黄垌河大桥空心薄壁墩施工工艺探讨

2021-10-26王元，郑斌

工程技术研究 2021年13期

王元，郑斌

1.广州市北二环交通科技有限公司，广东广州 510101

2.中交四航局第七工程有限公司，广东广州 510220

1 工程概况

根据该工程的特点，汕湛高速公路云浮至湛江段黄垌河大桥7#～14#墩位于丘陵间河谷，中部地势低缓，两侧为山体斜坡。地面高程为72.50～113.50m，相对高差为41.00m，地形起伏较大。空心薄壁墩横断面外轮廓尺寸为6m×2.6m，壁厚0.6m，高度在35～48m，墩身采用C40混凝土，通气孔每间隔5m设置一组。

2 方案比选

目前公路行业空心薄壁墩常用施工方法主要有翻模、滑模、爬模等施工工艺，需结合该项目实际情况做方案比选。

翻模作为一种传统施工工艺，其可操作性强，施工简便。但由于模板主要靠摩擦力承受竖向荷载，承载能力有限，焊接在模板外侧的施工作业平台通常较为狭窄，工人不便于操作，且模板频繁拆装，易导致操作平台变形损坏，最为关键的是施工模板和作业平台连接成为整体，人机同时混合作业的安全隐患较大。滑模施工连续性好、进度快、水平接缝少，但由于其整套滑动体系均通过支撑在支架上，支承杆单点受力易产生弯曲变形引发安全问题；同时由于滑模属于“软脱模”，易造成混凝土缺边掉角、水平裂缝，混凝土外观光洁度较差，施工完成后需进行装饰、耗费工时；此施工工艺模板耗钢量大、配套设备多，初期投入大，重复利用拆装复杂，且需要连续施工，如遇雨季、断电、机械故障等突发情况导致施工中断则较难处理，混凝土施工质量也无法保证。爬模施工也存在滑模施工类似的问题，例如投入大、支架因刚度小而易产生变形，另外爬模施工的墩身模板较多，模板拼缝较多，极易造成错台、外观质量差等病害。

结合该工程实际需求和上述三种施工工艺的优缺点，综合考虑该项目对质量、成本、进度、安全等方面的要求，决定对黄垌河大桥空心薄壁高墩采用翻模与轻型整体式爬架组合方式施工，以提高施工的安全可靠性，同时便于工人操作。

3 施工工艺

3.1 轻型整体式爬架设计

轻型整体式爬架与翻模法组合式施工工艺的创新方案是利用吊装设备在墩身外安装一套整体式爬架，爬架与模板独立工作，未固定成为一个整体，可利用爬架安装模板和浇筑混凝土，另外可在爬架外装设防护网、防坠落网以增加墩身施工时安全系数，其具体设计图如图1所示。整个爬架系统由底座、脚手架系统、支承系统三部分构成。

图1 轻型整体式爬架施工平面布置图

（1）底座。爬架底座采用4根钢梁环抱墩身围成“#”型框架形式，横桥向×顺桥向采用I36b×I25b钢梁，钢梁内侧到墩身外侧距离为50mm，且4根钢梁搭接后向外悬挑。上部脚手架系统安装在钢梁上，钢棒插入墩身固定后可用于支撑爬架底座，爬架底座平面图如图2所示。钢棒的安装与拆除通过在爬架底支承位置的下方安放吊篮进行。

图2 爬架底座平面图

（2）脚手架系统。采取直径φ48mm、壁厚3.5mm的钢管作为主材制作轻型脚手架，钢管和钢管之间通过扣件或焊接进行联结，并按照设计验算位置安装剪刀撑加固，增加系统稳定性，框架外侧设置安全防护网，设置防坠落网于底座下。根据墩身断面尺寸和混凝土运输初定墩身节段浇筑高度为3m，为充分利用钢筋、减少浪费，进场主筋长度通常为12m，因此1根钢筋刚好可裁断为2截长度为6m的钢筋，以用于墩身钢筋连接。爬架共6排，1～2层每层铺木板，3～6层框架顶面上均铺装异形防滑网，每层框架之间设人梯作为上下墩柱操作平台，整体结构总高度为（6×2.25）m+1.2m=14.7m。爬架沿水平横桥向方向单侧均布置两排间距为1520mm的菱形防滑钢网。框架环墩平面空间连通，以便于作业工人操作。脚手架安装时，提前预留800mm到墩身的间隙以便于安装模板。

（3）支承系统。爬架的支承系统由长1m、直径80mm的6根钢棒组成，爬架支承系统示意图如图3所示。墩身预留孔直径不小于Φ85mm，钢棒插在墩身预埋孔内并设限位装置于两端以与墩身锁定。墩身节段浇筑时均需在模板顶60mm以下设置预留孔，预留孔设置为2层，上层和下层预留孔的中心垂直距离为360mm，设横桥向预留孔于下层，在上层设桥梁走向方向预留孔。

图3 爬架支承系统示意图

3.2 整体式爬架现场施工

（1）爬架拼接、安装。爬架施工俯视图及立面图分别如图4、图5所示。首节墩身混凝土浇筑采用传统模板进行，强度达到后可着手安装爬架。但整体式爬架体量较大，吊装或整体转运不易，因此可在承台上直接组合拼装。首先，在承台上安装一个操作台并用钢板加垫块进行调平，然后利用操作台拼装爬架底座，采用法兰连接或焊接固定底座。在桥梁走向方向底座型钢上两侧安装脚手框架的主要支撑横梁，材料采用2×I22mm钢梁，横桥向底座同样在每侧各安装2×I22mm的钢梁。采用焊接方式对钢梁支承处进行处理，再逐层拼装钢管脚手架系统。拼装钢管脚手架的工艺流程为立杆、纵横杆、水平小横杆、外侧钢管加固。采用十字扣作为立、纵水平杆钢管的连接件，连接时要采用测力扳手拧紧，扣件的抗滑力不小于8.5kN。

