空心薄壁高墩施工方案淺析及優(yōu)化應(yīng)用

黃 浩

（中交集團(tuán)二公局東盟公司，浙江紹興 312500）

空心薄壁高墩施工方案淺析及優(yōu)化應(yīng)用

黃 浩

（中交集團(tuán)二公局東盟公司，浙江紹興 312500）

結(jié)合浙江新昌36省道改建工程在山區(qū)的特殊地形地貌特點(diǎn)，通過空心薄壁墩的翻模施工工藝，對人員施工安全性、塔吊施工效率進(jìn)行分析，制定方案，并結(jié)合具體情況通過方案再優(yōu)化實(shí)踐為類似環(huán)境下及相同形式的空心墩安全施工提供參考。

特殊地貌；翻模工藝；塔吊；優(yōu)化實(shí)踐

1 工程簡介

36省道江拔線新昌段公路改建一期工程第1合同段內(nèi)，共有空心薄壁高墩兩座：分別為上扁石大橋2＃墩和扁石大橋2＃墩。其中上扁石大橋上部結(jié)構(gòu)采用3×40+12×25 m跨徑，扁石橋上部結(jié)構(gòu)采用主橋5×40 m。采用預(yù)應(yīng)力混凝土T梁簡支結(jié)構(gòu)，上扁石大橋2＃墩49.8 m和扁石大橋2＃墩44.3 m。都采用薄壁空心墩，墩外尺寸2.5×6.8 m，空內(nèi)尺寸1.5×5.2 m，其中內(nèi)邊第1模和頂模設(shè)倒角。

表1 橋梁墩柱高度明細(xì)表

2 前期施工方案

2.1 前期施工總體方案

本項(xiàng)目上扁石大橋2＃墩和扁石大橋2＃墩兩座空心薄壁墩，都采用翻模施工工藝。根據(jù)現(xiàn)場的實(shí)際情況計(jì)劃先施工上扁石大橋的2＃薄壁墩，再啟動扁石大橋2＃薄壁墩施工。采用4節(jié)2 m高（2.5 m ×6.8 m）組合鋼模板。每次翻模時，保留最上面1節(jié)模板將下面3節(jié)模板向上翻模拼裝，再次澆筑。按此方法循環(huán)澆筑到墩頂標(biāo)高。在選擇高墩施工方案時需要考慮以下因素：鋼筋及模板的起吊方案，混凝土的運(yùn)輸及入模形式，施工人員的安全上下墩方式。

（1）塔吊布置及混凝土澆注方式

根據(jù)現(xiàn)場實(shí)際情況及權(quán)衡安全因素，本項(xiàng)目采用翻模法施工，每座薄壁墩布置1臺塔吊（型號為TC5510）起吊模板、鋼筋及施工機(jī)具。由于考慮地形狹窄受限，將原有55 m塔臂改拼為50 m。綜合地形，便道，風(fēng)向等多種因素，塔吊基礎(chǔ)位置定在墩身右側(cè)平行于側(cè)墩面（或承臺基礎(chǔ)），距離2 m左右的距離，使塔吊與作業(yè)面垂直，既要保證塔吊避開墩體蓋梁模板的最外側(cè)寬度，還要考慮不能與墩身離得太遠(yuǎn)，控制塔身與蓋梁邊緣距離保持間距1.5 m。為了保證塔吊穩(wěn)定性，塔吊基礎(chǔ)采用（長×寬×高為5 m×5 m×2 m）的C30混凝土，澆筑前注意塔吊預(yù)埋件的位置和型號。在澆筑墩身混凝土?xí)r，混凝土采用罐車運(yùn)輸，采用塔吊起吊運(yùn)輸?shù)姆绞竭M(jìn)行澆注。施工中應(yīng)確?；炷吝B續(xù)不中斷。待混凝土強(qiáng)度達(dá)到2.5 MPa時，可以拆除模板，拆模時小心拆除，防止損壞混凝土表面。

