空心薄壁高墩翻滑結(jié)合施工工藝研究

李 鈺，倪宇杰

（1.中國(guó)交建總承包經(jīng)營(yíng)分公司，北京 100032；2.南通大學(xué) 交通與土木工程學(xué)院，江蘇 南通 226019）

1 項(xiàng)目概況

新疆烏尉公路工程全長(zhǎng)11.658 km。起訖樁號(hào)為YK62+567.5—YK74+435（ZK62+551.5—ZK74+480）。項(xiàng)目中躍進(jìn)1 號(hào)大橋、躍進(jìn)2 號(hào)大橋、大西溝2 號(hào)特大橋、巴拉提特大橋均為空心薄壁墩，施工上均采用翻滑結(jié)合的施工工藝。本項(xiàng)目中墩柱模板單節(jié)模板高度2.35 m，每次翻模高度為2.25 m，下部用100 mm 包邊，墩身主筋一次安裝高度4.5 m?？招谋”诙斩丈磔^高，墩柱尺寸大，對(duì)模板剛度要求較高，采用翻滑結(jié)合模板施工時(shí)需重點(diǎn)控制施工的工藝，并且在保證墩身垂直度的同時(shí)還需保證模板的變形及穩(wěn)定性［1-3］。

2 翻滑結(jié)合模板分析

2.1 模板系統(tǒng)

滑翻結(jié)合的滑翻結(jié)合模板系統(tǒng)由內(nèi)外模板、模板對(duì)拉桿等組成，模板采用定型組合鋼模板，模板豎向位置有水平可滑動(dòng)的滑輪、水平可調(diào)節(jié)的吊桿吊住模板，實(shí)現(xiàn)模板調(diào)節(jié)［4］。模板由面板、豎肋和橫肋現(xiàn)場(chǎng)拼裝而成，標(biāo)準(zhǔn)塊高2.35 m。其中面板采用6 mm 厚鋼板；豎肋采用［10 的槽鋼，間距30 cm。橫肋采用3 道雙拼［14 槽鋼，每塊模板上設(shè)置3 道橫肋，間距為85 cm。內(nèi)外側(cè)模板倒角處增設(shè)對(duì)拉螺桿對(duì)模板進(jìn)行固定。

2.1.1 荷載分析

（1）側(cè)壓力分析

側(cè)壓力計(jì)算：

式中：F—新澆混凝土對(duì)模板產(chǎn)生的最大側(cè)壓力，kN/m2，取F1和F2的較小值；rc—混凝土重力密度，取26 kN/m3；t0—混凝土初凝時(shí)間，取5 h；v—混凝土澆筑速度，取1 m/h；H—混凝土側(cè)壓力計(jì)算位置處至新澆筑混凝土頂面的總高度，取2.25 m；β1—外加劑影響修正系數(shù)，不摻外加劑時(shí)取1.0，摻具有緩凝作用的外加劑時(shí)取1.2；β2—混凝土坍落度影響修正系數(shù)，當(dāng)坍落度＜100 mm 時(shí)，取1.10，否則取1.15；hy—梯形壓頭高度，m；P—檢算強(qiáng)度時(shí)載荷設(shè)計(jì)值，kN/m2。

通過計(jì)算可得F1=39.5 kN/m2，F(xiàn)2=58.5 kN/m2，最大側(cè)壓力取兩則間最小值為39.5 kN/m2，梯形壓頭高度hy=1.52 m；檢算強(qiáng)度時(shí)載荷設(shè)計(jì)值為53 kN/m2。

（2）風(fēng)荷載分析

考慮模板平臺(tái)主要受力結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)應(yīng)考慮風(fēng)荷載作用［5］，其風(fēng)荷載：

式中：Wk—風(fēng)荷載標(biāo)準(zhǔn)值，kN/m2；βz—高度z 處的風(fēng)振系數(shù)，取值1.0；Us—風(fēng)荷載體型系數(shù)，按桿件類型統(tǒng)一取值為1.3；μz—風(fēng)壓高度變化系數(shù)，地勢(shì)平坦，墩高最大高度處，取值為2.0；W0—基本風(fēng)壓，10 a 一遇基本風(fēng)壓取0.25 kN/m2。

