復(fù)雜地形下的薄壁空心高墩施工控制技術(shù)

張全良，張建剛

(1.天津鐵道職業(yè)技術(shù)學(xué)院，天津300240;2.中鐵六局集團(tuán)天津鐵路建設(shè)有限公司，天津300232)

復(fù)雜地形下的薄壁空心高墩施工控制技術(shù)

張全良1，張建剛2

(1.天津鐵道職業(yè)技術(shù)學(xué)院，天津300240;2.中鐵六局集團(tuán)天津鐵路建設(shè)有限公司，天津300232)

橋梁高墩施工技術(shù)是保證橋梁施工質(zhì)量的基礎(chǔ)，薄壁空心高墩一般在幾十米到近百米之間，并以施工速度快、建設(shè)成本低的優(yōu)點(diǎn)被山區(qū)橋梁廣泛運(yùn)用。本文結(jié)合昆玉高速公路薄壁高墩施工實(shí)例，探討復(fù)雜地形下的薄壁高墩施工技術(shù)，進(jìn)一步闡述了翻模施工的關(guān)鍵技術(shù)，探索了保證薄壁空心高墩線形的控制技術(shù)，可為今后類似橋梁的設(shè)計(jì)、施工、監(jiān)控提供借鑒。

高速公路 高橋墩 施工技術(shù)

隨著山區(qū)高速公路及鐵路建設(shè)越來(lái)越多，對(duì)于地勢(shì)陡峭、相對(duì)落差較大的山嶺地區(qū)，橋梁建造向著大跨、懸臂、高墩方向發(fā)展。高墩一般是指墩身高度在30 m以上，且墩身以空心或薄壁為主，施工過(guò)程中，難度較大，需要多種大型機(jī)械配合，技術(shù)要求高。但其以施工速度快、投資成本低的獨(dú)特優(yōu)點(diǎn)在山區(qū)橋梁建設(shè)中被廣泛運(yùn)用。薄壁空心高墩常見(jiàn)的施工方法主要有滑升模板法、提升模板法、爬升模板法、滑升翻模法和鋼管腳手架配合拼裝鋼模板法等［1-2］。橋梁高墩施工技術(shù)是保證橋梁施工質(zhì)量的基礎(chǔ)，本文以昆玉高速公路薄壁高墩施工為例，系統(tǒng)地探討復(fù)雜地形下的薄壁空心高墩翻模施工的控制技術(shù)。

1 工程概況

昆玉高速公路起于昆明市官渡區(qū)鳴泉村，止于玉溪市高倉(cāng)，全長(zhǎng)85.71 km，是云南第一條六車道高速公路。

本橋段位于云南省玉溪市境內(nèi)，線路設(shè)計(jì)速度100 km/h，所處位置為T1，T2級(jí)碳化環(huán)境，地震動(dòng)峰值加速度為0.20g，地震動(dòng)反應(yīng)譜特征周期為0.45 s。橋梁區(qū)段地勢(shì)復(fù)雜，溝壑眾多，地表植被發(fā)育旺盛，平緩地帶均已開(kāi)墾為耕地，其余地面多為荒地。橋梁空心墩共142個(gè)，外坡比均為45∶1，內(nèi)坡比均為80∶1。所有空心墩墩身均采用圓端形截面，底部實(shí)心高度1.5～2.0 m，頂部實(shí)心高度1.0 m，最小壁厚0.5 m。墩頸橫向?qū)挾?.4～9.2 m，縱向?qū)挾?.8～4.8 m，托盤高度1.5 m。頂帽均采用矩形，橫向?qū)挾?0.6～11.3 m，縱向?qū)?.2～5.2 m，厚度0.6 m。

2 薄壁空心高墩施工方案設(shè)計(jì)

全標(biāo)段的空心墩分為4個(gè)作業(yè)面流水施工，空心墩底部1.5～2.0 m實(shí)心部分單獨(dú)一次澆筑完成。在底部實(shí)體段施工結(jié)束后，每4 m一個(gè)循環(huán)，按照在13.5 m以下7 d一個(gè)循環(huán)，13.5 m以上5 d一個(gè)循環(huán)。墩身鋼筋、模板、混凝土由汽車吊負(fù)責(zé)垂直提升。

