桥梁空心薄壁墩无支架翻模施工技术探索

2012-08-06刘永超

城市道桥与防洪 2012年8期

刘永超

（甘肃路桥建设集团有限公司,甘肃兰州 730030）

0 引言

近年来我国西部高速公路发展迅猛，甘肃省公路建设迎来了前所未有的大发展，高速公路建设开始向山区延伸，而这些地区山势陡峭,高差很大,而且场地狭窄,使得在桥梁建设中大量采用空心薄壁墩结构。平原区墩台常用的支架施工在山区高桥墩施工中困难重重，大量的脚手架搭设不仅耗费大量的人力、物力，而且安全系数很低，同时工序复杂进度缓慢。无支架施工正是在这样的背景下应运而生。无支架施工技术在空心薄壁墩施工中具有显著的优越性和科学性，与支架施工相比，该项技术施工循环周期短，减少劳动力消耗量，节省用钢量，具有快捷、轻巧、操作简单，中线易控制，无明显的混凝土接缝，混凝土外观质量光滑，施工费用低等优势。因此，有必要对空心薄壁墩无支架施工技术进行探索。

1 概述

空心薄壁墩是目前高速公路桥墩设计广泛采用的一种形式。因其墩身可达到较高高度，且结构经济实用、施工简便而普遍受到欢迎。天定十七标盐沟大桥和武罐高速公路大岸庙特大桥的部分下部构造就采用了这种形式。大岸庙特大桥是武罐高速公路上一座重要的桥梁。特大桥总体上分两部分:跨线部分(横跨S212省道)和跨河部分(横跨白龙江)。空心薄壁墩共计39个，断面尺寸为6 m×2.5 m共18个，断面尺寸为6 m×3 m共计21个，墩高最高47.5 m,最低墩高29 m，平均墩高37.93 m。施工方法采用塔式吊机提升翻模施工法，提升式钢管模架，组合式大块钢模板拼装并用拉杆、螺栓加固，钢筋现场连接绑扎成骨架，并随混凝土施工逐次焊接加长(每次3.0m)，混凝土集中拌和,输送泵直接泵送入模浇筑，洒水养生。

2 空心薄墩无支架翻模施工工艺

2.1 空心薄墩无支架翻模施工工艺原理

所谓无支架翻模施工就是利用前一级已浇筑的桥墩作为承载主体固定模板，进而借助模板载体搭设施工工作平台，随着桥墩不断向上施工，工作平台及模板整体向上升移的一种施工方法。翻模是由2节大块组合模板及支架、内外工作平台、塔式起重机、手动葫芦组合而成的成套模具。施工时第一节模板支立于墩身基顶上，第二节模板支立于第一节模板上。当第二节混凝土强度达到3 M Pa，第一节混凝士强度达到10 M Pa时，拆除第一节模板，此时荷载传递至硬化的墩身混凝土。将第一节模板作调整打磨后利用模板外固定架和塔式起重机、手动葫芦将其翻升第三层，依此循环向上形成拆模、翻升立模、模板组拼、搭设内外工作平台、钢筋焊接绑扎、接长泵送管道、灌注混凝土、养生和测量定位、标高测量的不间断作业，直至达到设计高度。每一节翻模主要由内外模板、围带、拉杆、作业平台组成(见图1)。

图1 作业示意图

2.2 狭窄作业区空心薄壁墩无支架翻模施工工艺流程（见图2）

图2 施工工艺流程图

2.3 空心薄壁墩无支架翻模施工方法

2.3.1 模板及操作平台制作、安装

2.3.1.1 模板制作

（1）模板高度的选定：因墩身较高，综合考虑每节施工时间、机具长度及钢筋配料和减少混凝土施工缝的数量的目的，共加工2层模板，每层3 m，总共6 m。施工时，每次浇注1节模板的高度，即每次翻1层模板，浇筑3 m高的混凝土。

