山區(qū)峽谷超高空心薄壁墩柱施工關(guān)鍵技術(shù)

王明磊，李建雙，王海明

0 引言

蒙文硯高速公路小東山大橋位于云南省紅河州蒙自市芷村鎮(zhèn)和文瀾鎮(zhèn)交叉處，跨越S325省道、昆河鐵路、國(guó)防光纜。左線起訖里程ZK13+739.96—ZK14+801.04，長(zhǎng)度為1 061.08 m；右線起訖里程 K13+819.96—K14+641.00，長(zhǎng)度為821.04 m。左線6號(hào)—12號(hào)墩、右線5號(hào)—10號(hào)墩共計(jì)13個(gè)墩柱設(shè)計(jì)為空心薄壁墩，墩身外圍截面尺寸為600 cm伊340 cm，四角設(shè)置R=30 cm的圓弧倒角，墩身內(nèi)凈空尺寸為440 cm伊220 cm，四角設(shè)置20 cm伊20 cm的折線倒角。其中最高墩柱為92 m，為蒙文硯高速公路全線最高墩。

1 項(xiàng)目重點(diǎn)難點(diǎn)分析

1.1 施工便道修筑難度大

本橋位于山嶺地區(qū)，沒(méi)有進(jìn)場(chǎng)道路，施工便道修筑爆破量大、危險(xiǎn)系數(shù)高，施工便道的貫通速度和質(zhì)量直接決定橋梁工程能否按期開(kāi)工。

1.2 橋梁高墩施工安全風(fēng)險(xiǎn)大

小東山大橋左線6號(hào)—12號(hào)、右線5號(hào)—10號(hào)空心薄壁墩高度介于40耀92 m之間，最大高度92 m，部分樁基及墩柱位于陡坡上，梁板橫跨S325省道，施工難度和安全風(fēng)險(xiǎn)較大。

1.3 現(xiàn)場(chǎng)地形條件較為復(fù)雜

大橋橋位處于較深較寬沖溝，經(jīng)常易受山洪暴發(fā)影響，現(xiàn)場(chǎng)施工時(shí)需做好防洪工作。施工材料堆放、吊車平臺(tái)、輸送泵平臺(tái)面積不足，通過(guò)利用路基及隧道廢料進(jìn)行場(chǎng)地拓寬，解決了場(chǎng)地狹小、施工不便的困難。

1.4 橋梁跨越S325省道、國(guó)防、電信光纜、米軌

本橋左線9號(hào)—10號(hào)、右線7號(hào)—8號(hào)墩跨越S325省道，左線8號(hào)—9號(hào)、右線6號(hào)—7號(hào)墩位之間有埋入地下的國(guó)防光纜和線桿架空的移動(dòng)、聯(lián)通、電信和廣電光纜通過(guò)，左線11號(hào)上空有110 kVA的高壓線，左線19號(hào)—20號(hào)、右線21號(hào)—23號(hào)上跨昆河鐵路米軌，吊裝時(shí)利用列車間隙時(shí)間進(jìn)行吊裝，安全防護(hù)要求高。

2 施工關(guān)鍵技術(shù)介紹

2.1 高墩柱液壓爬模施工關(guān)鍵技術(shù)

2.1.1 液壓爬模的組成

液壓爬模主要由模板系統(tǒng)、埋件系統(tǒng)、支架系統(tǒng)、液壓系統(tǒng)和爬升系統(tǒng)組成，其動(dòng)力來(lái)源是本身自帶的液壓頂升系統(tǒng)，液壓頂升系統(tǒng)包括液壓油缸和上下?lián)Q向盒，換向盒可控制提升導(dǎo)軌或提升架體，通過(guò)液壓系統(tǒng)可使模板架體與導(dǎo)軌間形成互爬，從而使整體穩(wěn)步向上爬升[1-2]。液壓爬模在施工中無(wú)需其它起重設(shè)備、操作方便爬升速度快、安全系數(shù)高。

2.1.2 液壓爬模爬架組成

液壓爬模爬架包括鋼筋安裝操作平臺(tái)、主操作平臺(tái)、液壓油缸操作平臺(tái)、裝修平臺(tái)[3]，鋼筋安裝操作平臺(tái)寬度為1.0 m，主操作平臺(tái)寬度為2.7 m，液壓油缸操作平臺(tái)和裝修平臺(tái)寬度為1.2 m。所有平臺(tái)留有人洞，上下層平臺(tái)人洞之間安裝爬梯，便于人員上下。

2.2 木工字鋼梁維薩板施工關(guān)鍵技術(shù)

