橋梁高墩液壓爬升模架施工技術(shù)

向程彬

(廣西桂鹿高速公路有限公司,廣西 桂林 546100)

0 引言

在橋梁設(shè)計(jì)施工水平持續(xù)提升的背景下,墩柱高度不斷增加,矩形實(shí)心薄壁高墩成為橋梁施工主要用類型,且具有墩身截面大、結(jié)構(gòu)輕便的優(yōu)良特點(diǎn)。但矩形實(shí)心薄壁高墩對(duì)模架穩(wěn)定性具有較高要求,傳統(tǒng)翻模施工方法無法滿足矩形實(shí)心薄壁高墩施工穩(wěn)定性要求。而利用小自重、低成本、便捷安拆的液壓爬升模架施工技術(shù),有望提高橋梁矩形實(shí)心薄壁高墩穩(wěn)定性。因此,探究液壓爬升模架施工技術(shù)在橋梁矩形實(shí)心薄壁高墩施工中的應(yīng)用具有非常突出的現(xiàn)實(shí)意義。

1 工程背景

某工程為新建工程,橋梁平面為直線,面寬20.5 m,橋長(zhǎng)1 317 m,橋跨組合為5×(4×40)m+3×40 m+(70+130+70)m+3×40 m。其中主橋上部結(jié)構(gòu)為3跨連續(xù)鋼構(gòu)箱梁,主墩為雙薄壁矩形實(shí)心高墩,墩身為C50混凝土,鋼筋為φ32 mm、φ16 mm、φ12 mm的HRB400鋼筋;過渡墩為薄壁實(shí)心墩,墩身采用C40混凝土,鋼筋為φ28 mm、φ16 mm、φ12 mm的HRB400鋼筋。

工程位于低緯度南亞熱帶向中亞熱帶過渡帶,地震動(dòng)峰值加速度<0.05 g,地震譜特征周期為0.35 s。區(qū)域氣候溫和,雨量豐富,季節(jié)分布不均,全年日照在1 531～1 672 h,年均氣溫為20.2 ℃,降雨高峰期(5～6月)月均降雨量為250～300 mm。工程建設(shè)區(qū)域內(nèi)發(fā)育河流,流域面積為7 592 km2,兩岸支流坡降陡峭,集流速度快,最大流速達(dá)到4.44 m/s。區(qū)域內(nèi)地下水為松散層孔隙水、基層裂隙水、碳酸鹽巖溶水,賦存于基巖裂隙、巖溶裂隙內(nèi)。因主橋跨越段為水環(huán)境敏感區(qū),對(duì)地形地貌、水質(zhì)具有較高要求,在整個(gè)施工期間需嚴(yán)格落實(shí)綠色施工理念,集中堆放液壓爬升模架施工廢棄物,降低液壓爬升模架施工對(duì)周邊環(huán)境的負(fù)面影響。

根據(jù)橋梁矩形實(shí)心薄壁高墩特點(diǎn),擬采用液壓爬升模架施工技術(shù)。液壓爬升模架施工技術(shù)簡(jiǎn)稱為爬模技術(shù),包括爬升模架、爬升設(shè)備幾個(gè)部分。液壓爬升模架施工主要是在液壓頂升系統(tǒng)提供動(dòng)力,促使模板架體、導(dǎo)軌之間形成互爬,實(shí)現(xiàn)液壓爬架的穩(wěn)步上升。在技術(shù)應(yīng)用過程中,導(dǎo)軌、爬架互不關(guān)聯(lián),均以埋件支座為支撐,可一次組裝整體爬升,操作便捷,安全性能高且材料損耗率低。

2 橋梁高墩液壓爬升模架施工技術(shù)

橋梁矩形實(shí)心薄壁高墩液壓爬升模架施工時(shí),先按照普通模板施工方法處理墩身首節(jié)段,并增設(shè)預(yù)埋錐銷,澆筑首節(jié)墩身混凝土后拆除模板并安裝下架體(含爬架、刮板),再處理第二節(jié)墩身,包括支模、預(yù)埋錐銷安裝、模板加固、混凝土澆筑、上架體安裝、拔出錐銷、模板后移、刮板安裝、錐銷加固、受力吊桿錨固、第一模刮板拆除、第一模爬升、受力方銷安裝、受力吊桿卸載、埋件安裝、模板加固、混凝土澆筑等。整體作業(yè)循環(huán)開展,直到墩身全部處理完畢。處理流程見圖1。

