圆端形薄壁变坡空心高墩群模板设计及施工组织

蔡福海

(中铁十二局集团第四工程有限公司，陕西 西安 070030)

1 工程概况

新建蒙西华中铁路汾河特大桥全长7 980.94 m，主要为跨越侯禹高速公路、规划G108国道、汾河河道及高差约100 m的汾河二三级阶地而设。全桥共有墩台216个，平均墩高45 m，最大墩高74 m，其中有墩高>50 m的桥墩96个。根据总体施工组织安排，墩身施工时长约16个月。

墩高>50 m的桥墩分两种墩型(分别命名为A墩型、B墩型)，均采用圆端形变坡度薄壁空心墩。

A墩型桥墩有67个，用于32 m/24 m简支T梁地段，墩身构造如图1所示，桥墩由托盘、墩顶实体段、空心段、墩底实体段四部分组成。托盘高度2.5 m，顶部横桥向尺寸10.6 m，顺桥向尺寸5.6 m；墩顶实体段厚度1.0 m，顶部横桥向尺寸9.6 m，顺桥向尺寸5.6 m；空心段内坡比70∶1，外坡比45∶1，上下分别设置0.5 m×1.0 m导角；墩底实体段厚度3.0 m，墩底截面横桥向尺寸11.7～12.4 m，顺桥向尺寸7.7～8.4 m。

B墩型桥墩有29个，用于64 m/56 m简支箱梁地段，墩身构造如图2所示，桥墩由墩顶实体段、空心段、墩底实体段三部分组成。墩顶实体段厚度5.0 m，顶部横桥向尺寸10.0 m，顺桥向尺寸5.8 m；空心段内坡比80∶1，外坡比30∶1，上下分别设置1.0 m×1.0 m导角；墩底实体段厚度5.0 m，墩底截面横桥向尺寸14.3～14.9 m，顺桥向尺寸10.1～10.7 m。

图1 A墩型墩身构造图(单位：cm)

2 模板配置

2.1 模板形式选择

2.1.1 A墩型

A墩型采用常规模板形式，即“一模到顶”满配形式[1]，模板基本分节高度2.0 m，根据墩高变化，在墩底配置高度1.0 m、0.5 m的调整节。考虑吊装重量及模板拆除方便，外模板环向分6块布置(即直线段各1块模板，圆弧端各2块1/4圆弧模板)，

图2 B墩型墩身构造图

内模板环向分10块布置(即直线段各3块模板，圆弧端各2块1/4圆弧模板)，模板布置如图3所示。

图3 A墩型墩身模板环向分块示意图

2.1.2 B墩型

B墩型桥墩位于整个桥梁施工的关键线路上，工期紧张，且受征拆等因素影响，难以自始至终顺序展开施工，采用“一模到顶”满配形式时，模板周转组织难度大，且前一桥墩施工的顺畅度会对下一墩身的施工组织产生严重影响。为打破这种制约关系，研发了一种新型的模板配置技术——变坡薄壁空心高墩圆端可调翻模施工技术。

考虑到钢筋原材长度及混凝土浇筑高度，翻模模板分节高度按2.25 m选取，每套模板配置3层共6.75 m，每次模板翻转2层，单次混凝土浇筑高度4.5 m，根据墩高变化，在桥墩底部配置1.0 m、0.5 m、0.25 m的调整节。由于B墩型自下而上采用同一坡比，且截面尺寸大、圆端圆弧半径大，墩高每变化4.5 m圆弧弧长变化值相等，为圆端可调技术的实现创造了条件。

变坡薄壁空心高墩圆端可调翻模施工技术的核心思想是：在圆弧端模板上设置一种可调装置调节模板半径，从而适应不同墩身高度不同圆弧半径的要求，实现自下而上“翻转”的效果。即将圆弧模板按弧长划分为若干基本单元，再将基本单元按照“以折代曲”的原理拟合成所需的圆弧半径，如图4所示。

图4 B墩型墩身圆端可调模板

基本单元的长度(弧长)等于墩身高度每增高(或降低)4.5 m、圆弧长度的增加值(或减小值)的整数倍。为保证墩身外观质量，模板分块不宜过多，为达到圆弧可调效果，模板设计时按照两基本单元交界处“面板不断开、法兰及环向抱箍断开”的原则处理，并在“断缝”两侧设置可调节丝杆。可调丝杆既起到调节圆弧半径的作用，同时起到传力的作用[2]。