（2）模板

本項(xiàng)目所用的翻模模板外模采用鋼模板，內(nèi)模采用竹膠板配背拉鋼棱的組合模板1組共分4節(jié)，每節(jié)長2m，每組共長8m，一個塔吊投入4節(jié)模板，施工1個墩身。第一次澆筑墩身混凝土高度為6 m，第二次澆筑只拆除下面的2節(jié)模板，并在第3節(jié)模板上支立及拼裝3節(jié)模板從而進(jìn)行下節(jié)墩身混凝土的澆筑施工，以后每次澆筑高度均為6 m，如此重復(fù)，直至澆筑到墩頂。

模板對拉螺桿的做法：對拉螺桿均采用Φ22的精軋螺紋鋼，墩身螺桿對拉長度不大于2.5 m時螺桿采用通長的做法，用Φ26PVC管和對拉螺桿，拉桿周轉(zhuǎn)使用；在大于2.5 m時，采用300 cm長的對拉螺桿（內(nèi)連桿）與Φ24螺紋鋼焊接，焊接長度須大于20 cm，內(nèi)連桿通過連接器與外連桿相連接，最后用蝶形螺母固定在鋼背楞上。

（3）操作平臺及上下方式

①操作平臺：外模板設(shè)置外掛托架作為外工作平臺，首先在外模上焊接Φ25以上鋼筋作為托架，并在橫向支架上搭上木板，用鐵絲把模板固定在支架上，木板布滿支架以防止雜物墜落，在木板上面的支架上焊接兩道Φ20的圓鋼做護(hù)攔保護(hù)施工人員的安全，在護(hù)攔的上端外側(cè)懸掛安全網(wǎng)確保人員人身安全。變截面的內(nèi)模采用竹膠板木模配8＃槽鋼進(jìn)行拼裝加固，等截面內(nèi)模直接采用鋼模進(jìn)行拼裝加固。在墩體內(nèi)部每次翻模6 m處縱向和橫向在同高度對稱預(yù)埋多道Φ16鋼筋，拆模后用φ16鋼筋進(jìn)行兩端焊接，形成網(wǎng)狀，然后鋪設(shè)1.2×5 m木板（3 cm厚）和安全網(wǎng)封閉洞口，形成防墜面。同時利用每層橫向?qū)炌ǘ丈淼木埪菁y鋼形成的安全屏障，根據(jù)需要鋪設(shè)木板作為臨時施工平臺。為確保高空作業(yè)的雙重安全性，在外平臺的下部都在加設(shè)一道安全網(wǎng)，以防小型物件掉落地面雜傷人員、物體等。同時外工作平臺護(hù)欄上綁扎一層安全網(wǎng)。②上下方式：人員施工時可從塔吊進(jìn)入通過內(nèi)部爬梯上到頂部，通過搭設(shè)跳板進(jìn)入內(nèi)部進(jìn)行施工（跳板采用鋼筋結(jié)構(gòu)，兩側(cè)采用鋼筋護(hù)欄并掛設(shè)安全網(wǎng)）。外鋼模走廊由于4層外模上下相通，根據(jù)需要可到每一個指定作業(yè)點(diǎn)。塔吊上升高度根據(jù)施工高度來確定。同時利用塔吊與薄壁墩之間的空間，利用塔吊的施工平臺和Z字型爬梯，進(jìn)行上下操作。在薄壁墩外側(cè)對應(yīng)塔吊平臺，預(yù)埋2塊鋼板，通過鋼管連接塔吊和塔身，然后搭設(shè)平臺（橫向用Φ8的鋼筋進(jìn)行焊接，再在上面鋪設(shè)1.2× 2.4 m竹膠板作為平臺），平臺之間通過爬梯和塔吊的內(nèi)部休息平臺進(jìn)行上下。在平臺兩側(cè)焊接1 m短鋼筋或扣件安裝短鋼管作為護(hù)欄，然后掛設(shè)安全網(wǎng)以保證人員安全。

（4）翻模工藝

鋼筋綁扎完成后即開始安裝模板，采用外部組合安全爬梯，人員必須從爬梯進(jìn)入，通過爬梯登上施工平臺，由于每6 m封閉一次，形成內(nèi)操作平臺，外模有人行走廊，拆裝模板相對方便。拆外模時，先用滑輪吊住要拆的模板，人工松橫向?qū)瓧U，使模板脫離，然后用塔吊配合進(jìn)行模板的拆除，清理打油后用塔吊吊到頂模，翻內(nèi)模時由于內(nèi)模較輕，可以利用滑輪吊人工提升，澆筑第一次后，混凝土有一定強(qiáng)度后，便可以拆除下2節(jié)2 m的模板，翻模準(zhǔn)備下一次混凝土澆注的模板。此次澆筑后翻模澆筑采用4節(jié)模板。此后，每次預(yù)留頂模，每次上翻三節(jié)模板。以此類推形成了滾動作業(yè)下一循環(huán)可以提高內(nèi)平臺高便于繼續(xù)翻模施工。