圖1 液壓爬升模架施工流程示意圖

由圖1可知,墩身鋼筋、模板安裝料為現(xiàn)場(chǎng)集中制作成型,經(jīng)塔吊安裝;混凝土則為拌和站統(tǒng)一配置運(yùn)輸至墩位送料入模。

2.1 施工準(zhǔn)備

2.1.1 場(chǎng)地準(zhǔn)備

在液壓爬升模架施工前,技術(shù)人員應(yīng)根據(jù)施工方案貫通施工便道,對(duì)現(xiàn)場(chǎng)土地進(jìn)行平整。同時(shí),因工程受自然條件限制,材料進(jìn)場(chǎng)運(yùn)輸難度大,加之高空模板受力自成體系,矩形實(shí)心薄壁高墩定位難度大,應(yīng)預(yù)先修筑棧橋,為矩形實(shí)心薄壁高墩施工提供平臺(tái)[1]。之后根據(jù)設(shè)計(jì)圖紙,計(jì)算高程面軸線點(diǎn)與輪廓點(diǎn),利用全站儀放出墩身縱軸線、橫軸線、墩身模板大樣控制線,并在承臺(tái)上標(biāo)注,為后續(xù)操作做好準(zhǔn)備。同時(shí),以網(wǎng)電為主、以自發(fā)電為輔,完善現(xiàn)場(chǎng)電力資源使用體系。

2.1.2 材料準(zhǔn)備

在施工前,技術(shù)人員應(yīng)組織機(jī)械材料進(jìn)場(chǎng)。在機(jī)械進(jìn)場(chǎng)后,申請(qǐng)驗(yàn)收,驗(yàn)收后及時(shí)調(diào)試,為機(jī)械設(shè)備應(yīng)用于液壓爬升模架施工提供依據(jù)。在水泥、鋼模板、爬架等材料進(jìn)場(chǎng)后,進(jìn)行檢驗(yàn),確認(rèn)合格后整齊堆放到預(yù)先設(shè)計(jì)的場(chǎng)地[2]。

2.1.3 施工交底

在施工前,技術(shù)人員應(yīng)組織基層操作人員熟悉液壓爬架施工圖紙與矩形實(shí)心薄壁高墩施工要點(diǎn),全面開展技術(shù)交底,促使基層操作人員熟悉矩形實(shí)心薄壁高墩液壓爬升模架的內(nèi)容與技術(shù)要點(diǎn),確?，F(xiàn)場(chǎng)施工可控在控。

2.1.4 試驗(yàn)段施工

在正式施工前,設(shè)置一段試驗(yàn)段,有序開展鋼模板組拼、脫模劑涂刷、鋼筋綁扎、混凝土澆筑、爬架安裝等作業(yè),確定最佳施工參數(shù),控制混凝土保護(hù)層厚度與鋼模板組合方式,為正常爬架施工的開展提供保障。

2.2 燈籠架安裝

準(zhǔn)備工作完成后,根據(jù)矩形實(shí)心薄壁高墩四周位置,利用[10槽鋼立桿、[10踏步承重梁、3 mm厚花紋鋼板組成2層燈籠架(2 m×2 m)。燈籠架承重梁與墩身鋼筋底部周邊延伸鋼筋焊接,四角位置則固定膨脹螺栓,防止燈籠架傾覆[3]。同時(shí),在燈籠架踏步上20 cm位置圍護(hù)踢腳板,頂部周邊設(shè)置φ8 mm鋼管焊接而成的護(hù)欄,護(hù)欄高度為1.2 m,配合周邊密目網(wǎng),避免施工期間雜物掉落。

2.3 鋼筋安裝

鋼筋安裝是高墩爬升模架施工至關(guān)重要的一步。根據(jù)鋼筋安裝要求,技術(shù)人員應(yīng)鑿毛承臺(tái)墩身位置(或施工縫位置)混凝土,促使新鮮混凝土面出露。進(jìn)而利用水沖洗的方式,清除混凝土屑、雜物,校正墩身預(yù)埋鋼筋豎直度、平面位置[4]。

