圆端形薄壁空心墩无支架翻模法施工技术[权威资料]

圆端形薄壁空心墩无支架翻模法施工技术 本文档格式为 WORD,感谢你的阅读。 【摘要】本文以南疆铁路吐鲁番至库尔勒增建二线铁路工程 DK74+813 托克逊特大桥为例，介绍在恶劣气候条件下圆端形薄壁空心墩无支架翻模法施工技术及质量控制措施，为类似空心墩施工提供参考 【关键词】圆端形薄壁空心墩无支架翻模法施工技术 TU74 A 在南疆铁路改扩建工程建设中，由于地形变化较大，高桥墩占了很大比例。薄壁空心墩能够以较少的材料获得较大的截面抵抗矩，既充分发挥了材料的力学性能，又较经济的满足了刚度要求，且结构整体性好，能够满足较高的抗震设防要求。在南疆铁路全线桥梁中，墩高超过 30m 均设计为薄壁空心墩。 薄壁空心墩的施工相比实心桥墩具有支架工程量大，模板周转慢，每次浇筑混凝土高度小的特点。本文介绍了一种不搭设外部支架，而是在外模上设置固定托架形成工作平台的翻模施工工艺，节省材料，施工进度快，在工程实践中得到了较好的应用。 1 工程概况 南疆铁路吐鲁番至库尔勒增建二线铁路工程为设计时速 160km 的国家 I 级客货共线 铁路， DK74+813 托克逊双线特大桥为 59 孔 32m 跨后张法预应力简支梁桥，全桥长度1.951km。该桥 24# 54#墩身为薄壁空心墩，墩身截面为圆端形，设计墩高最低 32.9m，最高 52.1m。墩身底部为 2.5 米的实体段，墩帽为 3.6 米的实体，中间部分为空心，墩身外壁坡度 45:1，内壁坡度 65:1。薄壁墩壁厚最小处 51.3 厘米，最大处 91.3 厘米。空心墩内部自托盘以下 5 米处沿墩壁设置一圈 60 厘米宽， 30 厘米厚的钢筋混凝土环形检查平台，供人员检查墩身情况用。之后每 10 米高度设置一圈，每个墩共 4层检查平台，平台 与平台之间由爬梯相连。（见图 1-1：墩身大样图） 工程地点位于南疆托克逊县戈壁滩百里风区，自然环境恶劣，全年 8 级以上大风天气在 60 天以上，且一年四季均有，极限风力达到 14 级，严重影响工程进度和施工安全。恶劣的气候条件对本工程的质量控制和安全施工都提出了较高的要求。 图 1-1 墩身大样图 2 施工工艺选择 2.1 模板系统 薄壁空心墩身多采用滑模、爬模和翻模施工。墩身施工的垂直提升设备主要有缆索吊机、塔吊、井架等。滑模和爬模施工较适用于截面形状不变的薄壁空心墩，且需要设置液压顶升系统和爬升导轨、附墙预埋件等，工艺相对复杂。由于墩身截面尺寸与墩高关系固定，且考虑到空心墩身数量多、工期紧的因素，采用翻模法施工具有模板投入较少、工艺简单、模板易于在各墩之间倒用形成流水作业的优点。 综合分析后采用定型钢模板结合墩身的内部检查平台位置确定结构分段位置的施工方法，外模整体分为 10 块，圆周部分 4 块，直线部分 6 块，直线段模板总长为 4.4m，横向组成分为 3 块 (1.7+1+1.7)米。每块外模高 1.5 米，再根据各墩高度不同在墩身最下部配以 0.5 米或 1 米高的非标准节模板。内模使用标准 6015 和 3015 模板拼装，其中 6015 模板用在内模直线段， 3015 模板用在内模圆弧段，圆弧段拼装的锥形缺口用木板加工后予以填塞。 该模板系统的优点是 大模板混凝土施工接缝少，每个圆弧段仅用两块大模板拼接，模板整体性好，易加固。 内模采用定型小块模板，重量轻，使用人力即可进行模板的拆装作业，无需安置墩内起重设备。缺点是小模板整体性差，加固工作量大，易发生涨模、跑模事故；同时模板拼缝多，易漏浆，影响混凝土表面质量。 