桥梁薄壁空心墩无支架翻模施工技术应用探讨

靳文源

(太原国省道汾河水库段建设管理有限公司,山西 太原 030006)

0 引 言

随着我国高速公路桥梁建设规模的扩大,建设领域也逐渐向山区延伸,而山区地势陡峭,场地狭窄,桥梁建设中大多采用薄壁空心墩结构,这种桥墩墩身高度大,施工简便且结构经济实用。而常用的支架施工在山区高墩桥梁建设中应用难度大,大量脚手架搭设既费时费力,又不利于施工安全控制,工序复杂,在此背景下,无支架施工技术便应运而生。无支架施工技术在薄壁空心墩中的应用可大大缩短施工周期,降低劳动消耗,节省材料用量,中线易于控制,且不产生明显的混凝土接缝。

1 工程概况

某高速公路大桥分成跨线部分和跨河部分,共包括38个薄壁空心墩,其中断面尺寸6 m×3 m的空心墩和断面尺寸6 m×2.5 m的空心墩分别有20个和18个,最高墩高和最低墩高分别为47.5 m和26.1 m。该桥梁薄壁空心墩抗压、柔性抗弯性能优良;设计新颖,同等截面墩身自重比重力式桥墩小,能最大限度减小墩身对基础和基地压应力的要求;桥墩跨度及墩高大,可适用于复杂山区地形环境,还能降低混凝土圬工量,节省投资[1]。

2 施工方案设计

2.1 施工方案选择

结合类似工程施工经验,混凝土现浇施工中模板工程费、模板装拆用工量占比较大,模板选用及设计对简化施工环节、降低材料耗用、提升工效意义重大。为此,该桥梁工程在翻模施工工艺的基础上,进行了内外模板改型设计,并进行无支架翻模高墩施工。

无支架翻模施工技术主要借助已经浇筑好的桥墩为承载主体,通过模板搭建施工平台,并随着桥墩的持续向上施工,不断向上升高工作平台和模板。一般情况下,翻模由两节组合模板、支架、工作平台、塔式起重机、手动葫芦等材料机具组成。施工开始后首节模板支立在墩身基顶,次节模板支立在首节模板上,并待首节模板和此节模板强度分别达到10 MPa和3 MPa时将首节模板拆除,荷载顺势传递至硬化的墩身混凝土结构上。将首节模板调整打磨后借助外固定架及塔式起重机、手动葫芦进行第三层模板翻升,如此循环向上,顺次不间断地完成拆模、翻升、组拼、工作平台搭设、绑扎焊接钢筋、泵送管接长、混凝土灌注及养生、测量定位等施工环节,直至达到设计标高。

2.2 结构设计

该桥梁薄壁空心墩墩高28.7 m和33.2 m,墩身内外坡比分别为60∶1和40∶1,墩顶底均为实心段设计,高度分别为2.75 m和2.0 m;检查口设置在墩顶连续梁侧。墩顶横纵向宽度分别为9.5 m和3.4 m,墩底横向宽8.6 m和8.375 m,纵向宽4.8 m和4.575 m,壁厚0.7 m和0.665 m,使用C45混凝土材料。

以钢模板为翻转模板,内外模板均由直线段和圆弧段组成;外模板采用6 mm厚的钢板,背肋和背杠分别用10#热轧槽钢和20#槽钢;内模板采用5 mm厚钢板,内模竖肋和背带分别采用10#和14#槽钢。内外模对拉支架均使用25 mm精轧螺纹钢,并通过双螺母形式稳固处理。墩身正面单块内外模板设计宽度分别为3.776 m和3.8 m,结合墩身高度要求,依次设置0.5 m、1.0 m、1.5 m和2.0 m四种模板调节高度。而圆弧模板则根据墩身设计坡比加工,高度与正面模板高度一致。

在外模外侧将直角三角形一直角边和模板相切形成格挡,斜边则作为施工平台剪刀撑,按照2 m的间隔设置,通过角钢将成型格挡连接成施工平台,并在外侧各格挡上焊接高度为1.5 m的角钢,将相邻角钢焊接成栏杆,同时在栏杆内侧增设防护网。在模板连接处设置销钉对接接口,模板安装过程中对接栏杆以形成施工平台。

3 施工方法

3.1 模板施工

考虑到该桥梁薄壁空心墩墩身较高,在综合分析机具长度、钢筋材料、混凝土施工缝等参数的基础上,按照3 m层厚共加工两层模板。施工前从基顶中心测放出立模边线,并在边线外侧找平后挂线;待砂浆层达到硬化状态后依次立模。通过塔式起重机吊装模板,再用M18螺栓连接模板,最后安装拉杆和围带。待完成首节模板安装后通过全站仪和水准仪检查墩身位置和模板顶面标高,施工期间内外模内侧倾角会经常变化,必须经常调整控制。

在混凝土灌注前必须进行模板表面除锈和涂油处理,在模板表面均匀涂刷机油∶柴油=6∶4的混合液,涂油以表面油光且无明显油痕为准。模板投入使用后必须在每次结束混凝土浇筑时,采用磨光机清除模板表面灰浆,再通过面纱擦拭干净,用洗衣粉水彻底清洗。

模板爬升时通过手动葫芦将首节钢模板挂住,松开内外模板间的拉杆,将首节模板和操作架卸除后,通过塔式起重机吊运至桥下施工场地平稳放置,在平地上清理并涂刷脱模剂后用于下一节段首节模板的组装[2]。

待施工至墩顶后必须在墩顶继续保留两节段模板,等墩身混凝土实际强度达到10 MPa后再将保留的两节模板全部拆除。各节段模板拆除按照安全网→脚手架→连接螺栓→钢拉杆→施工平台→模板围带及模板的次序进行。