現(xiàn)場(chǎng)準(zhǔn)備完畢后,檢驗(yàn)進(jìn)場(chǎng)鋼筋等級(jí)、型號(hào)、外觀、規(guī)格以及出廠質(zhì)量檢驗(yàn)報(bào)告單、合格證,確認(rèn)鋼筋外觀無損傷、油污、銹跡、彎折、變形等問題。根據(jù)鋼筋加工要求,統(tǒng)一進(jìn)行鋼筋表面處理與鋸切下料操作。初步加工后,利用直螺紋套筒連接鋼筋主筋,安裝時(shí)最小擰緊扭矩值與鋼筋直徑存在一定關(guān)系,具體見表1。

表1 直螺紋套筒連接鋼筋主筋擰緊扭矩取值表

鋼筋連接后,將其運(yùn)輸?shù)浆F(xiàn)場(chǎng),根據(jù)規(guī)范利用塔吊安裝。在該橋梁矩形實(shí)心薄壁高墩每節(jié)澆筑高度為4.5 m時(shí),避開6級(jí)及以上大風(fēng)、雷雨、夜間,根據(jù)設(shè)計(jì)圖紙位置與規(guī)范,有序安裝主筋。主筋骨架長(zhǎng)度偏差≤±10 mm,高度與寬度偏差≤±5 mm。主筋安裝定位后,利用石筆繪制主筋上箍筋間距,逐根綁扎,箍筋間距與構(gòu)造箍筋間距偏差≤±10 mm。若需拼接鋼筋,則先將鋼筋對(duì)準(zhǔn)軸線,再利用管鉗扳手扭緊,促使直螺紋套筒內(nèi)2絲頭在中央位置頂緊,且接頭長(zhǎng)度區(qū)段≥500 mm,總面積小于總截面積的50%,同一根鋼筋接頭數(shù)量≤2個(gè)[5]。

在鋼筋綁扎后、模板安裝前,技術(shù)人員可以利用相互錯(cuò)開的梅花形布置方式設(shè)置混凝土墊塊。墊塊分散布置,布置數(shù)量為≥4個(gè)/m2,控制保護(hù)層厚度偏差≤±10 mm。

2.4 模板安裝

橋梁矩形實(shí)心薄壁高墩施工用模板為定型鋼模板,每一節(jié)模板長(zhǎng)4.61 m,安裝方式為塔吊吊裝第一節(jié)、第二節(jié),爬模整體提升其他節(jié)。在第一節(jié)、第二節(jié)吊裝前,技術(shù)人員應(yīng)均勻打磨模板外表面,除去銹跡。處理后,均勻涂刷脫模劑。脫模劑涂刷完畢后,對(duì)照設(shè)計(jì)圖紙,對(duì)墩柱中心點(diǎn)、模板邊線進(jìn)行放樣。根據(jù)放樣點(diǎn),將一層砂漿鋪墊在低節(jié)模板、承臺(tái)之間,鋪墊層厚度為3 cm,規(guī)避立模時(shí)漿液滲漏問題。

第一節(jié)、第二節(jié)模板吊裝方式為2點(diǎn)吊起法,需要先將溜繩均勻布置在模板下端并與模板重合,再利用撬棍調(diào)整模板絲扣,逐步緊固全部螺絲,并利用φ25 mm精軋螺紋鋼、雙螺母分別加固模板、拉桿。在下部固定后,利用鋼絲纜繩固定模板上端,纜繩、模板之間維持角度為45°～60°。同時(shí),將雙面膠粘貼到模板與模板接縫,形成外觀規(guī)則的模板。

在模板安裝后,根據(jù)前期放出的墩身模板大樣控制線,對(duì)模板位置進(jìn)行校正核對(duì),確定模板平面位置精確度與垂直度均與設(shè)計(jì)要求相符。