2.2.1 液壓爬模模板組成

爬模分為外模和內(nèi)模，外模有4塊大模板和4塊倒角模板，模板高度為4.65 m，每模混凝土澆筑高度為4.5 m，內(nèi)外模板通過(guò)對(duì)拉的精軋螺紋鋼固定。模板選用輕質(zhì)高強(qiáng)的維薩板、木工字梁與雙槽鋼背楞拼裝，維薩板與豎肋采用自攻螺絲連接，豎肋與橫肋采用連接爪連接，在豎肋上兩側(cè)對(duì)稱設(shè)置2個(gè)吊鉤。2塊模板之間采用芯帶連接，并用芯帶銷固定，從而保證模板的整體性，使模板受力更加合理、可靠。維薩板具有強(qiáng)度高、重量輕、抗耐磨性、模板利用率高的特點(diǎn)，能抵抗風(fēng)吹日曬和絕大多數(shù)的化學(xué)物質(zhì)的腐蝕。

2.2.2 模板的止?jié){措施

1）外模陽(yáng)角處模板通過(guò)斜拉桿控制，角部模板貼上海綿條，能有效保證模板角部不脹開(kāi)和漏漿。為避免相鄰兩節(jié)混凝土的錯(cuò)臺(tái)，現(xiàn)場(chǎng)采用調(diào)節(jié)拉桿使模板緊貼上一次混凝土面15 cm，外模陽(yáng)角拼裝圖見(jiàn)圖1。

圖1 外模陽(yáng)角拼裝圖Fig.1 Assembly diagram of outer template external corner

2）內(nèi)模轉(zhuǎn)角處拼裝，內(nèi)模轉(zhuǎn)角拼裝圖見(jiàn)圖2。

圖2 內(nèi)模轉(zhuǎn)角拼裝圖Fig.2 Assembly diagram of inside the template corner

3）直墻模板拼裝。

直墻模板接縫處抹玻璃膠，粘合，拼縫要緊湊，全部鋪好后，將板面擦干凈，去除塵土，將面板表面水分擦干，將調(diào)好的原子灰抹于面板螺釘處，刮平。為防止模板滲水膨脹，確保模板的長(zhǎng)期周轉(zhuǎn)使用，在切割和鉆孔后采用含丙烯酸成分的油漆進(jìn)行2次封邊。

2.3 勁性骨架輔助鋼筋綁扎關(guān)鍵技術(shù)

2.3.1 勁性骨架的作用

考慮到安全和質(zhì)量因素，現(xiàn)場(chǎng)采用勁性骨架進(jìn)行鋼筋安裝。勁性骨架長(zhǎng)度5.4 m，寬度2.9 m，四周采用準(zhǔn)22的無(wú)縫鋼管，頂部采用16號(hào)槽鋼加工而成，由于勁性骨架剛度較大，可以起到鋼筋骨架的作用，鋼筋固定在勁性骨架上，可以預(yù)防鋼筋整體歪倒，工人操作時(shí)可以利用勁性骨架固定安全帶，對(duì)操作工人起到安全保護(hù)的作用；根據(jù)圖紙鋼筋間距要求，在勁性骨架頂端采用準(zhǔn)12的鋼筋加工鋼筋卡控孔，利用勁性骨架鋼筋卡控孔對(duì)鋼筋進(jìn)行糾偏和固定，從而保證鋼筋的安裝位置、間距、保護(hù)層滿足要求。

2.3.2 勁性骨架的使用

待承臺(tái)或上模混凝土澆筑完成并達(dá)到一定強(qiáng)度后，通過(guò)測(cè)量確定好勁性骨架的放置位置，隨后利用塔吊將勁性骨架吊至確定的位置，利用焊接的方式將勁性骨架固定牢固，利用塔吊將加工好的主筋吊至鋼筋安裝平臺(tái)，人工配合將每根鋼筋放置到勁性骨架的鋼筋卡控孔內(nèi)，并與下層鋼筋對(duì)應(yīng)連接，接著綁扎勁性骨架拉結(jié)槽鋼下方的水平鋼筋和箍筋，綁扎完畢后，吊出勁性骨架，接著綁扎上方剩余的水平鋼筋和箍筋。

2.4 超高墩柱垂直度控制關(guān)鍵技術(shù)

2.4.1 測(cè)點(diǎn)布置及測(cè)量監(jiān)控

在澆筑墩身第1節(jié)混凝土前，在承臺(tái)頂面測(cè)放出墩柱結(jié)構(gòu)輪廓線并沿墩身縱橫方向通過(guò)全站儀放樣出墩身中線外延50 cm的4個(gè)點(diǎn)作為觀測(cè)點(diǎn)，準(zhǔn)確埋設(shè)觀測(cè)點(diǎn)并確認(rèn)無(wú)誤后通過(guò)此點(diǎn)進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)施工控制。觀測(cè)時(shí)把激光垂準(zhǔn)儀分別安裝在承臺(tái)上的4個(gè)點(diǎn)上，墩身工作平臺(tái)上設(shè)激光接受靶，能顯示光斑并捕捉斑心，激光斑心即為橋墩四角點(diǎn)延長(zhǎng)線上50 cm點(diǎn)或墩身的豎向軸線上的點(diǎn)。進(jìn)行墩身的豎向軸線傳遞，這樣通過(guò)激光鉛直儀將4個(gè)控制點(diǎn)和橋墩中心點(diǎn)準(zhǔn)確地引到工作平臺(tái)上，定期用全站儀對(duì)矩形空心墩的四個(gè)角定位檢查并及時(shí)調(diào)整，鉛垂儀使用示意圖見(jiàn)圖3。