（3）結(jié)構(gòu)自重分析

結(jié)構(gòu)自重按實(shí)際的結(jié)構(gòu)構(gòu)件計(jì)算重量。

（4）施工人員、設(shè)備以及備用材料荷載分析

①設(shè)計(jì)平臺(tái)鋪板及楞條時(shí)，三層平臺(tái)均取為2.5 kN/m2；②設(shè)計(jì)平臺(tái)桁架時(shí)，上層為2.0 kN/m2，下方兩層取0.5 kN/m2；③設(shè)計(jì)圍圈及提升架時(shí)，上層為2.0 kN/m2，下方兩層取0.5 kN/m2；④計(jì)算支承桿數(shù)量時(shí)，上層為1.5 kN/m2，下方兩層取0.5 kN/m2。

2.2 支撐系統(tǒng)

滑翻結(jié)合的支撐系統(tǒng)主要采用滑模架體。滑模架體主要包括圍圈、提升架、支撐桿等。其中圍圈采用L80 mm×80 mm×5 mm 角鋼焊接成桁架，寬、高均為80 cm，包括8.2 m 的長(zhǎng)圍圈和7.4 m 短圍圈；提升架（F 架）：提升架主要采用的是2［20 槽鋼，其內(nèi)側(cè)斜撐采用的是2［10 槽鋼、外側(cè)斜撐采用的是［8 槽鋼，形成F 型結(jié)構(gòu)，見圖1。支承桿采用的是Φ50×5 mm 無縫鋼管支撐在混凝土內(nèi)，內(nèi)襯管焊接連接則使用的是Φ38×3 mm 鋼管。圍圈通過F 架、千斤頂進(jìn)行提升。支承桿接長(zhǎng)過程中，采用靠尺檢驗(yàn)其垂直度，然后在支承桿頂部采用十字扣件固定。支承桿均支撐在混凝土內(nèi)，內(nèi)外側(cè)模板支撐桿錯(cuò)開布設(shè)，見圖2、圖3。

圖1 F 架主要結(jié)構(gòu)

圖2 模板整體結(jié)構(gòu)

圖3 操作、堆放平臺(tái)

在平臺(tái)最外側(cè)堆放臨時(shí)荷載，單側(cè)最大荷載為2.5 t，放置的臨時(shí)荷載需在兩側(cè)重量相同，否則會(huì)導(dǎo)致架體平臺(tái)整體發(fā)生偏移，見圖4。

圖4 臨時(shí)荷載堆放/cm

2.2.1 支撐桿荷載計(jì)算

根據(jù)《路橋施工計(jì)算手冊(cè)》液壓提升系統(tǒng)所需千斤頂確定：

式中：n—滑翻結(jié)合模板需要支撐桿數(shù)量；N—滑升模板分別處于滑升狀態(tài)或澆筑混凝土堆重狀態(tài)時(shí)，作用于支撐桿的荷載，取其中較大值，kN；K2—工作條件系數(shù)，取K2=0.8；N0—每根支撐桿允許承載力，kN；α—工作條件系數(shù)，取0.7；K1—安全系數(shù)，取2；E—支撐桿彈性模量，kN/cm2；I—支撐桿慣性矩，cm4；L0—支撐桿長(zhǎng)度，cm。經(jīng)計(jì)算，N0=41.1 kN。

2.3 混凝土澆筑工況驗(yàn)算

2.3.1 建立模型

根據(jù)已有工況條件構(gòu)建結(jié)構(gòu)整體模型，運(yùn)用Midas Civil 2019 構(gòu)建外立面模板模型見圖5、圖6。

圖5 整體模型

圖6 模板模型

2.3.2 施加荷載

結(jié)構(gòu)計(jì)算施加的荷載包括側(cè)壓力，風(fēng)荷載及結(jié)構(gòu)的自重荷載，建模見圖7。

圖7 荷載施加模型

2.3.3 模板系統(tǒng)驗(yàn)算

內(nèi)模面板采用6 mm 鋼板，外模面板采用6 mm 鋼板。通過模板應(yīng)力驗(yàn)算，應(yīng)力最大處δ=25.3 N/mm2＜165 N/mm2，滿足要求。通過模板面板剛度驗(yàn)算，面板最大變形為1.52 mm，滿足要求。