2.5 混凝土澆筑

在混凝土澆筑前,對(duì)橋梁矩形實(shí)心薄壁高墩身防撞護(hù)舷、爬架推銷等預(yù)埋件進(jìn)行檢查。確定預(yù)埋件位置無誤后,復(fù)核墩身高程、平面坐標(biāo)、模板垂直度、平整度等。復(fù)核后,將模板內(nèi)多余雜物清除,并封堵模板孔洞、縫隙。同時(shí),利用清水潤(rùn)濕表面。

在第一節(jié)混凝土澆筑時(shí),利用吊機(jī)提升料斗法(或泵送混凝土),進(jìn)行操作,澆筑高度為4.5 m。因混凝土自由傾落高度>2 m,設(shè)置串筒設(shè)施,經(jīng)傳串筒將混凝土輸送到模板底部,分層對(duì)稱澆筑,每層澆筑厚度≤30 cm[6]。同時(shí),以振搗棒作用半徑為間距,均勻插入5～10 cm振搗,每一振點(diǎn)振搗時(shí)間為20～30 s,確保表面混凝土不再下沉且無氣泡冒出。澆筑到頂層(稍微超出模板頂)時(shí),利用木抹子抹平,獲得一條上節(jié)段、下節(jié)段平齊接縫。

混凝土澆筑后,輕輕敲擊轉(zhuǎn)動(dòng)預(yù)埋錐銷,同時(shí)包裹塑料薄膜,包塑養(yǎng)護(hù)。在混凝土達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度(≥2.5 MPa)后,拔出錐銷并向后移動(dòng)模板,獲得掛板安裝空間,插入錐銷錨圈,為爬架安裝提供良好環(huán)境。拆模時(shí),一般需要借助塔吊吊起模板一側(cè)頂部,從上層到下層分層拆除,確保拆模期間混凝土表面完整。

2.6 爬架安裝

爬架模板安裝高度為4.61 m,施工高度為4.5 m,僅在長(zhǎng)邊布置爬架模板對(duì)拉桿(見圖2)。一個(gè)橋梁矩形實(shí)心薄壁高墩布置8榀,單根拉桿運(yùn)行抗拉強(qiáng)度≥100 kN。首次拆模且混凝土達(dá)到10 MPa及以上后,進(jìn)行預(yù)埋爬錐設(shè)置;根據(jù)預(yù)埋爬錐所在位置,借助鋼刷清理表面并均勻涂抹黃油;依據(jù)預(yù)埋爬錐銷孔水平基線,在同一軸線設(shè)置附墻裝置,相鄰附墻裝置中心距誤差在<2.0 mm;在已焊接模板定位套內(nèi)安裝預(yù)埋爬錐,安裝深度≥430 mm;同時(shí),根據(jù)受力位置孔位加強(qiáng)要求,將鋼筋網(wǎng)片設(shè)置到安裝位置。重復(fù)以上操作,進(jìn)行受力吊桿與爬升架體安裝[7]。

完成附墻裝置安裝并確定油箱焊縫完好且電機(jī)正常運(yùn)轉(zhuǎn)、油量達(dá)到80%及以上后,選擇足夠起重力的塔吊,先提升2 cm,確定受力點(diǎn)正常后,平穩(wěn)吊起已在地面組裝的爬架(兩爬架中心距與首次預(yù)埋爬錐中心距誤差、對(duì)角線誤差均≤1 mm),在主次平臺(tái)安裝。主體吊裝后,利用φ25 mm精軋鋼與φ28 mm鋼筋組成的端頭拉桿,錨固四周圍護(hù)端頭與短邊安全梁、防墜保險(xiǎn)楔。安裝模塊安裝完畢后,在平臺(tái)上放入首次澆筑模板。模板放入后,借助塔吊平穩(wěn)吊裝模板,確定模板均衡受力。必要時(shí),將斜撐桿、U型鎖卡分別焊接到后移架懸臂位置、后移架交叉位置。同時(shí),為獲得平整的模板接縫,在利用不同規(guī)格槽鋼處理主背筋的基礎(chǔ)上,利用U型連接件+插銷連接鋼模板與主背肋。