3 方案實(shí)施與優(yōu)化實(shí)踐

3.1 方案實(shí)施中遇到的問題

通過上扁石大橋2＃墩施工3個翻模循環(huán)后，施工高度接近20 m，從已經(jīng)實(shí)施的情況看，方案切實(shí)可行，但在實(shí)際執(zhí)行過程中，也能預(yù)見3個主要問題。

（1）為了提高塔吊施工效率，考慮能兼顧1＃及3＃前后位于半山腰的圓柱高墩，塔臂回旋范圍能覆蓋前后施工點(diǎn)，但同時受峽谷地形的影響，雖在前期測量和施工方案制定中考慮地形因素，已將塔臂拼裝由55 m縮減至50 m，但塔臂可能受樹木阻擋，影響安全施工。

（2）雖原有塔吊完全能滿足薄壁高墩的施工需要，但同時兼顧相鄰高圓柱墩的施工，受40 m跨徑限制，該塔吊在相鄰墩柱施工中的最大起吊總量僅1.5 t，施工使用效率不高。

（3）隨著墩身的高度增加，塔吊高度提升，之字型安全爬梯搭設(shè)高度不斷增加。由于安全爬梯是單根鋼管靠扣件拼裝，搭設(shè)效率不高，影響施工進(jìn)度，同時搭設(shè)、人員上下行走、拆卸的安全風(fēng)險加大。

3.2 施工中問題分析及改進(jìn)

（1）首先對塔吊回旋半徑內(nèi)的有可能影響吊裝的樹木進(jìn)行提前砍伐清除。在第二座扁石橋高墩的塔吊拼裝中將塔臂再縮短到45 m，在保證塔吊能兼顧前后40 m內(nèi)的橋梁墩位提高利用率的前提下盡量減少塔臂的回旋半徑。

（2）經(jīng)相關(guān)單位同意，在第二座薄壁墩（扁石大橋2＃）的施工中將原有TC5510型塔吊，提高為TC5515型塔吊。使相鄰墩柱施工點(diǎn)的最大起吊總量提高到2.5噸，施工效率得到提升。

（3）對于安全爬梯的搭設(shè)效率問題，經(jīng)考慮決定向有資質(zhì)的生產(chǎn)廠家定制符合現(xiàn)場實(shí)際的合格組合爬梯，必須受力符合要求，便于拼裝，能提高效率。經(jīng)實(shí)踐，最后選用每一節(jié)（長×寬×高為2.5 m ×1.5 m×2 m）的組合爬梯。將爬梯設(shè)置在墩身的正對面，擴(kuò)大爬梯的受力面積，增加底部穩(wěn)定性，爬梯采用樓梯狀設(shè)計(jì)，每1.5 m設(shè)置一個平臺，能滿足3人同時上下。為了保證爬梯的上部穩(wěn)定性，利用墩身的預(yù)留通氣孔和對拉螺栓孔，通過穿墻對拉的固定方式將爬梯與墩身多點(diǎn)，逐層進(jìn)行加固，增加爬梯的整體剛度和防傾覆能力。在爬梯拼裝好后，再在爬梯外側(cè)布設(shè)安全網(wǎng)，防止墜落。為了保證安全，安裝組合爬梯時注意以下幾個方面：

①組合爬梯的位置正對與墩體的正面，離開墩體的垂直距離30 cm左右，四角的位置必須精確放樣，底部清理整平，由于是在承臺上，基礎(chǔ)牢固容易生根。

②管節(jié)拼裝時應(yīng)特別注意垂直度，每節(jié)段拼裝桿件的插片插銷固定牢固后注意垂直度的檢查，橫桿和橫撐仔細(xì)檢查，梯子安裝在橫撐上，梯子安裝扶手。