（2）模板构造的设计：薄壁空心墩身采用内外两套模板，外模采用整体大块钢模板，由正规厂家生产，加工精度控制在1 mm以内，模板对接缝，模板拼缝认真打磨；完全消除模板横向接缝，安装时对竖向横向接缝认真粘贴泡沫塑料密封条，模板拉杆预紧力要足够，特别是已成型混凝土最上排拉杆在下一次混凝土浇筑前再次预紧，防止混凝土漏浆造成“裙子”缺陷。内模采用定型钢模板。由于墩身高，模板倒用次数多，钢外模面板使用6 mm厚钢板制作，模板设有『8～『l2槽钢围带及横、竖肋，肋和围带皆组焊而成，保证了模板的刚度，能有效地减少模板对拉杆的使用，提高墩身混凝土的外观质量。薄壁墩身的四个拐角设计为直角，但直角的混凝土容易发生掉角、漏浆的质量通病，因此在设计模板时，把墩身的直角改为直径2cm的小圆角，这样既不用变更钢筋的位置，又能保证拐角处护混凝土的质量。

（3）墩身空心顶部的模板设计：在进行主墩顶部实心段混凝土施工时，考虑在墩身内部预埋钢板，焊上牛腿，铺上方木板或竹胶板作为支架，然后绑扎钢筋，浇筑混凝土。支架放在墩身内不再取出。为了确保墩身混凝土外观质量，模板加工要符合《钢结构工程施工及验收规范》的基本规定，其表面不允许有孔洞(拉筋孔除外)、毛刺、缝隙及熔渣等；模板组焊必须作磨光处理；模板的上下口应经创边处理；模板接缝采用建筑双面胶带；模板的组装应符合组装精度要求。

2.3.1.2 平台制作

每层模板内外设施工平台，工作平台在模板外侧自带，内外施工平台是利用加固在下层已凝固混凝土上的模板，内施工平台用内外模板及横穿拉杆搭设。在内模板上首先搭设钢管支架，其次上铺木板或竹脚板，然后上铺2 mm钢板，用于临时存放混凝土以及操作人员行走。外侧施工平台按每层、每块模板分别施作，平台与外模应连结为一个整体，随模板一起向上翻升，平台与模板围带采用Φ28圆钢及钢架杆作为支架连接，在平台四周沿周边设立防护栏杆，栏杆外侧及固定架底部设全封闭安全网。施工平台上面铺设5 cm厚木板或竹脚手板，供操作人员作业、行走，存放小型机具。

2.3.1.3 整体安装及加固

翻模工艺是配备2～3节模板,先安装1节模板浇筑混凝土后,再安装第二节模板,每次浇筑混凝土前仍有1套模板紧固于已浇筑混凝土体,上一节模板则处于待浇混凝土状态,紧固于墩身上的支承模板是依靠自身抱箍于墩身的摩擦力以及对拉丝杆支承上一节模板重量和其他荷载。

当第二节混凝土强度达到3 M Pa，第一节混凝士强度达到10 M Pa时，拆除第一节模板，此时荷载传递至硬化的墩身混凝土。将第一节模板作调整打磨后利用模板外固定架和塔式起重机、手动葫芦将其翻升第二层，依此循环向上形成拆模、翻升立模、模板组拼、搭设内外工作平台、钢筋焊接绑扎、接长泵送管道、灌注混凝土、养生和测量定位、标高测量的不间断作业，直至达到设计高度。

2.3.2 模板施工

（1）立模准备。根据基顶中心放出立模边线，立模边线外侧找平，找平层用水准仪抄平挂线，待砂浆硬化后由线路中间向两侧立模。

（2）模板安装。模板用塔式起重机吊装，人工辅助就位。外模板安装后再装内模板，用M 18螺栓将模板连成整体，然后安装围带和拉杆。模板成型后检查各部安装尺寸，符合安装标准后先安装安全爬梯，然后安装安全网，铺设内外作业平台。

（3）立模检查。第一节段模板安装后，用水准仪和全站仪检查模板顶面标高和墩身位置，符合标准后进行下道工序。浇筑混凝土前必须检查支撑是否可靠、扣件是否松动。在施工中,内外模在内侧的倾斜角会经常变化,需经常调整。外模测量方便,容易调整;内模为闭合桶形,调整难度大,测量也较困难。浇筑混凝土时必须由模板支设班组设专人看模护模,随时检查支撑是否变形、松动。施工时混凝土吊斗严禁冲击顶模。

（4）模板的除锈与涂油。模板在灌注混凝土前务必保护处理好板面,模板表面除锈,涂刷60%的机油与40%的柴油掺合物。涂油时,要涂摸均匀,达到模板表面油光但无油痕为准,不得漏涂。模板开始使用后每次混凝土浇筑完毕必须对模板面进行清理,先用磨光机将模板表面的灰浆清除,再用棉纱将模板擦干净,并用洗衣粉对水清洗一遍。在模板就位前认真涂刷色拉油。(决不允许在模板就位后刷涂刷色拉油,防止污染钢筋与混凝土接触面)。为防止阳角模板漏浆,阳角交接处,应贴双面胶条,然后将阳角合紧。