2.3.4 操作平臺(tái)設(shè)置及驗(yàn)算

操作平臺(tái)以及防護(hù)系統(tǒng)包括操作平臺(tái)面板、防護(hù)網(wǎng)、欄桿和爬梯等。5 cm 厚的木板作為平臺(tái)面板滿鋪在桁架圍圈上，護(hù)欄采用Φ38 mm 的鋼管，將護(hù)欄立桿與平臺(tái)圍圈焊接，立、橫桿采用扣件連接。周圍設(shè)置防落網(wǎng)以及防墜網(wǎng)。操作平臺(tái)和護(hù)欄與圍圈牢牢固定，提升時(shí)保持水平同步提升，見圖8。由圖9、圖10 所得，操作平臺(tái)驗(yàn)算結(jié)果為應(yīng)力最大δ=2.5 N/mm2，整體疊加最大變形7.7 mm。

圖8 圍圈主要結(jié)構(gòu)

圖9 木板應(yīng)力

圖10 木板位移

3 墩柱施工垂直度控制

3.1 垂距控制

墩柱垂距控制使用垂球輔助，墩柱較高時(shí)，還需考慮使用質(zhì)量較大的垂球。從墩柱各面混凝土懸挑鋼筋作為垂球線頭固定點(diǎn)，鋼筋長(zhǎng)度30 cm，使垂體自由下垂，垂球穩(wěn)定后，通過卷尺測(cè)量垂線與墩身各面的間距并以此計(jì)算垂距。同時(shí)每節(jié)段混凝土澆筑之前都需對(duì)模板放樣定位，軸線偏差范圍≤10 mm。

3.2 墩柱模板水平度控制

一般采用水準(zhǔn)儀觀測(cè)墩柱模板的水平度。模板滑升開始前，使用水準(zhǔn)儀觀測(cè)、校平操作平臺(tái)所有千斤頂?shù)母叱蹋⑺骄€標(biāo)志畫在每根支承桿上。模板滑升開始后，以水平線為基點(diǎn)，根據(jù)千斤頂?shù)奶嵘骄啵扛粢欢ǜ叨缺銓?duì)滑模裝置的水平度進(jìn)行觀測(cè)、核查、調(diào)整。

3.3 支撐桿垂直度控制

支撐桿的垂直度至關(guān)重要，直接影響著墩柱的垂直度。支撐桿安裝時(shí)，將水平尺交換90°靠在支撐桿上，同時(shí)觀察水準(zhǔn)泡是否居中。此外，在滑升過程中也需隨時(shí)檢查、及時(shí)調(diào)整，保證支撐桿的垂直度。

3.4 墩柱線形控制

模板的剛度對(duì)矩形墩的線形影響較大，施工時(shí)，盡量選用剛度較大的模板，可以有效控制模板變形，減小外力對(duì)線形造成的影響。在檢查結(jié)構(gòu)尺寸時(shí)，量取內(nèi)外模板的對(duì)角線尺寸并留底，需要注意的是，測(cè)量尺寸與設(shè)計(jì)尺寸進(jìn)行對(duì)比，誤差范圍應(yīng)控制在5 mm 內(nèi)。同時(shí)，澆筑過程中也需要進(jìn)行抽查復(fù)核，實(shí)時(shí)根據(jù)留底對(duì)角線數(shù)據(jù)調(diào)節(jié)模板，控制結(jié)構(gòu)尺寸允許誤差，以達(dá)到控制線形目的。

3.5 墩柱偏移控制

由于墩柱往往高度較大，墩身澆筑需要分段澆注成型，施工測(cè)量的精準(zhǔn)度尤其重要。針對(duì)于模板和混凝土在施工中的偏移情況，一般采用四點(diǎn)定位吊線法來檢測(cè)、調(diào)整和控制。測(cè)量的次數(shù)一般與墩柱節(jié)段相同，即每澆筑一次混凝土校核一次，垂直度偏差范圍不得超過3 mm。

4 結(jié)語

（1）從翻滑結(jié)合模板的模板系統(tǒng)、支撐系統(tǒng)、液壓提升系統(tǒng)和操作平臺(tái)及防護(hù)系統(tǒng)的受力及變形出發(fā)，驗(yàn)算其在施工過程中在風(fēng)荷載，自重荷載及支撐系統(tǒng)的穩(wěn)定性，確定了空心薄壁墩施工工藝的可靠性。（2）從模板水平定位和支撐桿垂直度角度分析了高墩施工垂直度控制的方法，并提出高墩柱施工垂直度保證措施。