高速铁路空心薄壁墩墩顶实心段封顶施工技术

罗长维 李东辉 王成龙

摘 要：对于国内采用架桥机预制架设和支架现浇的高速铁路简支梁桥，空心薄壁墩作为一种常见的设计通用结构被大量使用。而空心薄壁墩墩顶实心段的封顶施工是整个墩身施工的关键环节，其施工工艺的选择和施工质量的好坏将直接影响墩身的整体施工质量。目前，常见的传统空心墩封顶施工工艺有混凝土预制盖板法、内腔搭设满堂支架法、墩壁预埋钢筋（型钢）底模法。本文以新建福厦铁路泉州湾跨海大桥的空心薄壁高墩为施工实例，通过对比分析各类封顶施工方法后，创新采用了一种新型外置支架吊模法的封顶施工工艺。该工艺的成功实施取得了良好的效益，可为今后同类空心薄壁墩墩顶实心段的封顶施工提供重要的借鉴和参考。

关键词：空心薄壁墩;封顶施工;支架吊模法;结构设计;施工技术

中图分类号：U448.13          文献标识码：A            文章编号：1006—7973（2021）06-0159-02

1引言

在国内外铁路和公路桥梁领域里，空心薄壁墩因其具有结构整体刚度大、自重轻、截面模量大、整体稳定性好和节省圬工材料等特点而被广泛采用，常见于墩身高度≥15m的桥墩地段。对于我国高速铁路的桥梁高墩设计，空心薄壁墩已作为一种通用的下部结构，它的使用有效地推动了我国铁路桥梁设计向标准化方向发展，也极大地减轻了工程设计人员的工作量。而空心薄壁墩墩顶实心段的封顶施工具有安全风险高、施工难度大、施工周期长和经济成本投入高等问题，施工工艺的选择和施工质量的好坏将直接影响到墩身施工的整体质量，是整个墩身施工的关键环节。本文以新建福厦铁路泉州湾跨海大桥的空心薄壁高墩为工程实例，详细介绍一种新型外置支架吊模法的封顶施工工艺。

2 工程概况

新建福厦铁路北起福州市，南至厦门市和漳州市，正线全长277.42km，是福建省首条时速达350km/h的高速铁路，也是我国沿海铁路客运通道的重要组成部分。该线路内的泉州湾跨海大桥位于泉州市，是全线的关键控制性工程;其海上与陆上部分引桥区域的上构梁部为预制架设和支架现浇形式的简支梁。

根据桥址处地形、地貌、基础形式及道路立交等情形，简支梁下部结构大量采用双线圆端形空心薄壁的锥型桥墩，墩内设置检查梯，总量共计127个，采用C35海工与普通混凝土。墩身高度按0.5m的模数变化，分布范围为23.0m～32.5m。依据墩身内外斜率、高度和截面尺寸的不同，空心薄壁锥墩又分为7种类型。其中，存在数量最多类型的空心锥墩墩顶截面尺寸为8.0m×3.0m，高度为23.0m～30.0m，壁厚为0.5m～0.74m;内斜率为1：55，外斜率为1：35，墩顶实心段混凝土厚度为3.0m，此种类型的空心锥墩墩身平、立面布置见图1所示。

3 施工工艺比选

目前，高速铁路空心薄壁高墩墩顶实心段的封顶施工工艺成熟、施工方法较多。常见的传统封顶施工工艺有混凝土预制盖板法、内腔搭设满堂支架法和预埋钢筋（型钢）骨架底模法[1-4]。本工程通过广泛调研和分析讨论，通过对空心墩实心段封顶施工工艺进行优化改进，创新采用了一种外置支架吊模法进行封顶施工。

1 混凝土预制盖板法 技术可行，墩壁内侧预留的实心段主筋会对盖板形成阻碍;盖板预制精度要求高，安装完成后无法拆除，改变墩身主体结构，有一定质量隐患施工前需征得设计院同意 可提前预制，工效高，施工周期短 预制盖板一次性使用，不能周轉使用，且需定制专用模具，经济成本较高 安全风险低

2 内腔搭设满堂支架法 技术可行，结构体系复杂，埋件多，安装和拆除施工工序多;受空心墩内腔空间狭小影响，满堂支架安装和拆除施工难度大，且会对内爬梯安装造成影响。 施工工序繁琐，施工工效低，墩身需修饰，施工周期长 安装拆除工程量大，支架占用时间较长，周转效率低，需对墩身埋件进行修饰处理，经济成本较高 安全风险高

3 预埋钢筋（型钢）底模法 技术可行，墩身提前做好预留孔，由于空心墩上部设置倒角，埋入墩壁部分钢筋无法全部拆除，拆除回收时需对埋入部分进行割除，易形成腐蚀通道，留下质量隐患。 拆除困难，墩身需修饰，施工工效较低，施工周期较长 安装拆除工程量大，部分钢筋（型钢）后期无法回收，需对埋件进行修饰处理，经济成本较高 安全风险较高

4 外置支架吊模法 技术可行，底模系统可提前拼装成整体后吊装，安装及下放拆除方便，不改变墩身主体结构。 施工工序简单，工效高，施工周期较短 安装拆除工程量小，支架吊模系统可周转使用，经济成本低 安全风险低

