公路工程薄壁高墩施工中若干问题的探讨

2011-04-18秦振旗

四川水利 2011年3期

秦振旗

(中国葛洲坝集团第二工程有限公司,成都,610091)

1 概述

近几年来,我国公路桥梁建设取得了巨大成就,随着公路向山区、西部地区的发展,大跨径、高墩身桥梁的设计和施工水平已达到或接近国际先进水平。

云南省元磨高速公路元江特大桥全长801m,为5跨预应力钢筋混凝土连续箱梁桥。5孔跨径为58m+182m+265m+194m+70m刚性连结,主跨长265m,居全国第二;2#、3#主墩高分别为109m、123.33m,属亚洲同类结构第一高墩。主墩墩身为双柱式薄壁墩身,墩身外轮廊为矩形,横桥向宽度为11.5m,墩身顺桥向宽4m,两墩之间净距为6m,设置1m厚的横系板将两墩联结起来。墩身采用单箱双室结构,顺桥向壁厚80cm,横桥向壁厚50cm,中隔板厚度 50cm,墩身底部4m高度范围采用实心。墩身为C55高标号钢筋混凝土结构,墩顶与上部箱梁刚性连结。

2 关于镦粗直螺纹套筒对接主筋

施工中,套筒由厂家加工,钢筋套丝在工地现场进行。在施工中,该道工序应注意套筒内两对接钢筋要顶死,不能有空隙;两根钢筋进入套筒深度应对称相等;钢筋端头应顺直,丝口表面要光滑。为此,套丝操作时应注意:

(1)要有钢筋实施的操作平台,平台高低基本保持同镦粗、套丝设备入孔水平相同;

(2)镦粗应标准,镦粗钢筋端头一定要顺直;

(3)车丝长短控制要符合要求,主要通过车丝设备控制。车丝的长度应与套管丝纹相符,尽量避免多车丝或少车丝,以防造成对接钢筋在套筒内不等长。元江大桥所使用的套筒为20丝,每根对接钢筋车丝长度为10丝,若小于9丝或大于10丝均要废掉重做;

(4)车丝表面光滑,若第一次车丝较粗糙,再进行第二次车丝,直至表面光滑。光滑与否主要通过车丝刀控制;

(5)已车好丝的螺纹筋,用塑料套头保护丝扣。

3 关于劲性骨架

在高墩身的建设中,主筋往往不需要截断使用,这样主筋会很长,柔性显得非常大,定位比较困难,再加上施工风荷较大时或施工人员高空行走时,将会带来很多不安全因素。另一方面,高空中安装模板需要有可靠的固定,以方便测量和模板安装。因此,施工中应注意考虑对钢筋的固定措施。元江大桥高墩身施工增加了劲性骨架,采用了∠50×5角钢做主肢和拉杆,∠75×6角钢做联系杆。劲性骨架每9m一高度段在后台成片加工,要求骨架平直、焊接牢固。骨架加工误差控制在5mm以内。

由于劲性骨架在施工中具有定位作用,所以安放时每节劲性骨架四角要焊一块测量角钢,并进行严格安装。最终要求位置准确、垂直、焊接牢固,绝不可因为它是辅助工艺而掉以轻心。劲性骨架第一节直接焊接在承台劲性骨架预埋筋上,第二节劲性骨架直接焊接在第一节上,依次类推。

建议固定措施能够由设计单位设计、预算,以避免因施工单位完善设计所造成的资金不能及时到位,给工程带来不必要的麻烦。另一建议,由于劲性骨架控制测量及模板安装,换句话说劲性骨架的好坏决定着墩身的质量,所以有关规范应规定一个误差允许值,从而保证墩身质量。

4 关于模板

4.1 模板选择

任何工程的施工,施工工艺非常重要,而模板的类型决定了施工工艺,从而决定是否简单、经济。所以,要注意拿出多种方案进行比选。对高墩身施工,其模板的型式主要有滑动模板、翻升模板、爬升模板和自升式模板,其技术经济性能如表1。

表1 四种模板的技术经济性能比较

在元江大桥施工中,通过比选采用了翻模施工主墩墩身。翻升模板部分为整个结构的骨架,荷载均通过模板传给主墩,因而它必须具有足够的强度和刚度。

4.2 翻模施工措施

翻模是一种特殊的钢模板,一般由2～3层模板组成一个基本单元。每层模板均自成体系,自身与墩柱锚固在一起,在混凝土浇筑前及浇筑过程中支撑在下一层模板上;混凝土达到强度后,将下层模板拆下拼装,并通过它与混凝土的锚固力作为支撑,浇筑上一层混凝土。元江大桥所用的模板为一个单元3层组成,每层模板高度为3m,由于墩身高,模板周转次数多,因此易产生模板变形,会给高空作业造成很大的困难。为克服其缺点,需注意以下几个方面:

4.2.1 模板母材的选择。在元江大桥施工中,经多次周转发现:①背楞之间有突出变形,背楞间距为30cm;②模板面模6mm钢板,钢板与背楞联结仅能采用点焊,经多次用千斤顶和导链调整模板后,焊接处就会脱离,造成变形;③钢材材质较差,从而导致混凝土的外观质量较差,钢板经多次周转使用后不是发光、发亮,而是发暗、发涩。另一点,由于材质不同,强度亦不尽相同,从而造成一定的变形;④模板沿竖向背楞有弓背现象,一般为模板上、下部分向内变形,中间部分凸出。这就需要在生产模板时认真做好设计、计算,严格筛选母材。

对母材的选择,笔者认为:①钢板厚6mm～8mm最佳,背楞使用[6.3cm槽钢,使间距缩短到边对边20cm～25cm较好。对于大于8mm钢板及更大的型钢,不宜采用,这样会因模板的刚度太大失去了弹性,增大了高空中模板调整的难度或根本无法调整;②钢板的钢质要好,要使模板越使用表面越光亮,做出的混凝土外表越美观。

4.2.2 设置模板修整平台。在修整、放置模板处,要专门设置一个模板修整平台。平台要平整,有一定刚度,最好是混凝土平台,以使模板放置后均匀受力,不发生扭曲变形。模板在安装吊运时,吊点位置要平衡。

4.2.3 采用大模板。模板尽量做大,减少拼装块数,拐角边长不宜太短,以大于1m为宜,若有可能最好使拐角和短的那一面连成整体,做成凹型。这样,除可以减少翻模之间由于上连接螺栓造成的变形外,又可使高空作业的工人易于操作安装,特别可以减少测量人员的高空操作。

以元江大桥为例,其2#墩的外模板较大,每层共分六块,也就是顺桥向及两拐角为一块,呈凹型,横桥向直模板2块。虽说模板重量大了点,但在塔吊的配合下,起吊非常简单。在此之前,3#墩设计时由于考虑起吊问题,每层共分12块,实施时起吊次数多,对接、安装十分麻烦,而且易于变形。

4.2.4 设水平斜拉杆。在模板外侧劲性骨架上设水平斜拉杆,增强模板的整体稳定性,减少变形。

4.2.5 注意振捣施工。固定模板的螺杆,由于振捣棒的接触会使螺丝松动而引起模板变形。在元江大桥施工中,为克服这一困难,除对振捣人员作严格的培训及安排外,在振捣操作过程中尽量避开拉杆,并加派专人去检查,发现有松动螺母及时紧固。

4.2.6 在紧固拉杆螺母时,每一面最好由一人操作,这样可避免由于力度不同引起模板变形。

4.2.7 模板的安装拆卸。模板在安装及拆卸过程中,严禁碰撞,以免变形。模板在调整安装时,注意其垂直度及接缝情况,避免千斤顶过量顶升。拆卸时应特别注意安全,因模板外形尺寸较大,单片重量较大,一般要采取在其顶部采用塔吊钩住吊环,每块模板采用2个10t的倒链葫芦拉住其底端等措施,防止在拆卸时撞击墩身。模板拆卸后应及时修整,并在表面涂刷脱模剂备用。

模板在周转使用过程中,要经常检查其表面及肋带,及时修整,以确保表面平整度及外形尺寸满足设计及规范要求。

4.3 施工中模板的整体调整

4.3.1 模板生产后要编号,实施中一定要对号入座。

4.3.2 由于模板是分块生产,高度上可能有较小误差,当墩身很高时,误差的积累就会出现质量问题。所以,每浇筑二、三节后要对模板进行调整。调整方式为:在已浇完混凝土的模板顶测标高和放中线,根据测量结果对模板进行中线和每块模板倾斜调整,以消除由于模板生产所带来的误差。

5 拖泵导管的布设

在高墩身混凝土浇筑中,布管是一道很关键的工序,通过元江大桥的实践,笔者认为应注意以下几个方面:

5.1 水平输送管道。由于长时间的输送混凝土,贴地面部分管壁厚度会变薄,特别是位于拖泵出料口附近(30m以内)的高压泵管经常转一个位置或移到垂直部分使用(输混凝土量约9000m3)

5.2 固定设施。在泵的出口处一定要加设管道固定设施,并经常紧固,以减小来自泵源的振动。在垂直管与水平管相联的弯道上,为增加弯管的承载力,避免弯管的作业过程中被折断,一定要加设混凝土墩。

5.3 固定卡带。垂直管道和水平管道都要加设固定卡带,并与建筑体或临时固定设施相联,以使混凝土在管道中运行时产生的振动会被建筑体吸收,从而减小管道振动。固定卡间距以水平向每三节泵管设一个为宜,竖直方向一般固定于墩身,以6m间距为宜。垂直方向固定卡一般埋于墩身中,预埋件采用大于10mm的钢板。若钢板太薄,在泵管的振动下容易发生变形,先隆起,继而从混凝土中脱出。