圖3 鉛垂儀使用示意圖Fig.3 Sketch map for the use of plumb plummet

2.4.2 高墩垂直度監(jiān)控測(cè)量

JTG F 801—2004《公路工程質(zhì)量檢驗(yàn)評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)》中對(duì)薄壁墩身的垂直度規(guī)定的允許誤差值為：0.3豫且不大于20 mm[4]。模板每提升1節(jié)，對(duì)模板的位置檢查1次，以控制橋墩的縱橫向偏移和扭轉(zhuǎn)。為了防止儀器誤差導(dǎo)致墩身偏斜，每循環(huán)9 m用全站儀與鉛直儀校核1次，對(duì)于垂直度超出其允許誤差的節(jié)段進(jìn)行調(diào)整。

2.4.3 線型監(jiān)控措施

定期對(duì)測(cè)量?jī)x器進(jìn)行測(cè)量校合，滿足測(cè)量精度要求。定期對(duì)全橋的控制網(wǎng)、控制點(diǎn)進(jìn)行復(fù)測(cè)、聯(lián)測(cè)及閉合測(cè)量。為減小誤差，選擇施工期內(nèi)溫差較小的時(shí)段進(jìn)行測(cè)量，盡量選擇在上午日出以前或下午日落以后進(jìn)行測(cè)量。

2.5 超高墩柱混凝土噴淋養(yǎng)護(hù)和節(jié)水回收關(guān)鍵技術(shù)

在強(qiáng)日照的環(huán)境下，空心墩內(nèi)外側(cè)、向陽(yáng)面與背陽(yáng)面會(huì)有較大溫差，再加上新澆混凝土?xí)a(chǎn)生大量的水化熱，導(dǎo)致墩身各部位混凝土由于溫差過(guò)大出現(xiàn)裂紋[5]。

對(duì)于本橋這種高墩，位于高山峽谷中，隨著墩身施工高度增加，風(fēng)力也逐漸增強(qiáng)，當(dāng)模板拆除后，暴露在外的墩身混凝土面也可能受風(fēng)吹影響迅速干燥失水而產(chǎn)生裂紋。

本工程對(duì)原有的噴淋養(yǎng)護(hù)系統(tǒng)進(jìn)行了改進(jìn)，具體做法是通過(guò)進(jìn)水管、蓄水池、高揚(yáng)程水泵、時(shí)間繼電器、輸水管、噴淋管組成噴淋系統(tǒng)，進(jìn)水管是向蓄水池供水，循環(huán)蓄水池也向蓄水池供水，蓄水池的蓄水量能夠保證連續(xù)噴淋作業(yè)1 d，設(shè)定時(shí)間繼電器的時(shí)間間隔和持續(xù)時(shí)間并開(kāi)動(dòng)噴淋系統(tǒng)源，噴淋系統(tǒng)進(jìn)入工作狀態(tài)。繼電器到達(dá)制定的噴淋時(shí)間后接通水泵開(kāi)關(guān)，高揚(yáng)程水泵從蓄水池內(nèi)抽水送至輸水管內(nèi)，輸水管連接噴淋管對(duì)需養(yǎng)護(hù)的混凝土面進(jìn)行噴水養(yǎng)護(hù)，噴水時(shí)間達(dá)到預(yù)定的時(shí)間后，時(shí)間繼電器關(guān)閉水泵開(kāi)關(guān)停止噴水。

為保證墩身內(nèi)外溫度差較小，可以在墩身內(nèi)外壁及四周不同位置布設(shè)溫度計(jì)監(jiān)控溫度，針對(duì)各部位的溫度差異，采用不同頻率的噴淋灑水措施降低墩混凝土溫度，控制新澆節(jié)段墩身各部位混凝土溫差。橋墩混凝土脫模后，不封堵墩身上的模板對(duì)拉孔、鑿?fù)ㄍ笟饪譡6]，噴淋養(yǎng)護(hù)系統(tǒng)布置圖見(jiàn)圖4。

