空心薄壁高墩施工方案浅析及优化应用

黄 浩

（中交集团二公局东盟公司，浙江绍兴 312500）

空心薄壁高墩施工方案浅析及优化应用

黄 浩

（中交集团二公局东盟公司，浙江绍兴 312500）

结合浙江新昌36省道改建工程在山区的特殊地形地貌特点，通过空心薄壁墩的翻模施工工艺，对人员施工安全性、塔吊施工效率进行分析，制定方案，并结合具体情况通过方案再优化实践为类似环境下及相同形式的空心墩安全施工提供参考。

特殊地貌；翻模工艺；塔吊；优化实践

1 工程简介

36省道江拔线新昌段公路改建一期工程第1合同段内，共有空心薄壁高墩两座：分别为上扁石大桥2＃墩和扁石大桥2＃墩。其中上扁石大桥上部结构采用3×40+12×25 m跨径，扁石桥上部结构采用主桥5×40 m。采用预应力混凝土T梁简支结构，上扁石大桥2＃墩49.8 m和扁石大桥2＃墩44.3 m。都采用薄壁空心墩，墩外尺寸2.5×6.8 m，空内尺寸1.5×5.2 m，其中内边第1模和顶模设倒角。

表1 桥梁墩柱高度明细表

2 前期施工方案

2.1 前期施工总体方案

本项目上扁石大桥2＃墩和扁石大桥2＃墩两座空心薄壁墩，都采用翻模施工工艺。根据现场的实际情况计划先施工上扁石大桥的2＃薄壁墩，再启动扁石大桥2＃薄壁墩施工。采用4节2 m高（2.5 m ×6.8 m）组合钢模板。每次翻模时，保留最上面1节模板将下面3节模板向上翻模拼装，再次浇筑。按此方法循环浇筑到墩顶标高。在选择高墩施工方案时需要考虑以下因素：钢筋及模板的起吊方案，混凝土的运输及入模形式，施工人员的安全上下墩方式。

（1）塔吊布置及混凝土浇注方式

根据现场实际情况及权衡安全因素，本项目采用翻模法施工，每座薄壁墩布置1台塔吊（型号为TC5510）起吊模板、钢筋及施工机具。由于考虑地形狭窄受限，将原有55 m塔臂改拼为50 m。综合地形，便道，风向等多种因素，塔吊基础位置定在墩身右侧平行于侧墩面（或承台基础），距离2 m左右的距离，使塔吊与作业面垂直，既要保证塔吊避开墩体盖梁模板的最外侧宽度，还要考虑不能与墩身离得太远，控制塔身与盖梁边缘距离保持间距1.5 m。为了保证塔吊稳定性，塔吊基础采用（长×宽×高为5 m×5 m×2 m）的C30混凝土，浇筑前注意塔吊预埋件的位置和型号。在浇筑墩身混凝土时，混凝土采用罐车运输，采用塔吊起吊运输的方式进行浇注。施工中应确保混凝土连续不中断。待混凝土强度达到2.5 MPa时，可以拆除模板，拆模时小心拆除，防止损坏混凝土表面。

（2）模板

本项目所用的翻模模板外模采用钢模板，内模采用竹胶板配背拉钢棱的组合模板1组共分4节，每节长2m，每组共长8m，一个塔吊投入4节模板，施工1个墩身。第一次浇筑墩身混凝土高度为6 m，第二次浇筑只拆除下面的2节模板，并在第3节模板上支立及拼装3节模板从而进行下节墩身混凝土的浇筑施工，以后每次浇筑高度均为6 m，如此重复，直至浇筑到墩顶。

模板对拉螺杆的做法：对拉螺杆均采用Φ22的精轧螺纹钢，墩身螺杆对拉长度不大于2.5 m时螺杆采用通长的做法，用Φ26PVC管和对拉螺杆，拉杆周转使用；在大于2.5 m时，采用300 cm长的对拉螺杆（内连杆）与Φ24螺纹钢焊接，焊接长度须大于20 cm，内连杆通过连接器与外连杆相连接，最后用蝶形螺母固定在钢背楞上。