图4 爬架施工俯视图（单位：cm）

图5 爬架施工立面图（单位：m）

（2）爬架提升。第二节墩身混凝土浇筑完毕后，开始第一次爬架提升。均匀设置8～10个吊点于底座型钢上，采用8～10个5000kg的手拉葫芦提升爬架，手拉葫芦下方钢丝绳连接在爬架的底座吊点上，用千斤绳将上方挂钩挂在基模的竖向龙骨上。为避免出现爬架在提速不一致出现的倾斜、偏移等突发情况，采用4个1500kg的手拉葫芦在爬架上端用于平衡调节，确保爬架提升平稳，并在底座的受力钢梁顶面上安装6个防偏导向滑轮。在快到达支承钢棒位置时应放缓爬架的上升速度，当爬架上升就位后，将爬架稳定，并将支承钢棒放置固定，缓缓将爬架落下，确保放置平稳，避免爬架与钢棒相撞而变形，最后在模板和爬架的水平层之间设水平横杆，将爬架临时约束固定。

（3）拆除爬架。空心薄壁墩施工完成后，可采用塔式起重机拆除爬架，应先拆除墩身模板，然后从上到下逐层对脚手架系统进行拆除（严禁上下层同步交叉拆除作业），最后用吊装设备将爬架底座整体吊出墩身。

3.3 空心薄壁墩施工

（1）模板制作与安装。外模采用5mm厚的A3钢板制作，采用型钢作为加劲肋提升模板刚度。模板竖向分为3节，每节1.5m，总长度为4.5m。模板的横向长度分别为6m、2.6m。通常情况下，墩身混凝土浇筑按3m一个施工节段控制，因此模板每次只需翻转3m，上一个墩身节段的1.5m高顶模可固定不拆除，直接作为下一个墩身节段的基模。墩身空心部分内模一般可根据模板质量、可使用次数选用木模或钢模板，内模的总高度控制为4.7m。浇注混凝土时，内模由于自重而下滑走位，为避免出现这种情况，可采用Ф18mm圆钢钩头螺栓将内模与外模对穿拉紧固定。如果采用木模板作为内横隔板的底板，当施工至距内模底面标高0.15m处时必须安装预埋件，可在桥梁走向方向预埋5根10#角钢用于支撑内横隔板的施工。实心墩顶段可采用类似的方式。该桥空心薄壁墩水平投影面为矩形，四个角为R10圆角，模板制作时应考虑墩身边角的贴合。模板固定可采用对拉钢筋串联起空心内模箱室模板与墩身外模架，对拉钢筋边长6m的每排布置5根，间距为5cm×100cm，排间距为75cm。短边为2.6m的模板每排布置2根，排距为75cm。混凝土的保护层垫块采用高强砂浆垫块。

（2）钢筋制作与安装。传统主筋连接主要采用焊接，桩基、立柱主筋主要采用主筋编号、墩粗直螺纹钢筋套筒接头连接。在进行第一节空心箱室下半节施工时，按照钢筋制作与安装→安装模板→混凝土浇筑的顺序施工。在承台顶面上对支架底框、空心墩根部实体部分、承台和箱室的下半节预埋件进行就地拼接安装，使之成为一个整体。在首段施工完成装好支架后，可继续安装空心薄壁墩墩身第一节箱室上半段的钢筋，当箱室隔墙和墩身四周的钢筋安装至箱室顶部后，再安装该段的外侧和内侧模板，浇注混凝土，后面依照此循环由下往上施工。

（3）混凝土浇筑。根据墩柱首件试验结果，混凝土的配合比最佳坍落度应控制在75～115mm。混凝土浇筑采用泵车泵送混凝土（吊车配合）浇筑辅以人工振捣密实方式施工。混凝土浇筑时，接串筒下料，串筒离混凝土浇筑面高度小于2m，按照顺序、试验厚度和方向分层浇筑，分层浇筑厚度为30cm，采用插入式振捣棒进行振捣。振捣棒振捣上层混凝土时应插入下层混凝土5～10cm，按照快插慢拔的原则，尽量避免碰撞到钢筋、模板及其他预埋件，混凝土运输和浇筑应连续，尽量当次连续浇筑至分节顶面。侧模可安装附着式振捣器进行振捣，如果采用振捣棒则应与侧模间隔一定距离，不应过振或漏振，振捣某部位时该部位的混凝土不再下沉、不再冒气泡、表面平整泛浆时，可拔出振动器。在混凝土浇筑完成后，可采用混凝土抹光机进行精平和提浆，混凝土表面初凝后覆盖复合土工布或采用一布一膜洒水养生。混凝土养护用水与拌和用水来源应一致，并不得含有氯离子等有害物质。混凝土洒水湿养时间不得少于7d。

（4）施工测量与控制。①薄壁空心墩中心定位测量。该桥位地形复杂多变，首先使用全站仪在桥位附近或桥位内布设平面控制网，并定期进行复测。在每节模板安装时，定期检查墩身中心和边角的位置，如果发生偏差应立即纠正。每一节整体式提升支架应按测定的位置固定牢固，墩身钢筋也应按照测量位置安装。②空心薄壁墩高程测量。薄壁墩高程测量采用三角网点方式，根据勘察设计单位提供的水准基准点，结合现场实际地形布设高程网，并定期进行复测。每个墩的承台施工完成后，依照相关测量规范的要求，布设临时水准点于承台面以便随时观测墩身沉降，后期可根据情况进行调整。尤其要对薄壁墩顶部的高程进行严格控制，要求将其偏差控制在相关规范规定的标准+10mm。