5.4 架高泵管。水平泵管要注意把墩身下的泵管架高,高度大于拖泵的位置,这样洗管时反泵可以彻底清除泵管内的“残余”。

5.5 管径选择。管径的选择亦不可忽略,对诸多因素要综合考虑。元江大桥选用φ125mm管径,壁厚5mm输送管。

另外,在泵送时,如果停泵时间过长,重新泵送时,应先反泵几次,然后正泵,以免裙阀里的混凝土砂浆会被反压到料斗里,从而使裙阀里砂浆含量过低,导致堵管现象。

6 关于预埋件的安设

当墩身施工到高空时,由于空间较高,采用地面支撑不仅费时、费力、费钱,有时甚至难以做到。对于这一类问题,一般需要依靠墩身自身预埋支点来解决。所以,预埋件的重要性对高墩身施工来说可想而知了,是一个绝不可忽视或漏掉的问题。

在元江大桥墩身施工中,主要有以下几种预埋件:(1)塔吊附着预埋件。用20mm以上钢板,垂直距离视塔吊的起重能力大小与塔吊生产厂家共同商定;(2)施工电梯预埋件。由厂家加工,与附着杆配套;一般预埋钢板厚10mm即可,间距为9m;(3)混凝土输送管连墙预埋件。用20mm以上钢板,间距为6m一道;(4)墩身箱内模支撑点预埋件,每6m一道(此指元江大桥,具体距离多长,应视混凝土的浇筑高度而定);(5)施工墩顶0#块牛腿预埋件。该预埋件的高度及受力分析上要经过认真计算,做到万无一失。在元江大桥中主要用了角钢、工字钢及20mm的穿墙钢板,结构较复杂,在安装时一定要考虑与设计上钢筋的位置关系,二者不能冲突;(6)对有横系板的墩身,在横系板下部一定位置预埋脚手架及底模支撑预埋件;(7)在横系板及0#块底板施工中,要留有一定数量的10cm左右的预留孔,以备拆除底模和牛腿时用。

由于预埋件的遗漏可能会给施工带来不必要的麻烦,所以施工前要做详尽的技术交底,在浇注混凝土前要由技术员、技术负责人、监理人员及专业工程师层层严格检查。

7 塔吊、电梯

塔吊、电梯是由厂家生产的成型产品,但针对地形及结构的不同,要注意其平面位置的布置。

7.1 塔吊

元江大桥塔身与墩身采用三杆式附着杆联系起来,其第一节自由高度可达27m,第一节以上每20m布设一道附着,其最大伸臂长可达35m。在塔吊安装时要注意:(1)塔身的垂直度,否则塔吊的起重能力会急剧下降,并且非常危险。元江大桥3#墩的施工塔吊,塔高 150m,安装时,在 80m～90m之间塔身有点倾斜,按标准要求计算伸臂35m处能起吊4t,而结果仅能起吊2t,严重制约了工程进度。最后决定拆除,重新安装用时8d,导致施工中断了8d;(2)安装塔吊时尽量使臂伸最短,这样可使起吊吨位增大。

7.2 电梯

电梯主要用来载运施工人员及小的施工用件。在安装时要注意电梯标准件与墩身水平距离,距离太小可能会使电梯升至模板位置时被模板所阻,不能再升。在元江大桥3#墩施工中,由于附着杆件的长度所限,电梯安装没采取相应措施,使用时只能到达外模板底部,然后再爬9m～12m扶梯,比较危险。针对这一情况,2#墩考虑较全面,对附着杆件进行了加长处理,使电梯直接可达到模板顶部,为施工减少了很多不必要的麻烦。

8 关于混凝土

在高墩身混凝土施工中,一般采用超缓凝、早强、高强、高扬程泵送混凝土,所以配合比的配制非常重要。

元江大桥的C55高强混土施工,要着重考虑以下几个方面的问题:(1)混凝土和易性,主要通过调整砂来实现。元江大桥墩身配合比砂率采用40%,另外要选择合适的外加剂,粗骨料的级配连续良好;(2)塌落度控制在 200mm～230mm为宜,设计塌落度应为210mm;(3)缓凝时间应控制在某阶段凝土浇筑完成。元江大桥墩身浇筑泵送混凝土水平距离为300m～400m,垂直泵送最高达125m,每次浇筑110m3混凝土,浇筑时间为10h～12h。考虑各种因素,缓凝时间定为15h左右,实践证明效果较好;(4)严格控制砂、石含水;严格控制加水量;严格控制拌合时间t＞80s;根据气温调整拌制混凝土塌落度。