制中確定一個(gè)基準(zhǔn)溫度和基準(zhǔn)時(shí)間測(cè)量墩身模板的高度和平面位置，以消除溫度變形對(duì)墩身成型精度的影響。

（3）為了防止儀器誤差導(dǎo)致墩身偏斜，每一模必須用全站儀測(cè)設(shè)墩身四個(gè)角點(diǎn)與垂直儀校核一次，并對(duì)墩身尺寸進(jìn)行一次復(fù)測(cè)以確保墩身線形控制。

4.2 高墩外觀質(zhì)量控制

高墩施工由于多次立模，多次澆注，容易引起外觀質(zhì)量下降。為了提高外觀質(zhì)量，經(jīng)多次探索，施工中采取了以下措施：

（1）采用同一廠家的水泥、砂石、外加劑、摻和料，確保外觀的一致性。

（2）采用摻加減水劑，優(yōu)化混凝土配合比，使得混凝土的顏色更均勻，和易性更好。

（3）為確保墩身外觀質(zhì)量，模板翻升到位后，必須對(duì)模板進(jìn)行徹底的清理、調(diào)直、修補(bǔ)和加固，并用優(yōu)質(zhì)的脫模劑均勻地涂刷在模板表面。

（4）澆筑混凝土前，提高立模精度，模板下包100 mm，模板的下部應(yīng)利用三腳架上的后移裝置將模板調(diào)到緊緊地與已澆好的混凝土接觸上，模板間和下部嵌貼海綿膠帶，保證接縫嚴(yán)密，鎖緊對(duì)拉桿和斜拉桿，防止再次澆筑混凝土?xí)r不脹模、不漏漿及錯(cuò)臺(tái)。

（5）混凝土應(yīng)按一定厚度、順序和方向分層澆注，每層30 cm，采用插入式振搗棒星型振搗，要求移動(dòng)間距不超過振動(dòng)器作用半徑的1.5倍；與側(cè)模應(yīng)保持5～10 cm的距離；插入下層混凝土5～10 cm，操作嚴(yán)格遵守快插慢拔要求，避免振動(dòng)棒碰撞模板、鋼筋及其他預(yù)埋件。

（6）每節(jié)墻體澆筑完成后，在混凝土上彈線找平，沿線切割多余混凝土，對(duì)施工縫表面混凝土琢毛并沖洗干凈后安裝勁性骨架、鋼筋、合模。

（7）混凝土澆筑完成后，未拆模前，應(yīng)在養(yǎng)護(hù)期間經(jīng)常使模板保持濕潤，拆模后立即進(jìn)行薄膜覆蓋，每3～6 h灑水一次，有條件可以不間斷噴水養(yǎng)護(hù)，以保持混凝土表面濕潤不開裂，養(yǎng)護(hù)期不少于7 d?；炷翉?qiáng)度達(dá)到2.5 MPa前，不得拆模。

（8）拆模后及時(shí)修復(fù)表面缺陷，保證墩身顏色一致、棱角分明。

5 結(jié)語

荷葉塘特大橋高墩施工除了進(jìn)行嚴(yán)密的勞務(wù)組織外，在施工工藝上進(jìn)行了突破，采用懸臂模板體系在技術(shù)上先進(jìn)、方案上可行、成本上節(jié)約，安全可靠地提前完成了所有橋墩施工。通過有針對(duì)性、有效性的現(xiàn)場(chǎng)關(guān)鍵質(zhì)量控制，該橋10個(gè)薄壁高墩偏位均控制在1 cm以內(nèi)，符合設(shè)計(jì)及施工規(guī)范要求，做到了墩身四個(gè)菱角順直無拐點(diǎn)，錯(cuò)臺(tái)微小不明顯，大面平整無扭曲，混凝土橋墩線型優(yōu)美，外觀漂亮，在該工程施工過程中，進(jìn)度和質(zhì)量均達(dá)到了很好的效果。

[1]JTJ041-2000，公路橋涵施工技術(shù)規(guī)范[S].