薄壁空心高桥墩翻模施工技术

薄壁空心高桥墩翻模施工技术
田 鹏

摘要:本文结合工程实例，从翻模设计、施工工艺、质量控制重点及措施等方面介绍了薄壁空心高桥墩翻模施工技术。并通过效益分析，指出在类似工程中该技术可以广泛推广应用。
关键词：薄壁空心高桥墩 翻模 施工工艺 质量控制
随着设计理论、施工方法的成熟，高墩大跨桥梁被越来越多地应用于公路工程中，薄壁空心墩是目前桥梁高墩设计中广泛采用的一种形式，其结构简单经济适用，墩身可以达到150米以上。采用塔吊进行大块钢模起吊翻模施工，既能保证桥墩结构质量，大大提高施工进度，且施工中经济效益较为显著。以下结合西安至铜川高速公路改扩建工程XTK-S2合同段赵氏河桥施工情况谈谈薄壁空心高墩翻模法施工技术。
1. 工程概况
西安至铜川高速公路改扩建工程XTK-S2合同段K54+205赵氏河大桥全长806米，桥梁孔跨结构为20+（4*40）+2*（3*40）+4*（4*20）+（3*20）米，其中2#—10#墩为薄壁空心墩，墩高25～47.2m，下实心段1.5米，墩顶实心段0.5米，上端和下端分别设置4.0米及2.5米的过渡段，墩身箱型截面尺寸为3（顺桥向）×9（横桥向）m，壁厚0.6m。综合考虑设计墩高、工程质量要求、工期要求、场地条件等多方面因素，并结合同类型工程经验，采用塔吊提升大块钢模翻模法进行空心墩施工。
2. 工艺原理
以凝固的混凝土墩体为支承主体,通过附着于已完成的混凝土墩身上的模板支撑上层施工模板及平台, 从而完成钢筋成型、模板就位和校正、混凝土浇筑等工作。
3.施工方法
墩身采用三节等高模板分段循环施工，除基础顶第一次施工高度为三节模板组合高度外，上面各段施工高度为两节模板高度。灌筑完一施工段混凝土后，最上一节模板不拆除，将下两层模板拆除后上翻安装在上节模板上面，如此循环往复，完成桥墩施工。模板安装、拆除及钢筋等物品的垂直运输均由塔吊完成，混凝土浇注采用混凝土输送垂直泵送入模。
3.1施工工艺流程
工艺流程图参见图3.1-1。

图3.1-1 墩身翻模施工工艺流程图
3.2操作要点
墩身施工前，需将基础顶面浮浆凿除，并冲洗干净，整修预埋钢筋。在基础顶面测定桥墩中线、标高，弹出模板线。
3.2.1塔吊和电梯安装
综合考虑桥梁跨度（确定幅度）和模板重量（确定最远端吊重）后选择使用QTZ5015型塔吊， 1台塔吊负责相邻3个桥墩的施工，设置于中间墩旁，塔吊覆盖范围内远端的两个桥墩侧设置施工电梯，施工人员分别通过塔吊钢梯和电梯上下桥墩。塔吊和电梯随墩身升高而升高，塔吊每隔15米通过钢附着与墩身固结，电梯每隔6米与墩身固结。
3.2.2模板设计制作
每套模板由3节等高模板组成, 每节模板高2.25米，每节模板由内外模板、对拉螺栓、工作平台等组成。内外模均由四大块模板和四片转角模板共八片组成，面板采用厚度为5mm厚A3钢板制作,平整度小于2mm，面板外侧边框采用∠10角钢，角钢上设置螺栓孔，相邻模板及上下层模板用螺栓进行法兰式连接。模板外设置竖横向加劲肋，竖向肋采用∠10角钢,水平间距为30cm，横向肋采用8mm厚的钢板，宽为10cm，上下间距为30cm。在模板加劲肋外侧水平方向设置背楞，2块[14槽钢组成一道，上下间距为80cm，背楞直接焊在竖肋上。内外模之间采用M18对拉螺杆连接,对拉螺杆位置设置在背楞上，水平间距为1m，上下间距为80cm, 对拉螺杆用PVC管包裹,以便于重复利用。工作平台由三角形桁架、护栏及安全网组成，角钢加工的三角形桁架与模板竖肋焊接牢固,按1m间距布置,三角桁架间用钢筋焊接连成整体，其上铺设5cm厚木板形成工作平台，木板与桁架水平杆用铁丝连接固定以策安全。三角形桁架上水平杆长度为70cm，以保证有足够工作空间。工作平台外采用Φ20螺纹钢设置护栏，高度100cm，在护拦的周围悬挂安全网，确保作业安全。
3.2.3钢筋制作及安装
在承台混凝土施工时,预埋墩身钢筋,竖向主筋预埋高度高出第一次混凝土浇筑段0.5—1.5米，钢筋接头错开。其他施工段落主筋下料长度根据模板高度和混凝土浇筑高度确定为4.5米，下料时切口的断面与钢筋轴线应垂直，墩身钢筋安装时时先接长竖向主钢筋，然后绑扎水平环筋。主筋的接长采用等强度直螺纹接头工艺施工，钢筋加工厂内利用套丝机在钢筋端部加工直螺纹，然后用连接套筒将两根钢筋对接。钢筋套丝长度以对接后钢筋接头紧密无缝隙并在套筒外露一丝为标准，接头拼接时，用管钳扳手拧紧。
3.2.4模板支立和校正
下层混凝土面凿毛清理后,下一施工段钢筋绑扎完成，即可拆除底层模板上翻安装.在嵌固段工作平台进行内外模板拼装前除锈、清洁及涂抹脱模剂。模板安装由内到外, 自墩壁一侧中心开始，先立内模再立外模，依此逐块组装，在每块模板的平、竖向接缝处夹双面胶带防止漏浆，当外侧模板安装完成后,所有螺杆不必拧紧,留出少量松动余地，依据下层混凝土顶面测放的纵横轴线进行模板的校核和调试，合格后才可拧紧全部螺杆。模板的校正主要采用手拉葫芦。
3.2.5混凝土浇筑
混凝土在搅拌站集中拌和，罐车运输至现场，采用混凝土输送泵垂直输送入模。混凝土输送管依附于塔吊身安装，塔吊远端的两个墩子，在墩身每隔6米高度拉杆孔位置设置支架固定泵管。灌注时四面各设一个混凝土漏斗，以利于混凝土布料均匀，漏斗下挂串筒，以确保混凝土不因落差产生离析。浇筑时从墩身一边开始下料，顺（或逆）时针依次进行，每层砼在最初下料处合龙。
3.2.6 模板拆除
混凝土拆模时间根据拆模试件的强度确定，不承重的侧模拆模时的砼的强度不低于2.5Mpa。拆除下层模板时先抽取模板对拉筋,并拆除同层相邻模板块间的螺栓连接，然后在上层固定模板上用2个5t手拉葫芦挂钢丝绳拉紧下层，同时塔吊吊钩钢丝绳也挂在待拆除模板顶部吊环上(这时应把握模板顶部的塔吊吊环与手拉葫芦挂钩松紧程度相适宜),然后拆除单块模板上的所有连接螺杆后,将模板吊起取出移位。
3.2.7混凝土养护
由于墩高且无支架，常规养护方法不适用，故采用半自动喷淋系统进行养护。喷淋养护示意如图3.2.7。每浇注一次混凝土，利用集水池内扬程60m的潜水泵将水送至空心墩施工面橡胶管上，橡胶管沿混凝土顶面盘一圈，橡胶管间距5cm设置喷淋眼，采用土工布将橡胶管覆盖，从而保证顶面混凝土湿润。另外从顶部橡胶管用Φ20塑料管将水引入环墩身一周的Φ15镀锌钢管，Φ15镀锌钢管每隔1米用铁丝挂钩挂在下层模板下法兰孔内，钢管靠近混凝土面一侧间距5cm设置3mm喷淋眼，从而达到对下部墩身的喷淋养护。养护水顺墩身流下后通过截水槽引入集水池循环利用。拆除外模时，将镀锌钢管下降2m，提升外模完毕后，再将喷淋导管挂于上一层外模下口法蓝孔内，依次形成喷淋导管随着模板往上循环，连续喷淋养护的工况。

