高速鐵路空心薄壁墩墩頂實心段封頂施工技術(shù)

羅長維 李東輝 王成龍

摘 要：對于國內(nèi)采用架橋機預制架設(shè)和支架現(xiàn)澆的高速鐵路簡支梁橋，空心薄壁墩作為一種常見的設(shè)計通用結(jié)構(gòu)被大量使用。而空心薄壁墩墩頂實心段的封頂施工是整個墩身施工的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，其施工工藝的選擇和施工質(zhì)量的好壞將直接影響墩身的整體施工質(zhì)量。目前，常見的傳統(tǒng)空心墩封頂施工工藝有混凝土預制蓋板法、內(nèi)腔搭設(shè)滿堂支架法、墩壁預埋鋼筋（型鋼）底模法。本文以新建福廈鐵路泉州灣跨海大橋的空心薄壁高墩為施工實例，通過對比分析各類封頂施工方法后，創(chuàng)新采用了一種新型外置支架吊模法的封頂施工工藝。該工藝的成功實施取得了良好的效益，可為今后同類空心薄壁墩墩頂實心段的封頂施工提供重要的借鑒和參考。

關(guān)鍵詞：空心薄壁墩;封頂施工;支架吊模法;結(jié)構(gòu)設(shè)計;施工技術(shù)

中圖分類號：U448.13? ? ? ? ? 文獻標識碼：A? ? ? ? ? ? 文章編號：1006—7973（2021）06-0159-02

1引言

在國內(nèi)外鐵路和公路橋梁領(lǐng)域里，空心薄壁墩因其具有結(jié)構(gòu)整體剛度大、自重輕、截面模量大、整體穩(wěn)定性好和節(jié)省圬工材料等特點而被廣泛采用，常見于墩身高度≥15m的橋墩地段。對于我國高速鐵路的橋梁高墩設(shè)計，空心薄壁墩已作為一種通用的下部結(jié)構(gòu)，它的使用有效地推動了我國鐵路橋梁設(shè)計向標準化方向發(fā)展，也極大地減輕了工程設(shè)計人員的工作量。而空心薄壁墩墩頂實心段的封頂施工具有安全風險高、施工難度大、施工周期長和經(jīng)濟成本投入高等問題，施工工藝的選擇和施工質(zhì)量的好壞將直接影響到墩身施工的整體質(zhì)量，是整個墩身施工的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。本文以新建福廈鐵路泉州灣跨海大橋的空心薄壁高墩為工程實例，詳細介紹一種新型外置支架吊模法的封頂施工工藝。

2 工程概況

新建福廈鐵路北起福州市，南至廈門市和漳州市，正線全長277.42km，是福建省首條時速達350km/h的高速鐵路，也是我國沿海鐵路客運通道的重要組成部分。該線路內(nèi)的泉州灣跨海大橋位于泉州市，是全線的關(guān)鍵控制性工程;其海上與陸上部分引橋區(qū)域的上構(gòu)梁部為預制架設(shè)和支架現(xiàn)澆形式的簡支梁。

根據(jù)橋址處地形、地貌、基礎(chǔ)形式及道路立交等情形，簡支梁下部結(jié)構(gòu)大量采用雙線圓端形空心薄壁的錐型橋墩，墩內(nèi)設(shè)置檢查梯，總量共計127個，采用C35海工與普通混凝土。墩身高度按0.5m的模數(shù)變化，分布范圍為23.0m～32.5m。依據(jù)墩身內(nèi)外斜率、高度和截面尺寸的不同，空心薄壁錐墩又分為7種類型。其中，存在數(shù)量最多類型的空心錐墩墩頂截面尺寸為8.0m×3.0m，高度為23.0m～30.0m，壁厚為0.5m～0.74m;內(nèi)斜率為1：55，外斜率為1：35，墩頂實心段混凝土厚度為3.0m，此種類型的空心錐墩墩身平、立面布置見圖1所示。

3 施工工藝比選

目前，高速鐵路空心薄壁高墩墩頂實心段的封頂施工工藝成熟、施工方法較多。常見的傳統(tǒng)封頂施工工藝有混凝土預制蓋板法、內(nèi)腔搭設(shè)滿堂支架法和預埋鋼筋（型鋼）骨架底模法[1-4]。本工程通過廣泛調(diào)研和分析討論，通過對空心墩實心段封頂施工工藝進行優(yōu)化改進，創(chuàng)新采用了一種外置支架吊模法進行封頂施工。