以上四种空心墩实心段封顶施工工艺均可实现空心墩封顶施工，但外置支架吊模法相比其它三种施工工艺，在技术难度、经济成本、施工周期和安全风险等综合效益方面，更具有优势，各工艺详细对比分析见表1所示。

4吊模支架结构设计与施工

采用外置支架吊模法工艺与传统的三种封顶混凝土浇筑工艺基本一致，墩顶实心段混凝土也需分两层进行浇筑，第一层浇筑高度0.5m，第二层浇筑高度为2.5m。第一层混凝土浇筑时利用墩顶实心段和空心段的外侧模模板作为支架吊模的支撑体系。空心段顶部混凝土浇筑完成后外侧模不进行拆除，安装通长对拉螺杆（φ25精轧螺纹钢），将外侧模紧紧抱箍于墩身上，对拉螺杆按照模板设计共设置6道，空心段5道，实心段1道。在第一层混凝土凿毛、养护达到设计强度100%后，即可作为第二层混凝土浇筑时的受力支撑体系。

4.1吊模支架结构设计

外置吊模支架为钢木模组合结构，主要包括悬吊梁、钢吊杆、底模面板、底模分配梁和底模承重梁，平、立面结构布置详见图2所示。

4.2 吊模支架加工与安装

支架吊模各受力杆件加工与安装前，先按照墩顶实心段内、外截面尺寸，精确下料悬吊梁、竹胶板底模和悬吊底模承重梁，具体施工流程如下：

（1）将悬吊梁双工14按分布间距精准布置于实心段外侧模顶口上，然后逐根在悬吊梁上安装精轧螺纹钢吊杆，并安装好钢垫板和精轧螺母。

（2）借助空心墩内腔检查梯作为施工平台，在指定标高位置逐根安装底模承重梁双工12，安装时需确保承重梁和悬吊梁精准对位;再将精轧螺纹钢吊杆对穿通过承重梁的吊杆孔，上紧钢垫板和精轧螺母，完成主受力骨架的安装。

（3）在承重梁上按间距均匀布置[10分配梁，为确保后期分配梁能顺利从人孔中吊出并减小作业工作量和安全风险，单根[10分配梁下料长度宜严格控制在1.3m左右。

（4）安装竹胶板悬吊底模，安装前项目技术人员需对实心段空心截面进行测量放样，确保底模尺寸与实心段空心截面吻合，安装间隙小于1mm。

（5）对支架吊模结构体系进行检查和调整，再次施拧精轧螺母，并对竹胶板与墩壁之间存在的间隙采用玻璃胶进行封堵，确保混凝土浇筑时不漏浆。

4.3 封顶混凝土施工

空心薄壁墩实心段混凝土分两层进行浇筑，第一层浇筑高度为0.5m，第二层混凝土以已施工完成的第一层混凝土为承重底模，浇筑高度2.5m。第一层混凝土浇筑施工时在现场制作多组同养试块，待养护、试压确认混凝土强度达到设计强度100%后，方可进行支架吊模结构的拆除。

4.4 施工注意事项

（1）支架吊模安装施工前，需对支撑悬吊梁的实心段外侧模仔细进行检查，确保悬吊梁严格位于外侧模背楞上方，且须对模板受力支撑点采用型钢进行局部加强，防止外侧模因局部受力过大出现变形失稳。

（2）空心薄壁墩空心段最后一节段外侧模不进行拆除，两侧的外侧模需采用通长的精轧螺纹钢对拉螺杆进行对向施拧锁紧，后期实心段混凝土浇筑过程中还需对拉螺杆受力情况进行检查，必要时应进行二次施拧。

（3）作为悬吊梁上受力吊杆的精轧螺纹需外套PVC管防电焊打击，避免通电后造成精轧螺纹钢的力学性能改变，发生脆性断裂，影响支架结构的整体安全。

（4）混凝土浇筑过程中，严格控制下料浇筑高度，防止对吊模支架造成过大冲击;振捣施工时需注意避开模板和吊杆等部位。

5结语

通过创新采用外置支架吊模法进行空心薄壁墩墩顶实心段的封顶施工，为新建福厦铁路泉州湾跨海大桥的建设创造了良好的经济效益和工期效益。目前该工程采用该工艺已完成全部空心薄壁墩的施工，可为今后类似空心薄壁墩的封顶施工提供重要的借鉴和参考：

（1）支架吊模结构体系简单、技术可行;不受空心薄壁墩墩高和墩型限制，可根据实心段截面一次加工后重复周转使用，施工工效快，经济效益优。

（2）支架吊模法封顶工艺相比传统封顶施工工艺，不改变墩身主体结构，不受空心薄壁墩内腔狭小作业空间的影响，无需预埋相关预埋件，后期也不用对空心墩内腔墩壁进行修饰作业，安全风险低。

参考文献：

[1]毛宇飞.桥梁空心墩封顶施工技术[J].施工技术，2013，42（S2）：348-350.

[2]罗振环.城际铁路空心墩墩身施工技术探讨[J].价值工程，2020，39（10）：182-184.

[3]尹春香.铁路薄壁空心墩墩顶施工技术[J].黑龙江科技信息，2014（25）：225-226.

[4]李新芳.薄壁空心桥墩封顶施工工艺及受力分析[J].鐵道建筑技术，2010（08）：9-11.

基金项目：中国铁路总公司科技研究开发计划课题K2018G017。