（3）操作平台及上下方式

①操作平台：外模板设置外挂托架作为外工作平台，首先在外模上焊接Φ25以上钢筋作为托架，并在横向支架上搭上木板，用铁丝把模板固定在支架上，木板布满支架以防止杂物坠落，在木板上面的支架上焊接两道Φ20的圆钢做护拦保护施工人员的安全，在护拦的上端外侧悬挂安全网确保人员人身安全。变截面的内模采用竹胶板木模配8＃槽钢进行拼装加固，等截面内模直接采用钢模进行拼装加固。在墩体内部每次翻模6 m处纵向和横向在同高度对称预埋多道Φ16钢筋，拆模后用φ16钢筋进行两端焊接，形成网状，然后铺设1.2×5 m木板（3 cm厚）和安全网封闭洞口，形成防坠面。同时利用每层横向对拉贯通墩身的精轧螺纹钢形成的安全屏障，根据需要铺设木板作为临时施工平台。为确保高空作业的双重安全性，在外平台的下部都在加设一道安全网，以防小型物件掉落地面杂伤人员、物体等。同时外工作平台护栏上绑扎一层安全网。②上下方式：人员施工时可从塔吊进入通过内部爬梯上到顶部，通过搭设跳板进入内部进行施工（跳板采用钢筋结构，两侧采用钢筋护栏并挂设安全网）。外钢模走廊由于4层外模上下相通，根据需要可到每一个指定作业点。塔吊上升高度根据施工高度来确定。同时利用塔吊与薄壁墩之间的空间，利用塔吊的施工平台和Z字型爬梯，进行上下操作。在薄壁墩外侧对应塔吊平台，预埋2块钢板，通过钢管连接塔吊和塔身，然后搭设平台（横向用Φ8的钢筋进行焊接，再在上面铺设1.2× 2.4 m竹胶板作为平台），平台之间通过爬梯和塔吊的内部休息平台进行上下。在平台两侧焊接1 m短钢筋或扣件安装短钢管作为护栏，然后挂设安全网以保证人员安全。

（4）翻模工艺

钢筋绑扎完成后即开始安装模板，采用外部组合安全爬梯，人员必须从爬梯进入，通过爬梯登上施工平台，由于每6 m封闭一次，形成内操作平台，外模有人行走廊，拆装模板相对方便。拆外模时，先用滑轮吊住要拆的模板，人工松横向对拉杆，使模板脱离，然后用塔吊配合进行模板的拆除，清理打油后用塔吊吊到顶模，翻内模时由于内模较轻，可以利用滑轮吊人工提升，浇筑第一次后，混凝土有一定强度后，便可以拆除下2节2 m的模板，翻模准备下一次混凝土浇注的模板。此次浇筑后翻模浇筑采用4节模板。此后，每次预留顶模，每次上翻三节模板。以此类推形成了滚动作业下一循环可以提高内平台高便于继续翻模施工。

3 方案实施与优化实践

3.1 方案实施中遇到的问题

通过上扁石大桥2＃墩施工3个翻模循环后，施工高度接近20 m，从已经实施的情况看，方案切实可行，但在实际执行过程中，也能预见3个主要问题。

（1）为了提高塔吊施工效率，考虑能兼顾1＃及3＃前后位于半山腰的圆柱高墩，塔臂回旋范围能覆盖前后施工点，但同时受峡谷地形的影响，虽在前期测量和施工方案制定中考虑地形因素，已将塔臂拼装由55 m缩减至50 m，但塔臂可能受树木阻挡，影响安全施工。

（2）虽原有塔吊完全能满足薄壁高墩的施工需要，但同时兼顾相邻高圆柱墩的施工，受40 m跨径限制，该塔吊在相邻墩柱施工中的最大起吊总量仅1.5 t，施工使用效率不高。

（3）随着墩身的高度增加，塔吊高度提升，之字型安全爬梯搭设高度不断增加。由于安全爬梯是单根钢管靠扣件拼装，搭设效率不高，影响施工进度，同时搭设、人员上下行走、拆卸的安全风险加大。

3.2 施工中问题分析及改进

（1）首先对塔吊回旋半径内的有可能影响吊装的树木进行提前砍伐清除。在第二座扁石桥高墩的塔吊拼装中将塔臂再缩短到45 m，在保证塔吊能兼顾前后40 m内的桥梁墩位提高利用率的前提下尽量减少塔臂的回旋半径。

（2）经相关单位同意，在第二座薄壁墩（扁石大桥2＃）的施工中将原有TC5510型塔吊，提高为TC5515型塔吊。使相邻墩柱施工点的最大起吊总量提高到2.5吨，施工效率得到提升。