空心墩整體采用翻模施工，翻模兩端圓形模板采用一次到頂(2 m一節(jié))，平板采用循環(huán)施工。在墩身實(shí)體段+4 m以下采用搭設(shè)外架法，在該位置處設(shè)置一個(gè)臨時(shí)進(jìn)人洞。在墩身內(nèi)部搭設(shè)支架，供操作人員和機(jī)具設(shè)備的提升，墩身外部采用汽車吊提升模板和混凝土。在外模上懸掛外架平臺(tái)作為操作平臺(tái)，空心墩內(nèi)設(shè)環(huán)狀檢查臺(tái)，采用預(yù)留接茬筋后澆筑混凝土?？招亩枕敳繉?shí)體段及頂帽混凝土采用一次澆筑。

2.1 翻模結(jié)構(gòu)施工方法

翻?；窘Y(jié)構(gòu)由內(nèi)模系統(tǒng)、外模系統(tǒng)、外掛系統(tǒng)、拉桿系統(tǒng)、內(nèi)腳手架、外腳手架、提升系統(tǒng)、安全防護(hù)系統(tǒng)及拆模系統(tǒng)組成，如圖1所示。

2.2 鋼筋工程

墩身、承臺(tái)、基礎(chǔ)間連接錨固筋按規(guī)范和設(shè)計(jì)要求連接牢固，形成一體。預(yù)埋段鋼筋埋入深度65 cm，墩身鋼筋與預(yù)埋鋼筋按50%接頭錯(cuò)開(kāi)配置，接頭錯(cuò)開(kāi)的距離不得少于90 cm。基礎(chǔ)、承臺(tái)混凝土頂面的外露鋼筋最小長(zhǎng)度為50 cm，最大長(zhǎng)度為150 cm。鋼筋綁扎作業(yè)在固定腳手架上進(jìn)行，鋼筋保護(hù)層采用M35砂漿墊塊以保證厚度。

2.3 模板工程

安裝模板前對(duì)模板進(jìn)行清理、打磨，以無(wú)污痕、銹蝕為標(biāo)準(zhǔn)，刷脫模劑(模板漆)，并用塑料薄膜覆蓋。鋼模到現(xiàn)場(chǎng)后先進(jìn)行試拼，對(duì)細(xì)部錯(cuò)臺(tái)和拼縫進(jìn)行處理。局部的錯(cuò)臺(tái)通過(guò)打磨找平，拼縫采用建筑專用雙面膠帶填塞找平。鋼模板表面平整度按照同一板面2 mm控制，拼縫處錯(cuò)臺(tái)按照1 mm控制。拼裝完成后對(duì)模板的總尺寸進(jìn)行復(fù)核。加固措施采用內(nèi)撐和外加拉桿形式，拉桿采用φ20鋼筋，外套硬質(zhì)PVC塑料管，保證薄壁厚度誤差＜5 mm。安裝好后，檢查軸線、高程，保證模板在灌筑混凝土過(guò)程中不變形、不移位。拆模時(shí)留有一節(jié)模板作為安裝上層模板時(shí)的支撐。拆除模板時(shí)由下往上逐塊拆除。

2.4 混凝土工程

混凝土澆筑分三階段進(jìn)行，分別為墩底實(shí)體段、墩身空心薄壁、墩頂實(shí)體段。首先精確測(cè)放出基礎(chǔ)(承臺(tái))墩身中心線，沿墩身內(nèi)外輪廓線施作一層3～5 cm厚的砂漿水平帶，作為模板找平層。在澆筑完底節(jié)墩身后，進(jìn)行表面灑水養(yǎng)護(hù)，同時(shí)進(jìn)行內(nèi)腳手架搭設(shè)，以及第2段墩身鋼筋接長(zhǎng)工作。在墩身混凝土強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度70%時(shí)，進(jìn)行底部2節(jié)模板的拆除和提升工作，留本節(jié)上面一塊作為下一節(jié)墩身模板支撐，如此循環(huán)直到墩頂實(shí)體段完成。拆除模板時(shí)注意拆模的順序，拆下的模板要清掃干凈、有序堆碼以利下一次使用。