1 混凝土預制蓋板法 技術(shù)可行，墩壁內(nèi)側(cè)預留的實心段主筋會對蓋板形成阻礙;蓋板預制精度要求高，安裝完成后無法拆除，改變墩身主體結(jié)構(gòu)，有一定質(zhì)量隱患施工前需征得設(shè)計院同意 可提前預制，工效高，施工周期短 預制蓋板一次性使用，不能周轉(zhuǎn)使用，且需定制專用模具，經(jīng)濟成本較高 安全風險低

2 內(nèi)腔搭設(shè)滿堂支架法 技術(shù)可行，結(jié)構(gòu)體系復雜，埋件多，安裝和拆除施工工序多;受空心墩內(nèi)腔空間狹小影響，滿堂支架安裝和拆除施工難度大，且會對內(nèi)爬梯安裝造成影響。 施工工序繁瑣，施工工效低，墩身需修飾，施工周期長 安裝拆除工程量大，支架占用時間較長，周轉(zhuǎn)效率低，需對墩身埋件進行修飾處理，經(jīng)濟成本較高 安全風險高

3 預埋鋼筋（型鋼）底模法 技術(shù)可行，墩身提前做好預留孔，由于空心墩上部設(shè)置倒角，埋入墩壁部分鋼筋無法全部拆除，拆除回收時需對埋入部分進行割除，易形成腐蝕通道，留下質(zhì)量隱患。 拆除困難，墩身需修飾，施工工效較低，施工周期較長 安裝拆除工程量大，部分鋼筋（型鋼）后期無法回收，需對埋件進行修飾處理，經(jīng)濟成本較高 安全風險較高

4 外置支架吊模法 技術(shù)可行，底模系統(tǒng)可提前拼裝成整體后吊裝，安裝及下放拆除方便，不改變墩身主體結(jié)構(gòu)。 施工工序簡單，工效高，施工周期較短 安裝拆除工程量小，支架吊模系統(tǒng)可周轉(zhuǎn)使用，經(jīng)濟成本低 安全風險低

以上四種空心墩實心段封頂施工工藝均可實現(xiàn)空心墩封頂施工，但外置支架吊模法相比其它三種施工工藝，在技術(shù)難度、經(jīng)濟成本、施工周期和安全風險等綜合效益方面，更具有優(yōu)勢，各工藝詳細對比分析見表1所示。

4吊模支架結(jié)構(gòu)設(shè)計與施工

采用外置支架吊模法工藝與傳統(tǒng)的三種封頂混凝土澆筑工藝基本一致，墩頂實心段混凝土也需分兩層進行澆筑，第一層澆筑高度0.5m，第二層澆筑高度為2.5m。第一層混凝土澆筑時利用墩頂實心段和空心段的外側(cè)模模板作為支架吊模的支撐體系?？招亩雾敳炕炷翝仓瓿珊笸鈧?cè)模不進行拆除，安裝通長對拉螺桿（φ25精軋螺紋鋼），將外側(cè)模緊緊抱箍于墩身上，對拉螺桿按照模板設(shè)計共設(shè)置6道，空心段5道，實心段1道。在第一層混凝土鑿毛、養(yǎng)護達到設(shè)計強度100%后，即可作為第二層混凝土澆筑時的受力支撐體系。

4.1吊模支架結(jié)構(gòu)設(shè)計

外置吊模支架為鋼木模組合結(jié)構(gòu)，主要包括懸吊梁、鋼吊桿、底模面板、底模分配梁和底模承重梁，平、立面結(jié)構(gòu)布置詳見圖2所示。

4.2 吊模支架加工與安裝

支架吊模各受力桿件加工與安裝前，先按照墩頂實心段內(nèi)、外截面尺寸，精確下料懸吊梁、竹膠板底模和懸吊底模承重梁，具體施工流程如下：

（1）將懸吊梁雙工14按分布間距精準布置于實心段外側(cè)模頂口上，然后逐根在懸吊梁上安裝精軋螺紋鋼吊桿，并安裝好鋼墊板和精軋螺母。

（2）借助空心墩內(nèi)腔檢查梯作為施工平臺，在指定標高位置逐根安裝底模承重梁雙工12，安裝時需確保承重梁和懸吊梁精準對位;再將精軋螺紋鋼吊桿對穿通過承重梁的吊桿孔，上緊鋼墊板和精軋螺母，完成主受力骨架的安裝。