3.2 钢筋绑扎

钢筋材料进场后应分等级、型号、规格验收和堆放,并按堆设置识别标志。钢筋表面必须清洁干燥、平直,Ⅰ、Ⅱ级钢筋冷弯率分别控制在2%和1%以内;按照设计要求确定受力主筋及末端弯钩形状。正式焊接前必须根据规范及设计要求试焊,符合要求后按试验参数施焊。在内力较小处设置受力钢筋焊点,结构长度区段内1根钢筋不得出现2个焊接接头,受拉区域接头面积不得超出区域面积的50%。钢筋连接处混凝土保护层长度至少为15 mm,连接件横向净距亦不得小于15 mm[3]。

3.3 混凝土施工

(1)混凝土制备

该桥梁薄壁空心墩无支架翻模施工混凝土制备所用原材料经过质量检验后均满足《公路工程水泥混凝土试验规程》(JTG340-2020)。混凝土配合比根据质量比确定,混凝土浇筑入模时塌落度为70～90 mm,水灰比不超出0.5,水泥用量至少为300 kg/m3,外加剂按照水泥用量的0.3%掺加。通过JS500型强制搅拌机进行混凝土拌制,制备好的混合料外观颜色均一,无肉眼可见泌水和离析。卸料时在卸料流1/4～3/4处取样试验,将混合料中砂浆密度两次测试结果的相对误差控制在0.8%以内。粗集料含量两次测试结果相对误差控制在5%以内;混合料从拌和机出料开始到入模的时间控制在15 min以内[4]。

根据混凝土凝结及浇筑施工进度确定搅拌车数量及运输速度,以保证不中断浇筑施工的情况下使混合料运输过程中均匀性、塌落度等性能不发生较大变化。搅拌车运料途中应按照2～4 r/min的速度均匀搅拌。

(2)混凝土浇筑

在完成模板支立和钢筋安装后,将混凝土灌注溜槽安装于内外模板间,通过半自动料斗运送混凝土混合料,借助溜槽输送入模。按照30 cm层厚水平分层灌注混凝土,同时用插入式振捣器振捣密实,振捣器应平稳慢速移动,移动间距控制在振捣作用半径的1.5倍以内。在各层振捣时,振捣器必须插入下层5 cm左右深度,以利于层间接缝的消除。混凝土浇筑施工期间应安排钢筋工、木工等人员随时观察钢筋、模板、预埋件等移动、变形及堵塞情况,发现问题及时处理。

4 翻模施工监测

4.1 监测内容

桥梁薄壁空心墩翻模施工监测主要以模板中心和设计轴线重合为目的,通过量测仪器加强轴线偏位、墩竖直度测定,掌握墩身纵横轴线与设计值的相符程度。通过断面尺寸的量测和施工误差控制,保证模板尺寸精确、表面平整、线条流畅,整体稳定,无裂纹气泡。

为达到监控量测目的,必须将量测工作贯穿于该桥梁薄壁空心墩翻模施工全过程始终,将实测结果和设计值进行对比,若误差超出设计范围,必须立即修正。该桥梁薄壁空心墩翻模施工精度量测及误差控制要求具体如表1所示。

表1 监测项目及误差要求

4.2 监测方法及结果

由于托架提升模板翻转施工过程中墩柱断面受力复杂,结合相关规范及工程施工实际,采用三角高程法进行墩柱模板顶标高测定,并通过单测站极坐标法和钢尺法相结合,进行墩柱模板角点平面就位程度量测控制。墩柱每施工6 m,便通过双测站极坐标进行墩柱模板各点平面位置的精确测定,同时借助悬挂钢尺法进行墩柱模板顶标高测量,依据测量结果进行三角高程的校核与修正。待完成具体节段混凝土浇筑施工后,复测控制点,根据复测结果评价混凝土浇筑前后模板变形程度,为下一节段模板安装提供依据。

采用全站仪进行墩外轮廓定位,待全站仪架设好后用坐标法根据控制模板位置进行墩身平面位置控制。同时采用垂球法进行墩内定位,因该桥梁薄壁空心墩墩底实体段经常遭遇雨水淋浸,测量不便,为此在现场多次监测试验的基础上总结出四点定位垂球法,进行模板测量控制及混凝土施工偏移程度的测定。所谓四点定位垂球法就是借助全站仪、通过坐标法在施工完成的墩身薄壁混凝土面上按照前、后、左、右的次序测放出四个标准点,安装模板时,通过以上四点进行模板安装偏位程度的检验校核[5]。

模板偏移误差通过下式量化确定

式中:ΔL为模板偏移误差(%),ΔL>0意味着模板向远离监测点的方向偏移;ΔL<0意味着模板向靠近监测点的方向偏移;L为待测模板内侧表面与标准点的水平距离(cm),通常通过垂球吊线和钢尺测量;δ为标准点处薄壁空心墩实际壁厚(cm);H为待测模板与标准点的垂直距离(cm),也就是模板一次安装高度,取60 cm;n为薄壁空心墩墩身坡比,内坡比为负,外坡比为正。

该桥梁薄壁空心墩无支架翻模施工过程中各节段模板偏移误差均不超出3%,满足相关规范及设计要求,保证了该桥梁翻模施工质量。

5 结 论

综上所述,该桥梁薄壁空心墩采用无支架翻模施工技术,解决了高空作业难度大、垂直运输风险高等技术难题,工程成本节省,施工进度有保证。无支架翻模施工对各种型式桥梁空心薄壁高墩均较为适用,甚至可用于各种类型的高耸结构和框架、剪力墙等,能为施工过程提供安全稳定的作业平台,并能借助模板刚度,调整模板误差,保证墩身混凝土外观棱角分明,平整光滑,线条平顺。