2.2 支架系统 在南疆铁路改扩建工程中，部分工点采用内外满堂支架 法进行薄壁空心墩施工，人行步梯搭设在外满堂架中。该方法的优点是可以对整个墩身进行全封闭防护，工人作业环境好，在进行墩身缺陷修补和混凝土养护作业时较为方便和安全；缺点是支架搭设材料用量大，搭拆作业费工费时，同时高支架的稳定性和安全系数要求高，必须确保万无一失。由于本工程地处南疆风区，瞬时风力曾达到 14 级，外支架易失稳破坏，通过计算确定支架稳定性难以满足抗风要求，需要用竹篾板在支架迎风面设置楔形防风罩，是十分不经济的。 本工程所采用的无支架法有两层含义：其一是墩身施工不搭设外架，墩身上无需预埋固定顶升 模板的预埋件；其二是在每层外模上采用角钢支架设置成托架形成固定工作平台，供人员作业和堆放临时材料。该方案在施工过程中需要注意几个问题： 墩身内部满堂脚手架仍需设置，用于人员上下通行和内模加固，同时为保证支架稳定性，每隔一定高度，支架应与墩身牢固连接。 外模托架应采用焊接或螺栓连接与模板形成牢固整体，并计算最大负荷，确保施工过程中的荷载不超过安全范围。 托架的平台和护栏应按照相应安全规范设置防护措施，确保安全施工。 2.3 起重系统 综合考虑模板重量以及工期要求，在墩身施工中实际采用 QTZ40 型塔吊作为物料提升的工具，同时为保证在强风地区塔吊的使用安全，除按照塔吊安装要求在墩身规定高度埋设附墙架外，每个塔吊额外在迎风面增加两道与地面成 45度夹角的钢丝绳地锚。塔吊悬臂长度为 42 米，每三个墩在中墩处安装一台，负责此三个墩身的起重作业。同时另外配备两台 50t 汽车起重机，用于机动作业。 2.4 混凝土输送系统 由于混凝土泵车的最大输送高度无法满足施工需求，因此采用 HBT60S 型混凝土拖式地泵作为输送设备，泵管沿墩身内部脚手架布置，随工作面升高一同接长。每个墩身安装一套泵管，通过墩 身底部进人洞伸出与地泵相连，便于泵车移位同时避免了每次浇筑混凝土拆卸泵管。 3 主要施工方案 3.1 工序流程 无支架翻模法圆端形薄壁空心墩施工流程见图 3-1： 图 3-1 圆端形薄壁空心墩翻模施工工艺流程图 3.2 确定翻模施工流水节奏 首先将满足计划工期要求作为首要限制条件，根据同类工程施工经验确定墩身每一节段循环时间，再将模板、支架等材料拟投入数量与计划同时开工工点数量进行综合分析，确定最优的成本 -工期关系。后续施工展开后，即时收集流水施工的各项 参数与计划进行对比，分析进度滞后或超前的原因，调整设备、人力等资源投入，确保工期目标的实现。 圆端形变截面墩身的外模尺寸与墩身高度是一一对应的关系，即外模除直线部分各墩身可以通用外，圆端部分只能用在各墩身固定高度上（高度从墩顶反算），因此通过确定每次浇筑混凝土高度来确定每工作面模板数量，从而得出模板总量与工作面数量关系，进而确定总工期。 空心墩每次浇筑混凝土高度主要受两个因素制约：一是方便施工，尽量缩短每节段循环时间，一次浇筑混凝土高度过高，钢筋绑扎、模板安拆等工序的工效降低严重；二是计 算混凝土对模板的侧压力能否满足模板强度和稳定性要求。由于本工艺的内模为小块钢模拼接而成，接缝多，整体性差，不易加固，混凝土压力过大将增加涨模的风险。 通过计算以及参考同类工程施工经验，本工程确定混凝土每次浇筑高度为 4.5m，即三节外模高度 。当墩身浇筑至内部检查平台位置时，调整该次混凝土浇筑高度与平台位置平齐。 3.3 模板加工和安装 外模面板为 6mm 厚钢板，背面加劲肋采用 10mm 厚的钢板：竖肋间距为 40cm，横肋间距为 35cm。模板螺丝孔横向间距为 10cm，竖向间距为 12.5cm，孔口为 1426mm 的长孔。 