（3）在承重梁上按間距均勻布置[10分配梁，為確保后期分配梁能順利從人孔中吊出并減小作業(yè)工作量和安全風險，單根[10分配梁下料長度宜嚴格控制在1.3m左右。

（4）安裝竹膠板懸吊底模，安裝前項目技術(shù)人員需對實心段空心截面進行測量放樣，確保底模尺寸與實心段空心截面吻合，安裝間隙小于1mm。

（5）對支架吊模結(jié)構(gòu)體系進行檢查和調(diào)整，再次施擰精軋螺母，并對竹膠板與墩壁之間存在的間隙采用玻璃膠進行封堵，確?；炷翝仓r不漏漿。

4.3 封頂混凝土施工

空心薄壁墩實心段混凝土分兩層進行澆筑，第一層澆筑高度為0.5m，第二層混凝土以已施工完成的第一層混凝土為承重底模，澆筑高度2.5m。第一層混凝土澆筑施工時在現(xiàn)場制作多組同養(yǎng)試塊，待養(yǎng)護、試壓確認混凝土強度達到設(shè)計強度100%后，方可進行支架吊模結(jié)構(gòu)的拆除。

4.4 施工注意事項

（1）支架吊模安裝施工前，需對支撐懸吊梁的實心段外側(cè)模仔細進行檢查，確保懸吊梁嚴格位于外側(cè)模背楞上方，且須對模板受力支撐點采用型鋼進行局部加強，防止外側(cè)模因局部受力過大出現(xiàn)變形失穩(wěn)。

（2）空心薄壁墩空心段最后一節(jié)段外側(cè)模不進行拆除，兩側(cè)的外側(cè)模需采用通長的精軋螺紋鋼對拉螺桿進行對向施擰鎖緊，后期實心段混凝土澆筑過程中還需對拉螺桿受力情況進行檢查，必要時應進行二次施擰。

（3）作為懸吊梁上受力吊桿的精軋螺紋需外套PVC管防電焊打擊，避免通電后造成精軋螺紋鋼的力學性能改變，發(fā)生脆性斷裂，影響支架結(jié)構(gòu)的整體安全。

（4）混凝土澆筑過程中，嚴格控制下料澆筑高度，防止對吊模支架造成過大沖擊;振搗施工時需注意避開模板和吊桿等部位。

5結(jié)語

通過創(chuàng)新采用外置支架吊模法進行空心薄壁墩墩頂實心段的封頂施工，為新建福廈鐵路泉州灣跨海大橋的建設(shè)創(chuàng)造了良好的經(jīng)濟效益和工期效益。目前該工程采用該工藝已完成全部空心薄壁墩的施工，可為今后類似空心薄壁墩的封頂施工提供重要的借鑒和參考：

（1）支架吊模結(jié)構(gòu)體系簡單、技術(shù)可行;不受空心薄壁墩墩高和墩型限制，可根據(jù)實心段截面一次加工后重復周轉(zhuǎn)使用，施工工效快，經(jīng)濟效益優(yōu)。

（2）支架吊模法封頂工藝相比傳統(tǒng)封頂施工工藝，不改變墩身主體結(jié)構(gòu)，不受空心薄壁墩內(nèi)腔狹小作業(yè)空間的影響，無需預埋相關(guān)預埋件，后期也不用對空心墩內(nèi)腔墩壁進行修飾作業(yè)，安全風險低。

參考文獻：

[1]毛宇飛.橋梁空心墩封頂施工技術(shù)[J].施工技術(shù)，2013，42（S2）：348-350.

[2]羅振環(huán).城際鐵路空心墩墩身施工技術(shù)探討[J].價值工程，2020，39（10）：182-184.

[3]尹春香.鐵路薄壁空心墩墩頂施工技術(shù)[J].黑龍江科技信息，2014（25）：225-226.

[4]李新芳.薄壁空心橋墩封頂施工工藝及受力分析[J].鐵道建筑技術(shù)，2010（08）：9-11.

基金項目：中國鐵路總公司科技研究開發(fā)計劃課題K2018G017。