混凝土分層澆筑厚度不超過(guò)30 cm。采用振動(dòng)器振搗密實(shí)，不可漏振和過(guò)振。每層混凝土振搗時(shí)插至下層混凝土5～10 cm，以確保新舊混凝土結(jié)合良好。串筒拆除采用邊澆筑混凝土邊拆除的方法，串筒距離已澆筑混凝土頂面高度在2 m以內(nèi)。結(jié)構(gòu)混凝土澆筑完成后，及時(shí)養(yǎng)護(hù)，以防止混凝土內(nèi)外溫差過(guò)大產(chǎn)生裂紋。拆模后用無(wú)紡?fù)凉げ及B(yǎng)護(hù)，養(yǎng)護(hù)時(shí)間不得少于14 d，若氣溫較低，養(yǎng)護(hù)時(shí)間適當(dāng)延長(zhǎng)。如進(jìn)入冬季施工，必須包裹進(jìn)行保溫養(yǎng)護(hù)。

圖1 翻模基本構(gòu)造示意(單位:cm)

3 墩臺(tái)內(nèi)外腳手架設(shè)計(jì)

腳手架立桿基礎(chǔ)必須堅(jiān)實(shí)，并具有足夠承載力，以防不均勻或過(guò)大沉降。當(dāng)支撐在基礎(chǔ)頂面時(shí)，基礎(chǔ)必須達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度等級(jí);當(dāng)支撐在地基土上時(shí)，應(yīng)加設(shè)墊板或枕木，墊板應(yīng)有足夠強(qiáng)度和支撐面積，并為中心承載。地基土應(yīng)堅(jiān)實(shí)，并設(shè)有排水措施。雙排腳手架應(yīng)設(shè)置縱向剪刀撐和橫向斜撐，保證腳手架具有足夠的縱向和橫向整體剛度。在腳手架和墩臺(tái)之間，必須設(shè)置足夠數(shù)量、分布均勻的連接件，防止腳手架橫向失穩(wěn)或傾覆，并能可靠傳遞風(fēng)荷載。

本工點(diǎn)采用雙排腳手架，搭設(shè)高度45 m。搭設(shè)尺寸為:立桿縱距1.50 m，立桿橫距1.05 m，立桿步距1.50 m。采用鋼管類型為φ48×3.5，連接件采用二步三跨，豎向間距3 m，水平間距4.5 m。施工均布荷載為3 kN/m2，腳手板共鋪設(shè)22層。

3.1 腳手架荷載標(biāo)準(zhǔn)值

腳手架荷載標(biāo)準(zhǔn)值包括靜荷載、活荷載和風(fēng)荷載。靜荷載標(biāo)準(zhǔn)值包括承受的結(jié)構(gòu)自重、腳手板的自重、吊掛的安全設(shè)施荷載等。

風(fēng)荷載標(biāo)準(zhǔn)值以基本風(fēng)壓為基準(zhǔn)，考慮結(jié)構(gòu)系數(shù)、風(fēng)荷載高度變化系數(shù)和風(fēng)荷載體型系數(shù)［3］。

3.2 腳手架最大搭設(shè)高度的計(jì)算

不考慮風(fēng)荷載時(shí)，采用單立管敞開(kāi)式、全封閉和半封閉的腳手架可搭設(shè)高度按照下式計(jì)算

式中:NG2k為構(gòu)配件自重標(biāo)準(zhǔn)值產(chǎn)生的軸向力，NG2k= 8.794 kN;NQk為活荷載標(biāo)準(zhǔn)值，NQk=2.363 kN;gk為每m立桿承受的結(jié)構(gòu)自重標(biāo)準(zhǔn)值，gk=0.151 kN/m。