因混凝土每次浇筑高度按 4.5m 考虑，上次的顶模（ 1.5m 高）作为下次模板安装的基模，每次需翻转 31.5m共 3 层模板。外模板依靠塔吊和汽车吊进行拆除、翻转和提升。模板在拼装前必须进行清洁，并涂抹脱模剂保证混凝土表面质量。模板拼装的时候，由于施工人员站立在下层的支架脚手板上，必须待下层模板全部螺栓连接完成，彻底固定后再吊装上层模板，以保证模板的整体稳定。内模采用人力提升，安装人员根据空心墩不同高度的截面大小调整内模位置，确保墩身壁厚符合设计要求。内外模板用 12 的 拉杆进行连接，拉杆数量每平米不少于 4 根，拉杆外套 pvc 管，拆模时抽出拉杆可重复使用。模板加固完成后，使用全站仪测量立模截面上口的标高和平面位置，确保误差满足规范要求。 3.4 外模托架制作和安装 所有外模进场后，包括圆弧段和直线段钢模板，都首先要在地面上焊接安装三角形支架形成托架系统。支架采用70708mm 角钢焊接在模板背面，横向间距 50cm。在支架顶面铺设 4cm 厚度杨木板形成工作平台。考虑到施工地点常年大风的特殊情况，木板用 2mm 厚铁条压平并与支架焊接，每 2m 一道，保证平台的抗 风能力。平台侧面每隔 50cm 焊接 1根 1.2m 高的壁厚 3mm 架子管作为护拦立柱，立柱上安装两道横杆，保护施工人员的安全。整个工作平台底部和护栏侧面悬挂密目安全网防止高空坠落，坠物打击。（见图 3-2：模板托架） 图 3-2：模板托架 模板翻升时，外托架与模板形成一个整体共同移动，只需要将各块模板之间连接的安全网临时拆除，待模板翻升到位后再予以连接即可。 3.5 钢筋制作安装 本桥薄壁空心墩每截面共有 720 根 16 竖向主筋，内外壁各 360 根。为配合模板工程，主筋每次接长 4.5m，采用双面搭接焊。保护层为 5 厘米。钢筋的绑扎及焊接严格按照相关规范进行。需要注意的是，在进行墩身外侧的钢筋绑扎时，由于没有外脚手架，外模亦尚未安装，操作人员需要在内支架悬挑出来的悬空平台上作业，必须特别注意安全防护。 3.6 混凝土施工 根据施工工艺的要求，泵送混凝土要具有较好的流动性和和易性；在配合比设计时，采用较高的砂率（砂率为41%）和缓凝高效减水剂，掺入粉煤灰（用量为 7.5%），塌落度设计为 18 22cm。由于南疆地区夏季气温较高，要求混凝土的初凝时间 8 小时以上。 在砼 浇筑完成后，待砼终凝后再覆盖、洒水养生。砼养护用水与砼拌和用水相同。砼养护洒水时间一般为 7 天。但是要根据气温、温度、水泥品种和掺入外加剂等情况酌情延长或缩短时间。 3.7 墩顶实心段施工 空心墩墩顶实体段高 1.5 米，为悬空现浇板式结构，要求底模支撑必须牢固可靠，能够承受现浇混凝土施工过程中的荷载。施工工序如下： 在最上层检查平台上搭设 9 根 2020cm 截面的方木。 在每根方木上铺设一根 14 号的槽钢，槽钢长度与方木相同，并用铁丝与方木牢固捆扎在一起。铺设槽钢的目的是分 散支架立柱的点荷载为线荷载，增强方木的抗剪能力。 在槽钢上搭设脚手架至墩顶实体段底部，脚手架顺桥向 11 列，横桥向 5 行，从下至上共 5 层，步距为 75 厘米，层距为 65cm，每一行均需设置剪刀撑。 在脚手架顶部设顶托，顶托上铺设 1010cm 方木，在方木上铺设 1.5cm 厚竹夹板做为底模。 绑扎实体段钢筋网片，浇注混凝土。为减轻支架荷载，实体段混凝土分两次浇筑。经过计算，第一次浇注高度为 80 厘米，第二次与托盘混凝土同时浇注。 支架搭设平面和断面方式见图 3-3：实心段支架 平面图和图 3-4：实心段支架纵断面图。 