由于墩身高度不同，圆弧半径不同，圆弧弧长也不相同，为解决弧长变化问题，将圆端模板沿环向分为3块，两边2块采用圆端可调模板，中间1块按照对应圆弧半径根据剩余弧长(圆端弧长-2×可调模板弧长)制作定型模板，模板分块如图5所示。

图5 B墩型墩身模板分块

2.2 模板配置数量确定

2.2.1 工期安排

根据总体施工组织安排，墩身施工总时长16个月，跨越1个冬季，冬休期2.5个月，有效施工时长13.5个月。

2.2.2 功效指标(每浇筑段)

施工工序为：安装第1层模板范围内的钢筋→安装第1层模板→安装第2层模板范围内的钢筋→安装第2层模板→安装第3层模板范围内的钢筋→安装第3层模板→浇筑混凝土。

单次钢筋安装时长8 h，单次模板安装时长8 h，综合施工工效指标0.9 m/d。

2.2.3 模板周转施工组织

A墩型模板配置形式为“一墩到顶”满配形式，选择同一家作业队伍连续施工若干桥墩，模板自第1个桥墩开始，逐步向下一桥墩调转(即在前1个桥墩第2浇筑段混凝土浇筑完成后，将第1浇筑段的模板调转至下一桥墩，依次类推)，同一套模板施工的若干桥墩形成“阶梯”状。

B墩型模板配置形式为“一墩一套”圆端可调翻模，模板自每个桥墩的最下部浇筑段开始，逐步向本桥墩的下一浇筑段翻转(即第1浇筑段浇筑3层模板高度，向第2浇筑段翻转2层模板，第2浇筑段浇筑2层模板高度，依次类推)，待本桥墩施工完成后再调转至下一桥墩。

2.2.4 模板配置数量确定

(1)A墩型：67个桥墩平均墩高60 m，单墩施工时长：60 m/0.9 m/d=67 d，墩身模板自前一桥墩调转至下一桥墩所需时长约12 d。

若采用2套模板，每套模板施工34个桥墩，施工时长为67 d+(34-1)×12 d=463 d，折合15.4个月，不满足工期要求；若采用3套模板，每套模板施工23个桥墩，施工时长为67 d +(23-1)×12 d =331 d，折合11.0个月，工期满足要求，且有一定工期储备。

(2)B墩型：29个桥墩平均墩高68.5 m，单墩施工时长68.5 m /0.9 m/d =77 d，墩身模板自前一桥墩调转至下一桥墩所需时长约10 d。

若采用7套模板，每套模板施工5个桥墩，施工时长为77 d +(5-1)×(77+10)d =425 d，折合14.2个月，不满足工期要求；若采用8套模板，每套模板施工4个桥墩，施工时长为77 d +(4-1)×(77+10)d =338 d，折合11.2个月，工期满足要求，且有一定工期储备。

2.3 两种类型模板特点分析

2.3.1 设计及加工

A墩型“一墩到顶”满配式模板设计思路简单，加工方便；B墩型圆端可调翻模设计思路较为复杂，加工精度要求更高[3]。

2.3.2 工效

A墩型“一墩到顶”满配式模板安装方便，工效较高，但需在不同桥墩之间频繁周转，且下一桥墩施工组织受前一桥墩施工影响；B墩型圆端可调翻模在翻转至下一浇筑段前需先进行圆弧半径调节，但因相邻两浇筑段间圆弧半径相差不大，调节占用时长较短；B墩型圆端可调翻模在本桥墩范围内进行翻转，对其他桥墩施工无影响。