（5）模板爬升作业。用手动葫芦挂住第一节段钢模板，松开内外模板之间拉杆，卸下第一节段模板及操作架，用塔式起重机吊运至墩下安全的作业场地清理并涂刷脱模剂后按放线尺组装为下一节段首节模板，然后按第一节段的安装次序安装其余部分。

（6）每节模板安装时可将两节模板间的缝隙用0.5～1 mm薄钢板塞填以便纠偏。

（7）模板的拆除。施工到墩顶后，墩顶仍保留2个节段模板，墩身混凝土强度大于10M Pa时，拆除模板。拆除时按先底节段，再顶节段的顺序进行。每节段模板拆除按安全网、脚手板、连接螺栓、钢拉杆、平台和模板围带、钢模板的顺序依次进行。为方便拆除，在墩顶预埋加强吊装环，利用吊装环悬挂手动葫芦进行拆除、吊运作业。塔式起重机由上而下进行拆除。

2.3.3 钢筋施工

（1）钢筋按照不同的钢种、等级、排号、规格及生产厂家分批验收，分别堆存，不得混杂，且应设立识别标志。

（2）钢筋表面应洁净，平直无弯曲，Ⅰ级钢筋冷弯率不大于2%，Ⅱ级钢筋冷弯率不大于1%。

（3）受力主筋和末端弯钩形状应符合设计要求。

（4）钢筋焊接前，必须根据施工条件进行试焊，合格后方可正式施焊。钢筋的纵向焊接应采用闪光对焊。

（5）受力钢筋焊接应设置在内力较小处，并错开布置。对于焊接接头，在接头长度区段内，同一根钢筋不得有两个接头，接头面积在受拉区不能大于50%。

（6）钢筋连接处的混凝土保护层宜满足设计要求，且不得小于15 mm,连接件之间的横向净距不宜小于15 mm。

2.3.4 混凝土施工

（1）混凝土原材料。拌制混凝土所使用的各项原材料及拌合物的质量经过检验，符合现行《公路工程水泥混凝土试验规程》（JTJ 053）的规定。

（2）混凝土配合比。混凝土配合比以质量比计，通过设计和试配选定。施工实际采用的材料，拌制的混凝土拌合物应满足和易性、凝结速度等施工条件，制成的混凝土符合强度、耐久性（抗冻性、抗渗、抗侵蚀）等质量要求。混凝土浇注入模时塌落度控制在70～90 mm，以内，最大水灰比控制在0.50，最小水泥用量控制在300 kg/m3。外加剂的用量不宜大于水泥用量的0.30%。

（3）混凝土的拌合。混凝土拌合采用的JS500型强制式搅拌机，拌合好的拌合物应均匀，颜色一致，不得有离析和泌水现象。在卸料过程中，从卸料流的1/4至3/4之间部位，采取试样，进行试验，保证混凝土中砂浆密度两次测值的相对误差不大于0.8%，单位体积混凝土中粗骨料含量两次测值相对误差不大于5%。混凝土拌合物从拌和机出料起至入模时间不得超过15 min。

（4）混凝土运输。混凝土运输能力应适应混凝土凝结和浇注速度的需要，使浇注工作不间断并使混凝土运到浇注地点时仍保持均匀性和规定的塌落度。用搅拌运输车运输已拌成的混凝土时，途中应以2～4 r/min慢速进行搅动，混凝土装载量应为搅拌桶几何容量的2/3。

（5）混凝土浇注。混凝土运输钢筋及模板检查合格后，内外模板之间安装混凝土灌注溜槽，混凝土用半自动料斗运送，通过溜槽或人工铲送入模。混凝土采用水平分层灌注，每层厚度一般为300 mm，用插入式震动器振捣，使用插入式振捣棒应快插慢拔,插点要均匀排列,逐点移动,顺序进行,不得遗漏,做到均匀振实。移动间距不大于振捣作用半径的1.5倍(一般为30～40 cm)。振捣上一层时应插入下层5 cm,以消除两层间的接缝，且注意不要漏振、过振。浇筑混凝土时应派木工、钢筋工随时观察模板、钢筋、预埋孔洞、预埋件和插筋等有无移动,变形或堵塞情况,发生问题立即处理并在已浇筑的混凝土初凝前完成。灌注完的混凝土及时养生。作好混凝土试块，强度达到3 M Pa以上时，清除浮浆，凿毛混凝土表面，进行下一节段施工。