經(jīng)計(jì)算Hs=68.45 m。

腳手架搭設(shè)高度Hs≥26 m時(shí)，按照下式調(diào)整且不超過(guò)50 m。

考慮風(fēng)荷載時(shí)，采用單立管敞開(kāi)式、全封閉和半封閉的腳手架可搭設(shè)高度按照下式計(jì)算

式中:Mwk為計(jì)算立桿段由風(fēng)荷載標(biāo)準(zhǔn)值產(chǎn)生的彎矩，Mwk=0.076 kN·m。

經(jīng)計(jì)算Hs=71.063 m。同樣經(jīng)調(diào)整后腳手架搭設(shè)高度限值［H］=50 m。

4 薄壁空心高墩線形控制技術(shù)

薄壁空心高墩施工難度大，技術(shù)要求高，如何控制高墩的垂直度就成為控制施工質(zhì)量的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。由于墩身是在動(dòng)態(tài)中成型，而且是高空作業(yè)，施工精度控制十分復(fù)雜。空心墩線形控制主要通過(guò)施工測(cè)量來(lái)進(jìn)行，控制內(nèi)容包括:空心墩中心定位測(cè)量、空心墩高程測(cè)量、空心墩中線垂直度測(cè)量、空心墩坡度控制。

4.1 空心墩中心定位測(cè)量

采用極坐標(biāo)控制測(cè)量法［4］。包括外模定位控制、內(nèi)模定位控制和混凝土澆筑過(guò)程中的墩身軸線控制。

外模定位控制要求:每個(gè)墩身施工前，由測(cè)量人員用全站儀在基礎(chǔ)頂面測(cè)設(shè)出墩身的十字中心線，以及兩端圓弧的圓心、圓弧與直線的交點(diǎn)，并設(shè)置好橫、縱向護(hù)樁，便于立墩身模板時(shí)放樣墩身底口的輪廓線。在墩身立模時(shí)，用墨斗線在基礎(chǔ)頂面彈出墩身底口輪廓線，依據(jù)輪廓線安裝模板。每安裝一節(jié)模板，就用全站儀對(duì)該節(jié)模板進(jìn)行縱、橫軸線、幾何尺寸的測(cè)量復(fù)核。復(fù)核無(wú)誤后，再進(jìn)行下節(jié)模板的安裝，確保每節(jié)模板位置的安裝正確。

內(nèi)模定位控制要求:在空心墩底節(jié)實(shí)體段混凝土施工完畢后，用全站儀將墩身中心點(diǎn)引測(cè)至實(shí)體段頂面并保護(hù)好，該點(diǎn)和已復(fù)核過(guò)的外模內(nèi)壁作為此后內(nèi)模安裝時(shí)幾何尺寸、平面位置校核的依據(jù)。內(nèi)模安裝步驟及檢驗(yàn)方法同外模。

混凝土澆筑過(guò)程中的墩身軸線控制技術(shù):首先要求澆筑過(guò)程中派專人不間斷檢查墩身模板的支護(hù)及螺栓連接、拉桿加固情況，確保不發(fā)生因加固不牢產(chǎn)生的跑模、偏移現(xiàn)象。其次，嚴(yán)格控制混凝土的澆筑速度，每小時(shí)不大于1 m高度，防止?jié)仓^(guò)快產(chǎn)生模板偏移現(xiàn)象。最后，在施工過(guò)程中，每澆筑1 m左右高時(shí)，用垂球檢查一下模板的平面位置情況，如有超出規(guī)范要求的偏移，要立即暫?；炷翝仓?，采取措施糾偏，直至符合規(guī)范要求后，再繼續(xù)進(jìn)行混凝土的澆筑。

4.2 空心墩高程測(cè)量

在墩身立首節(jié)模板前，先用高強(qiáng)度等級(jí)砂漿墊層將墩身底面找平，然后開(kāi)始模板安裝，每安裝一節(jié)模板，就對(duì)其頂面標(biāo)高進(jìn)行測(cè)量，高程達(dá)到設(shè)計(jì)標(biāo)高后，再進(jìn)行下節(jié)模板的安裝。采用水準(zhǔn)儀測(cè)設(shè)法與全站儀三角高程法相結(jié)合進(jìn)行空心墩高程測(cè)量。在空心墩施工初期水準(zhǔn)儀測(cè)量不受墩高影響時(shí)，采用水準(zhǔn)儀測(cè)量。在使用水準(zhǔn)儀測(cè)量受到墩高影響時(shí)，采用全站儀三角高程法進(jìn)行墩身高程測(cè)量。測(cè)量時(shí)，盤左盤右要進(jìn)行三個(gè)測(cè)回測(cè)量，取三個(gè)測(cè)回的平均值作為最終高程值。并且在墩身高程測(cè)量結(jié)束后，與大橋一個(gè)水準(zhǔn)控制點(diǎn)進(jìn)行聯(lián)測(cè)，以檢驗(yàn)三角高程測(cè)量的準(zhǔn)確性。