（3）对于安全爬梯的搭设效率问题，经考虑决定向有资质的生产厂家定制符合现场实际的合格组合爬梯，必须受力符合要求，便于拼装，能提高效率。经实践，最后选用每一节（长×宽×高为2.5 m ×1.5 m×2 m）的组合爬梯。将爬梯设置在墩身的正对面，扩大爬梯的受力面积，增加底部稳定性，爬梯采用楼梯状设计，每1.5 m设置一个平台，能满足3人同时上下。为了保证爬梯的上部稳定性，利用墩身的预留通气孔和对拉螺栓孔，通过穿墙对拉的固定方式将爬梯与墩身多点，逐层进行加固，增加爬梯的整体刚度和防倾覆能力。在爬梯拼装好后，再在爬梯外侧布设安全网，防止坠落。为了保证安全，安装组合爬梯时注意以下几个方面：

①组合爬梯的位置正对与墩体的正面，离开墩体的垂直距离30 cm左右，四角的位置必须精确放样，底部清理整平，由于是在承台上，基础牢固容易生根。

②管节拼装时应特别注意垂直度，每节段拼装杆件的插片插销固定牢固后注意垂直度的检查，横杆和横撑仔细检查，梯子安装在横撑上，梯子安装扶手。

③立杆四周销内安装斜杆，斜撑，必要时在底节爬梯额外增加钢管和扫地杆进行再加固，同时每3 m左右高度与墩体联接，以保证体身的整体稳定性。

3.3 优化后成果

通过方案优化改进，原方案施工的基础上，施工效率大幅提高，安全性增强，安全风险降低。通过扁石大桥2＃墩施工统计，该空心薄壁墩共翻模11个高强螺栓拆除采用千斤顶张拉，旋松螺母直至单个高强螺栓不受力时拆除。

新高强螺栓放置在索夹孔洞内，手动旋紧两端螺母，安装张拉设备。按设计拉力进行一端张拉，张拉至设计力后旋紧螺母。

当丝扣外露量大于9丝时，单个螺栓张拉时直接张拉至设计拉力。当丝扣小于9丝时，单个螺栓张拉时的拉力为丝扣外露量对应拉力，单个索夹所有高强螺栓张拉完成后，丝扣外露量较初始状态大，再进行下一轮张拉直至丝扣外露量大于9丝时为止。

5 张拉力计算

把螺纹牙展直后相当于一根悬臂梁，抗挤压是指公、母螺纹牙之间的挤压应力不应超过许用挤压应力，否则便会产生挤压破坏。设轴向力为F，相旋合螺纹圈数为z，则验算计算式为

式中：σp为挤压应力，单位MPa；［σp］为许用挤压应力，MPa；F为轴向力，N；d2为外螺纹中径，mm；h为螺纹工作高度，mm，p为螺距，mm，h与p的关系为：h=0．5 p；z为结合圈数。

根据《紧固件机械性能螺栓、螺钉和螺柱》GBT 3098.1-2010规范得知12.9S级别高强螺栓的容许应力［σp］=1 200 MPa。当螺纹丝扣外露量为z时，结合圈数z的外露螺纹所能承受的拉力为F≤［σp］πd2hz。此时的张拉力需小于F防止螺栓被破坏。

6 更换效果

通过本次索夹高强螺栓更换施工，索夹张拉力从拉力35.5 t增加至42 t。索夹接缝收紧0.3～1 cm，相同部位高栓更换前后螺纹外露量增大1～3丝。更换过程中未出现索夹接缝变大和高强螺栓丝扣断裂的情况。索夹与主缆紧固程度增加，减小了索夹下滑的可能性，达到了本次设计的要求和目的。

7 结束语

抚顺天湖大桥索夹高强螺栓的成功更换，应用的虽然是成熟工艺，但是本项目较为突出的特点是原桥高强螺栓丝扣外露量不够且不一致，而且存在单个索夹上下缘紧固程度不一致的情况，增加了高强螺栓张拉的频次和纠偏的工序，严格按照该项目特定的更换顺序和张拉工艺达到了设计和规范要求，为后续悬索桥高强螺栓更换施工提供了宝贵经验。

［1］ 中华人民共和国国家规范.紧固件机械性能螺栓、螺钉和螺柱（GBT 3098.1-2010）［S］.

U445.4

C

1008-3383（2017）01-0113-02

2016-02-12

黄浩（1978-），男，本科，从事公路一线施工研究。