2.3.3 经济性

相对“一墩到顶”满配式模板而言，圆端可调翻模可节约模板重量约40%，并且可省去模板周转时的倒运费用，经济性非常可观。

2.3.4 适用性

“一墩到顶”满配式模板、圆端可调翻模均适用于连续高墩施工，但在高墩数量较少或高墩不连续情况下，更适合采用圆端可调翻模。

3 设备人员配置

高墩钢筋、模板设备选用塔吊进行吊装；A墩型空心墩截面尺寸相对较小(约17 m3/m)，墩高40 m以下段落混凝土浇筑采用汽车泵泵送，墩高40 m以上段落混凝土采用塔吊斗送浇筑；B墩型空心墩截面尺寸相对较大(约55 m3/m)，墩高40 m以下段落混凝土浇筑采用汽车泵泵送，墩高40 m以上段落混凝土采用混凝土输送泵泵送[4]。

A墩型配备3套模板，选择3个作业队伍施工，每个队伍配置1套模板，根据相关经验，每次浇筑段高度选择6.0 m时，工效最大。每次浇筑高度6.0 m时，每个桥墩占用8.0 m模板，1套模板可同时供8个桥墩施工。每个作业队伍设备、人员配置见表1所示。

B墩型配备8套模板，8个桥墩同步施工，每次浇筑高度4.5 m，选择一个作业队伍进行施工，作业队伍设备、人员配置见表1所示。

表1 不同墩型设备、人员配置表

4 主要质量控制及安全防护措施

4.1 主要质量控制措施

4.1.1 钢筋保护层、钢筋间距控制措施

为防止墩身钢筋保护层超限、钢筋间距不均匀，制作了保护层控制模具，保护层控制模具采用80 mm×80 mm×6 mm角钢制作，分立杆及水平连接两部分，如图6所示。立杆同水平连接之间焊接，立杆坡比同墩身坡比，通过水平连接固定于已安装墩身模板顶部。

4.1.2 空心墩壁厚控制措施

为保证空心墩壁厚均匀、准确、壁厚偏差满足相关要求，设计加工空心墩壁厚控制卡具，卡具由连接角钢、精轧螺纹钢、螺母组成[5]，如图7所示，设置于待浇筑段模板顶面，沿环向每1.0～1.5 m布置1处。

4.2 主要安全防护措施

4.2.1 安全操作平台设置

在每层墩身模板外围设置安全操作平台，安全操作平台由平台支架、刚性密目网铺底、防护栏杆、安全网等部分组成，如图8所示。平台支架采用

图6 钢筋保护层控制模具 图7 空心墩壁厚控制卡具

∠63角钢焊接，宽度1.0 m，通过高强螺栓栓接于墩身模板竖肋上，支架间距1.5 m；支架顶面满铺刚性钢丝网作为铺底；平台外围焊接高度1.2 m的防护栏杆，栏杆间用3钢筋连接,并挂设钢丝网进行防护。

在墩内设置可提升的内操作平台，作为施工人员操作和机具放置平台，如图9所示。内平台随施工需要上下升降，在钢筋安装阶段及混凝土浇筑阶段，将内平台提升至已安装内模板顶部；在内模板拆除阶段，将内平台下降至待拆除模板底部。

内平台骨架采用10 cm×10 cm方管焊接而成，根据墩内最小截面制作，其上满铺间距10 cm×10 cm钢筋网和竹胶板，与墩身搭接处采用内径8.5 cm抽拔圆管，设计时保证抽拔圆管穿入方管内最小

图8 空心墩外平台设置(单位：mm)

图9 空心墩内平台设置(单位：cm)

长度不小于1.0 m。同时，在墩身对应位置处预留深度不小于30 cm、∅10 cm的预留孔。

通过在墩身模板内外设置安全操作平台，封闭高空作业环境，变高空作业为“地面作业”，消除安全隐患。

4.2.2 上下通道设置

在墩身旁搭设专用爬梯作为人员上下通道，爬梯外侧满布刚性安全防护网。为确保爬梯稳定，每搭设6 m与墩身固结一次。上下通道设置如图10所示。

图10 上下通道设置(单位：mm)

5 结束语

实践证明，“一模到顶”满配式模板、圆端可调翻模两种模板配置形式均适合连续高墩群施工；圆端可调翻模虽设计复杂、加工精度要求更高，但其经济性更好、适用性更强；开发的墩身保护层控制模具、空心墩壁厚控制卡具能有效的发挥作用，克服墩身施工质量通病；设计的内外安全操作平台可封闭高空作业环境，变高空作业为“地面作业”，消除安全隐患，可供同类型桥梁施工参考借鉴。