4.3 空心墩中線垂直度測(cè)量

中線垂直度測(cè)量采用自動(dòng)安平激光垂準(zhǔn)儀。激光垂準(zhǔn)儀安裝在空心墩實(shí)體段頂面上，并設(shè)牢固的保護(hù)罩。墩內(nèi)平臺(tái)頂上設(shè)激光接收靶，能顯示光斑并捕捉斑心，激光斑心即是橋墩中心，進(jìn)行墩身的豎向軸線傳遞。通過(guò)激光垂準(zhǔn)儀將橋墩中心準(zhǔn)確地引至工作平臺(tái)上，不僅簡(jiǎn)化繁瑣的測(cè)量工作，而且中心控制準(zhǔn)確、可靠。模板每提升一節(jié)，對(duì)模板的位置檢查一次，以控制橋墩的縱橫向偏移和扭轉(zhuǎn)。

4.4 空心墩外觀線形及坡度控制

試拼檢查:空心墩外觀線形及坡度主要由加工好的定型鋼模來(lái)控制。為保證定型鋼模線形及坡度的準(zhǔn)確，在立模前要進(jìn)行模板的試拼工作，對(duì)試拼好的模板進(jìn)行幾何尺寸測(cè)量，以此來(lái)檢驗(yàn)?zāi)０宓木€形及坡度。

立模時(shí)檢查:將試拼合格后的模板運(yùn)至施工地，依據(jù)事先測(cè)設(shè)好的立模輪廓線，安裝好模板，然后用全站儀在模板頂上測(cè)設(shè)出該模板頂截面的兩端圓弧頂點(diǎn)、圓弧與直線的交點(diǎn)，檢查這些點(diǎn)與最上面一節(jié)模板本身的兩端圓弧頂點(diǎn)、圓弧與直線的交點(diǎn)是否重合、偏差多少，以此控制墩身的線形及坡度。

施工過(guò)程控制:主要檢查模板的加固情況，控制混凝土的澆筑速度，防止跑模。

5 結(jié)論

復(fù)雜地形下的薄壁空心高墩選用合理的施工工藝十分重要，采用翻模法進(jìn)行橋梁高墩施工具有操作方便、易掌握、成本低、工期易得到保證等特點(diǎn)。本文通過(guò)昆玉高速公路薄壁高墩施工實(shí)例，系統(tǒng)地闡述了施工方案的設(shè)計(jì)理念以及空心高墩質(zhì)量控制技術(shù)，可為復(fù)雜地形下類似的薄壁空心高墩的施工提供參考。

［1］陳國(guó)琛，孫士成.鐵路橋梁薄壁空心高墩施工技術(shù)［J］.科學(xué)與財(cái)富，2011(7):351-352.

［2］周進(jìn)福，行英杰，吳巨超.鐵路薄壁空心墩蓋板封頂?shù)氖┕ぃ跩］.鐵道建筑技術(shù)，2012(增2):52-53，74.

［3］中華人民共和國(guó)交通部.JTG/T F50—2011公路橋涵施工技術(shù)規(guī)范［S］.北京:人民交通出版社，2011.

［4］張錚.138 m雙薄壁空心高墩翻模施工技術(shù)［J］.鐵道建筑，2005(3):1-3.

(責(zé)任審編趙其文)

U443.22

B

10.3969/j.issn.1003-1995.2015.05.13

1003-1995(2015)05-0050-03

2014-09-02;

2015-03-12

張全良(1967—)，男，河北霸州人，副教授。