图 3-3 实心段支架平面图 图 3-4 实心段支架纵断面图 3.8 一些特殊的防风措施 由于工程所在地特殊的气候条件，如何最大程度降低频繁大风对施工的影响，确保施工安全是首要考虑因素。现场采取的各类防风措施在近一年半的施工过程中较好的发挥了作用，经受住了多次 10 级以上大风的考验。 在外模上安装揽风绳，沿墩周围均布 6 根。揽风绳用直径 12mm 钢丝绳制作，与地面的夹角不大于 60 度。 增加塔吊附墙架的数量，按照每 10m 一道布置，比设计数量增加一倍。同时每座塔吊在迎风面设置两根成 90 度夹角的揽风绳。 风力超过 6 级时，不得进行起重作业。 加强安全教育，落实高空作业各项安全措施；同时收集天气预报信息，刮风前做好各种防风准备工作。 4 施工中应注意的问题和处理方法 4.1 墩身施工的线形控制 薄壁空心墩的模板位置易受风力、机械振动、施工偏载的影响，往往在测量合格后，混凝土浇筑过程中发生位移。而且在翻模爬升过程中会产生累计误差，由于模板刚度大而难以调整。 首先在支模过程 中利用垂球对薄壁墩四个角的基准点进行测量，保证模板安装精度。当误差难以满足要求时，可通过在上下模板接缝处增加钢垫片来调整模板垂直度。其次在模板安装加固完成后，在模板上口横桥向设置一道、顺桥向设置两道通长拉杆，拉杆用 25 的精轧螺纹钢制作，并安装配套螺帽。用全站仪对模板上口四角控制点进行复测，通过调整拉杆螺帽来微调模板截面形状，使其满足测量要求。第三混凝土应分层浇筑，泵管应沿墩身四周均匀布料，并沿同一方向顺序浇筑，每层厚度为 30cm，避免混凝土面高差过大对模板产生偏压。 4.2 混凝土配合比控制 泵送混凝土对混凝土的坍落度、和易性、砂石料粒径等有严格的要求，即要求混凝土有良好的可泵性。由于本工程所在地风沙大，砂石料厂设备简陋，砂石料易受污染，产生砂子级配不合格，石子粒径、含泥量超标等问题。 通过在拌合站设置筛沙机、洗石机，对进场原材料进行二次处理的方式，较好的解决了不合格砂石料问题，保证了泵送混凝土质量。 4.3 内模加固问题 空心墩内模使用 3015 和 6015 标准模板拼装，使用 U型卡和钢管顶托加固，内模板钢板厚为 3mm，同时单块模板面积也大大小于外模板，因此拼装 完成的内模板刚度和整体性差，在混凝土浇筑过程中曾发生内模涨模的事故。 分析事故主要原因，一是模板加固不到位，个别卡扣未连接；二是涨模发生在入冬以后，气温降低，混凝土凝固时间变长。为杜绝此类事故的再次发生，采取了以下措施：一是在内模上增加 14#槽钢制作的通长背肋，高度每米一道，有效加强了内模的整体刚度；二是进入冬季施工以后，采取各种保温升温措施，缩短入模混凝土凝固时间。 4.4 混凝土的养护 本工程地点位于南疆戈壁荒滩，全年基本无降水，地表蒸发量大。夏季气温可达 44 摄氏度，地表和 模板温度可超过 50 度，这样的环境状况对混凝土的养护提出了较高的要求。针对墩身高，水源远的特点，每三个墩修筑了一个 8 立方蓄水池，使用扬程 100m 的高压水泵对墩身进行喷水养护。 在高温季节施工过程中，混凝土浇筑前首先对混凝土结合面和整个模板表面洒水降温，并将混凝土浇筑作业尽量安排在一天中气温较低的傍晚或夜间进行。混凝土初凝后在表面覆盖棉被，注水保持湿润。混凝土拆模后，由于在风区无法对墩身侧面进行包裹，人工手持高压水枪在模板外托架上可对整个混凝土面进行喷水养护， 24 小时不间断，养护时间 7 天以上。 5 结语 通过无支架翻模法在托克逊特大桥薄壁空心墩施工中的应用，简化了施工工序、便于操作，施工质量和进度能够