③立桿四周銷內(nèi)安裝斜桿，斜撐，必要時在底節(jié)爬梯額外增加鋼管和掃地桿進(jìn)行再加固，同時每3 m左右高度與墩體聯(lián)接，以保證體身的整體穩(wěn)定性。

3.3 優(yōu)化后成果

通過方案優(yōu)化改進(jìn)，原方案施工的基礎(chǔ)上，施工效率大幅提高，安全性增強(qiáng)，安全風(fēng)險降低。通過扁石大橋2＃墩施工統(tǒng)計(jì)，該空心薄壁墩共翻模11個高強(qiáng)螺栓拆除采用千斤頂張拉，旋松螺母直至單個高強(qiáng)螺栓不受力時拆除。

新高強(qiáng)螺栓放置在索夾孔洞內(nèi)，手動旋緊兩端螺母，安裝張拉設(shè)備。按設(shè)計(jì)拉力進(jìn)行一端張拉，張拉至設(shè)計(jì)力后旋緊螺母。

當(dāng)絲扣外露量大于9絲時，單個螺栓張拉時直接張拉至設(shè)計(jì)拉力。當(dāng)絲扣小于9絲時，單個螺栓張拉時的拉力為絲扣外露量對應(yīng)拉力，單個索夾所有高強(qiáng)螺栓張拉完成后，絲扣外露量較初始狀態(tài)大，再進(jìn)行下一輪張拉直至絲扣外露量大于9絲時為止。

5 張拉力計(jì)算

把螺紋牙展直后相當(dāng)于一根懸臂梁，抗擠壓是指公、母螺紋牙之間的擠壓應(yīng)力不應(yīng)超過許用擠壓應(yīng)力，否則便會產(chǎn)生擠壓破壞。設(shè)軸向力為F，相旋合螺紋圈數(shù)為z，則驗(yàn)算計(jì)算式為

式中：σp為擠壓應(yīng)力，單位MPa；［σp］為許用擠壓應(yīng)力，MPa；F為軸向力，N；d2為外螺紋中徑，mm；h為螺紋工作高度，mm，p為螺距，mm，h與p的關(guān)系為：h=0．5 p；z為結(jié)合圈數(shù)。

根據(jù)《緊固件機(jī)械性能螺栓、螺釘和螺柱》GBT 3098.1-2010規(guī)范得知12.9S級別高強(qiáng)螺栓的容許應(yīng)力［σp］=1 200 MPa。當(dāng)螺紋絲扣外露量為z時，結(jié)合圈數(shù)z的外露螺紋所能承受的拉力為F≤［σp］πd2hz。此時的張拉力需小于F防止螺栓被破壞。

6 更換效果

通過本次索夾高強(qiáng)螺栓更換施工，索夾張拉力從拉力35.5 t增加至42 t。索夾接縫收緊0.3～1 cm，相同部位高栓更換前后螺紋外露量增大1～3絲。更換過程中未出現(xiàn)索夾接縫變大和高強(qiáng)螺栓絲扣斷裂的情況。索夾與主纜緊固程度增加，減小了索夾下滑的可能性，達(dá)到了本次設(shè)計(jì)的要求和目的。

7 結(jié)束語

撫順天湖大橋索夾高強(qiáng)螺栓的成功更換，應(yīng)用的雖然是成熟工藝，但是本項(xiàng)目較為突出的特點(diǎn)是原橋高強(qiáng)螺栓絲扣外露量不夠且不一致，而且存在單個索夾上下緣緊固程度不一致的情況，增加了高強(qiáng)螺栓張拉的頻次和糾偏的工序，嚴(yán)格按照該項(xiàng)目特定的更換順序和張拉工藝達(dá)到了設(shè)計(jì)和規(guī)范要求，為后續(xù)懸索橋高強(qiáng)螺栓更換施工提供了寶貴經(jīng)驗(yàn)。

［1］ 中華人民共和國國家規(guī)范.緊固件機(jī)械性能螺栓、螺釘和螺柱（GBT 3098.1-2010）［S］.

U445.4

C

1008-3383（2017）01-0113-02

2016-02-12

黃浩（1978-），男，本科，從事公路一線施工研究。