圖4 噴淋養(yǎng)護(hù)系統(tǒng)布置圖Fig.4 Layout of spray maintenance system

3 超高墩柱施工安全措施介紹

3.1 超高墩柱香蕉式安全爬梯的應(yīng)用

小東山大橋是蒙文硯全線橋墩最高的大橋，施工中存在著極大的安全風(fēng)險(xiǎn)。特別是工人高墩上下成為安全管理的控制重點(diǎn)，本項(xiàng)目選用重型香蕉式安全爬梯作為工人往返的通道。

3.1.1 香蕉式爬梯組成

香蕉式安全爬梯主要由立桿、橫桿、斜拉桿、橫撐、附著、底座、專用爬梯及其他配套構(gòu)件組成[1]。香蕉式爬梯組成圖見(jiàn)圖5。

圖5 香蕉式爬梯組成圖Fig.5 Banana-style ladder composition diagram

3.1.2 香蕉式爬梯的特點(diǎn)

具有穩(wěn)定可靠、安全牢固、承載力強(qiáng)、美觀大方、搭設(shè)方便、拆裝靈活、易于保管、綜合效益好的特點(diǎn)，且連接結(jié)構(gòu)非常科學(xué)，采用了橫桿插入式，并設(shè)計(jì)了香蕉式插頭與插銷并用，使橫桿與立桿銷箍之間具有雙向鎖緊功能，保證了爬梯整體的穩(wěn)定性，周圍掛密目網(wǎng)，與墩身每隔10 m左右設(shè)置固定，完全滿足高墩施工的需要。

3.2 超高墩柱內(nèi)腔防墜網(wǎng)的應(yīng)用

考慮到高墩柱內(nèi)腔為空心，因此高處墜落也是高墩柱施工的主要安全隱患，在墩柱內(nèi)腔設(shè)置防墜網(wǎng)，保證了施工過(guò)程中人員安全。根據(jù)空心墩內(nèi)腔尺寸采用4 mm厚的角鋼制作防墜網(wǎng)框架，在角鋼框架長(zhǎng)邊方向焊接3個(gè)、短邊方向焊接2個(gè)DN40的鋼管，將安全網(wǎng)固定在角鋼框架上，澆筑混凝土?xí)r每隔9 m下方0.2 m處埋設(shè)預(yù)埋件，等混凝土達(dá)到強(qiáng)度，將安裝好安全網(wǎng)的防墜網(wǎng)與墩柱預(yù)埋件采用插銷固定。

4 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)應(yīng)用高墩柱液壓爬模和工字型木龍骨膠合板模板施工，施工循環(huán)周期比傳統(tǒng)的翻模每模節(jié)約時(shí)間1.7 d，較寬的操作平臺(tái)保證人員的安全，保證了混凝土表觀質(zhì)量；通過(guò)勁性骨架輔助鋼筋綁扎關(guān)鍵技術(shù)，鋼筋的保護(hù)層和間距得到了有效的控制；通過(guò)超高墩柱垂直度控制關(guān)鍵技術(shù)，取得了92 m最高墩的垂直度誤差為1.4 cm的效果；通過(guò)超高墩柱混凝土噴淋養(yǎng)護(hù)和節(jié)水回收技術(shù)，解決了養(yǎng)護(hù)不及時(shí)、人員操作困難的難點(diǎn)，同時(shí)通過(guò)節(jié)水回收達(dá)到了綠色施工的要求；通過(guò)超高墩柱香蕉式安全爬梯的應(yīng)用，保證了工人上下墩柱的安全，節(jié)約了成本；通過(guò)墩柱內(nèi)腔防墜網(wǎng)的應(yīng)用，確保了高墩柱內(nèi)腔高處作業(yè)安全受控。

[1]JTG F90—2015，公路工程施工安全技術(shù)規(guī)范[S].JTG F90—2015,Safety technical specifications for highway engi原neering construction[S].

[2]JGJ 195—2010，液壓爬升模板工程技術(shù)規(guī)程[S].JGJ 195—2010,Technical specification for hydraulic climbing formwork engineering[S].

[3] JGJ 65—2013，液壓滑動(dòng)模板施工安全技術(shù)規(guī)程[S].JGJ 65—2013,Technical specification for safety of the hydraulic slipform in construction[S].

[4]JTG F 80/1—2004，公路工程質(zhì)量檢驗(yàn)評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)[S].JTG F 80/1—2004,Quality inspection and evaluation standards for highway engineering[S].

[5]JTG/T F50—2011，公路橋涵施工技術(shù)規(guī)范[S].JTG/T F50—2011,Technical specification for construction of highway bridge and culvert[S].

[6]住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部工程質(zhì)量安全監(jiān)管司.建筑業(yè)10項(xiàng)新技術(shù)[M].北京：中國(guó)建筑工業(yè)出版社，2011.Department of Engineering Auality and Safety Supervision of Min原istry of Housing and Urban-rural Development.10 new technolo原gies for construction industry[M].Beijing:China Architecture&Building Press,2011.