在第二次澆筑混凝土達(dá)到拆模強(qiáng)度的同時(shí),根據(jù)施工方案,選擇光線充足、風(fēng)級(jí)<6級(jí)、非雷雨天氣,使長(zhǎng)邊外模依托爬架模板整體向后方移動(dòng)6.0 m±1 mm,此時(shí)液壓泵壓力≤7 MPa。后移長(zhǎng)邊外模后,將模板上雜物清除,同時(shí)借助插銷鎖緊后移裝置,將短邊模板懸掛到長(zhǎng)邊模板上。在固定位置插入受力吊桿與附墻裝置,連接無誤后前移模板,促使模板、混凝土表面相距20 cm,完成第一次爬升。爬升參數(shù)見表2。

表2 液壓爬升參數(shù)表

第一次爬升到位后,循環(huán)拔出爬錐銷→拆?！惭b刮板→插入爬錐銷→安裝爬架與短邊安全裝置→安裝受力吊桿→校正模板→爬升操作。每次操作均需要清理模板,均勻涂刷脫模劑,穩(wěn)固預(yù)埋件系統(tǒng)。根據(jù)模板拉桿孔位置,貼近混凝土表面移動(dòng)模板,并借助線墜調(diào)整模板垂直度,確定模板垂直度與要求相符后插入后齒輪銷,穿入套管與拉桿,逐一緊固對(duì)拉螺桿。再次檢查模板垂直度,確定模板垂直度無誤后,進(jìn)行每一根斜支撐緊固。緊固后,拆除模板,將全部穿墻螺栓、陽(yáng)角斜桿與拉桿、后齒輪銷拆除,向后移動(dòng)模板后插入后移插銷。為保證整個(gè)模板安裝安全進(jìn)行,技術(shù)人員應(yīng)根據(jù)施工方案同步安裝扶手、安全網(wǎng)、梯籠,直到預(yù)設(shè)工作高度。

進(jìn)入尾聲時(shí),拔出前一個(gè)模錐銷,完成液壓爬升施工。液壓爬升施工結(jié)束后,借助塔吊拆除模板以及主平臺(tái)上的模板桁架系統(tǒng)、液壓裝置、配電裝置、主平臺(tái)跳板、液壓控制泵站及其他構(gòu)配件,之后拆除爬錐、主梁三腳架、平臺(tái)等并進(jìn)行預(yù)埋件孔封堵。整個(gè)過程中,應(yīng)打包拆除液壓系統(tǒng)油管主控油站,避免配件遺失。若現(xiàn)有設(shè)備無法滿足起重條件,則分段拆除上架體,確保拆除作業(yè)安全開展。

3 施工效果

橋梁矩形實(shí)心薄壁高墩的液壓爬升模架施工效果良好,可突破自然條件限制以及作業(yè)面多、設(shè)備與材料無法順利進(jìn)場(chǎng)、資源配置不一、模板受力自成體系致高墩定位控制難等難題,有效解決不確定風(fēng)險(xiǎn)因素,順利達(dá)成質(zhì)量、進(jìn)度、安全、文明、環(huán)保方面的施工目標(biāo)以及工程合同要求。在質(zhì)量方面,工程達(dá)到國(guó)家現(xiàn)行工程質(zhì)量驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn),實(shí)現(xiàn)質(zhì)量創(chuàng)優(yōu)模板;在進(jìn)度方面,工程在總工期限度內(nèi)完成施工任務(wù),階段工期控制效果較佳;在安全方面,工程施工期間未發(fā)生安全事故;在文明環(huán)保方面,工程臨時(shí)工程數(shù)量較少,沿線生態(tài)環(huán)境及自然景觀保護(hù)得當(dāng),實(shí)現(xiàn)文明環(huán)保施工目標(biāo)。

4 結(jié)語(yǔ)

綜上所述,液壓爬升模架適用于橋梁矩形實(shí)心薄壁高墩施工。在標(biāo)準(zhǔn)節(jié)澆筑高度一定的情況下,施工技術(shù)人員可以按照普通模板施工方法進(jìn)行第一節(jié)墩身澆筑。在完成第一節(jié)墩身澆筑后拆除模板,進(jìn)行爬架安裝,開展第二節(jié)墩身澆筑,并安裝上架體,爬升第一模,爬升到位后卸除受力吊桿,加固模板,循環(huán)作業(yè),直到完成矩形實(shí)心薄壁高墩施工。