（6）第一节混凝土强度。第一节混凝土强度达到10 M Pa以上时，凿毛清理混凝土顶面，准备下一节墩身施工。

2.3.5 安全爬梯施工

2.3.5.1 预埋件的设置

为便于无支架施工作业人员上下，在墩身的正面 (6.0 m长边)，楼梯转角平台处，预留Φ100 mm孔洞（每层四个，呈“之”字形布置），以便搭设爬梯时穿设架杆。

2.3.5.2 爬梯的制作与安装

从墩身底部起靠墩身正面搭设支架，支架整体稳定性依靠穿设在预留孔内的拉杆固定，见图3所示。

图3 无支架高墩安全爬梯施工图

2.4 空心薄壁墩无支架翻模施工监测技术

2.4.1 监测的目的与内容

模板测控是以模板几何中心与设计轴线重合为目的，在施工过程中严格控制施工误差，通过使用测量仪器对竖直度、轴线偏位、断面尺寸进行量测。以达到尺寸精确、线条流畅、表面平整、棱角分明、无裂纹气泡；施工缝、模板接缝精细均匀等。

（1）通过墩竖直度、轴线偏位测定，了解墩身纵横轴线是否与设计图相符。

（2）通过断面尺寸测定，控制模板整体稳定性、板面变形量以及加固情况。

为达到以上的监控量测目的，量测工作需要贯穿高墩无支架翻模施工的全过程。量测数据及其分析结果可立即与设计数据相比较，如量测结果与设计有较大出入时，有必要对桥梁施工进行修正，使桥梁的设计和施工纳入动态的科学管理中。

具体监控量测内容见表1所列。

表1 监控量测检测项目和标准一览表

有关注意事项如下：

（1）用全站仪和激光铅直仪测定模板位置和竖直度;（2）调整模板四边存在高差;（3）克服模板自身平面位置偏移;（4）内外模间加内支撑控制壁厚,支撑间距由拉杆调整。

2.4.2 监测方法

为确保高墩施工的质量，在施工过程中，应做好墩身测量监控。因提升托架翻转模板施工工艺测量控制墩柱断面复杂，结合现有测量条件,利用三角高程法测定墩柱模板顶标高，采用单测站极坐标法结合量钢尺法，控制墩柱模板主要角点的平面就位，使其满足设计要求。一个墩柱每施工6 m,采用双测站极坐标精确测定墩柱模板各主要点的平面位置，同时用悬挂钢尺法精确测定墩柱模板顶的标高，以此来检核及修正三角高程。当一节混凝土浇筑完成，即刻对混凝土面的控制点进行复测，以掌握模板在混凝土浇筑前后的变位，同时为下一节模板的安装提供参数。

（1）在承台施工前,首先放出墩身十字线，做好型钢支架，将墩身预埋钢筋准确定位并确保在整个施工过程中墩身钢筋不移位，不偏斜。

（2）在第一次立墩身模板时，采用平面坐标法(与导线点联测)准确测放出模板4个控制点的平面位置,采用三角高程法测放出模板顶面高程,然后利用铅锤线测量模板的倾斜。

（3）以后每节段立模时均与第一次一样测量控制放样,而且还要对前一节段进行竣工检查。

（4）每次测量时间固定在温度、阳光等气候因素影响较小的每天早上9点以前或下午4点以后进行。

（5）平面位置控制。墩外轮廓采用全站仪定位，将全站仪架于控制点,用坐标法通过控制模板位置来控制墩身平面位置。

墩内采用垂球法定位，由于在墩底实体段或基础上做的中心点经常被雨水或施工废弃物所覆盖，墩内光线较暗，测量十分不便，经过现场的多次检测、试验，不断完善，总结出四点定位垂球法来控制、检测模板和混凝土施工的偏移情况，取得了良好的效果。

所谓四点定位垂球法，即用全站仪采用坐标法在己施工完的墩身薄壁混凝土面上放出前、后、左、右四个标准点，一般是测出墩壁在四个方位的中点，在模板安装过程中，随时用该四点检校模板的安装偏移情况。