图3.2.7 喷淋养护示意图
4.质量控制重点及采取措施
4.1施工测量控制
1、施工测量是翻模施工法中的关键环节，因为“十字轴线法”在高墩柱的稳定性差，且墩身混凝土要经过多次分段浇注才能完成，所以施工测量的精度要求更高。
2、控制措施
1）第一次立墩身模板前，采用极坐标法(与导线点联测)准确测放出桥墩4个角点和纵横轴线平面位置，定出模板边线，同时精确测量承台顶立模抹带标高，确保模板根部处于同一平面。
2）加大测量复核频率，即立模之前放样、浇注过程中测量控制、浇注完后的复测；并将复核结果及时通知现场施工员，以做出相应的调整，使其符合允许偏差值。
3）每施工两个循环，采用全站仪在已施工完的薄壁墩身混凝土顶面上放出4个轴线点和4个角点，在模板安装过程中，随时用此8点校核模板的安装偏移情况。
5、效益分析
5.1该翻模施工与传统落地支架法相比省去了墩子周边搭设的支架；与滑模施工相比较，省去了滑模施工液压系统和需要在墩身中预埋的数量可观的普通钢管，与爬模施工相比较，省去了墩身预埋件和爬升设备，另外该翻模施工所需工人数量也远远少于传统方法和滑模、爬模施工人数。钢筋连接使用等强度套筒连接，节省了钢筋焊接中的搭接接头和焊条，还节省了时间。可见该翻模施工经济效益非常明显。
5.2钢材、模板等材料通过塔吊实现垂直运输而降低了劳动强度，提高了劳动效率。一个塔吊负责三个桥墩的施工，正常情况下，每天施工一模（即单墩每三天一模），每个桥墩模板、钢筋、混凝土工序流水作业，三个桥墩模板、钢筋、混凝土工序穿插进行互不影响，施工组织流畅，大大提高了施工工效，加快了施工进度。使用大块模板减少了施工缝，使用喷淋系统进行高墩养护更保证了混凝土质量。施工速度快，墩身混凝土外观质量好，获得了业主和监理工程师的一致好评，取得了较好的社会效益。
6、结语
西铜高速改扩建赵氏河大桥9个空心墩全部采用翻模法施工，施工中创造了2.5天施工一模（4.5米）的记录，墩身混凝土养护采用半自动喷淋系统，墩身混凝土表面平整光洁，棱角平顺，错台和蜂窝麻面现象极少，九个空心墩的竖直度和轴线偏位和墩顶标高均控制在规范允许范围内，得到了建设单位、设计单位和监理单位好评。
翻模法施工薄壁空心高墩具有原理简单，操作方便，施工进度快，施工成本低，经济实用，模板就位准确，混凝土接缝平顺，外观质量好的优点，值得在高墩施工中广泛推广。