空心[橋]墩

空心薄壁墩是目前高速公路橋梁墩臺(tái)構(gòu)造設(shè)計(jì)中廣泛采用的一種形式。因其墩身可達(dá)到較高高度,且結(jié)構(gòu)經(jīng)濟(jì)實(shí)用、施工簡(jiǎn)便而普遍受到歡迎。王家口特大橋的部分下部構(gòu)造就采用了這種形式。該橋是蘭州至西寧高速公路上一座重要的橋梁,已于2003年建成。特大橋總體上分兩部分:跨線部分(橫跨312國(guó)道和甘青鐵路)和跨河部分(橫跨湟水河)。其中跨河部分的1019#墩設(shè)計(jì)為空心薄壁式構(gòu)造,墩身高度從25m至38.5m不等。施工方法采用塔式吊機(jī)提升翻模施工法,鋼管塔腳手支架,組合式大塊鋼模板拼裝并用拉桿、螺栓加固,鋼筋現(xiàn)場(chǎng)焊接綁扎成骨架,并隨混凝土施工逐次焊接加長(zhǎng)(每次4.5m),混凝土集中拌和,輸送泵直接泵送入模澆筑,灑水養(yǎng)生。

1、鋼管支架

空心薄壁墩施工支架采用扣件式鋼管支架,主要作用是為施工作業(yè)提供工作平臺(tái)及安裝固定混凝土輸送泵管。鋼管支架從墩身底部即承臺(tái)頂面開(kāi)始塔設(shè),隨著墩身增高同步升高。如圖1所示:支架分外支架和內(nèi)支架兩種。外支架由里外兩排塔設(shè)成雙排支架,里排即靠墩身一排,距離墩身混凝土表面30cm,兩排之間間距50cm,用橫向短桿連接加固,立桿間距為1m,水平桿每1m一道,輔以剪刀形加固桿件,整個(gè)外支架形成框架結(jié)構(gòu),非常牢固可靠;內(nèi)支架構(gòu)造與外支架類似,根據(jù)內(nèi)部空間尺寸,適當(dāng)調(diào)整桿件間距。另外,增加一些加固短桿件,固定在墩身混凝土表面。使支架與墩身形成一個(gè)整體,增加其穩(wěn)固性和可靠性。

支架外側(cè)面懸掛安全網(wǎng),工作平臺(tái)上鋪腳手架板,方便使用。因一個(gè)墩的施工期較短,并考慮該橋墩身并非特別高的具體情況,未設(shè)施工電梯,在支架一角設(shè)有人工爬梯。內(nèi)支架在墩身完成,澆筑蓋梁之前拆除;外支架在墩身、蓋梁及墊石等施工全部完成后拆除。

2、起重設(shè)備

高墩臺(tái)施工方法中有自帶起重體系和外配起重設(shè)備兩種。我們所用翻模施工法自身不帶起重提升系統(tǒng),一切施工機(jī)具及材料的高空運(yùn)送均靠外配起重設(shè)備完成?？紤]到該橋跨徑40m,相臨兩橋墩對(duì)角線最大間距約45m,在保證安全的前提下盡量發(fā)揮吊機(jī)的功能,綜合多種因素,選配了63型塔吊作為空心墩施工的起重設(shè)備,這種塔吊有效作業(yè)半徑為50m,高度40m以內(nèi)不用扶臂,一臺(tái)塔吊同時(shí)可以完成三個(gè)墩身施工的各種起重作業(yè),大大提高了塔吊的工作效率。

塔吊的起重作業(yè)主要包括鋼管支架材料的運(yùn)送;墩身鋼筋的起吊;模板的拆卸、翻升及安裝就位;混凝土輸送泵管的安裝,以用其他各種施工器具的運(yùn)送等。

3、鋼筋

空心薄壁墩主筋為沿豎向布設(shè)的φ25mm二級(jí)鋼筋,其接頭采用電渣壓力焊對(duì)接,施工中9m定尺的φ25鋼筋一截為二,將鋼筋及加工機(jī)具用塔吊吊至工作平臺(tái)上,現(xiàn)場(chǎng)對(duì)焊施工,每次接長(zhǎng)鋼筋骨架為4.5m;φ12mm構(gòu)造鋼筋用綁扎的方式與主筋相連,構(gòu)成鋼筋網(wǎng)架,網(wǎng)架焊接及綁扎完成后在內(nèi)外兩側(cè)均綁扎與保護(hù)層厚度相同的混凝土墊塊,以固定鋼筋網(wǎng)架在模板內(nèi)的位置,保證保護(hù)層厚度符合規(guī)范要求。

4、模板構(gòu)造及翻模施工過(guò)程

a、模板構(gòu)造

墩、臺(tái)側(cè)模板的荷載主要有新澆混凝土對(duì)側(cè)面模板的壓力和傾倒混凝土?xí)r產(chǎn)生的水平荷載。泵送混凝土灌筑施工,用插入式振搗器搗固時(shí)新澆混凝土對(duì)模板的側(cè)壓力可用公式PMAX=4.6V1/4計(jì)算PMAX---表示最大側(cè)壓力,單位是KPaV---表示混凝土澆筑速度,單位是m/h根據(jù)施工具體情況,V取4m/h(施工中一般不會(huì)超過(guò)此值),代入公式計(jì)算得出PMAX=6.5054KPa。

另外泵送混凝土傾倒時(shí)的水平荷載根據(jù)施工具體情況和經(jīng)驗(yàn)取2KPa,兩項(xiàng)合計(jì)模板承受的最大側(cè)壓力P=8.51KPa。

根據(jù)上述計(jì)算,模板加工采用45mm厚普通鋼板作為面板,配相應(yīng)的加勁構(gòu)件就可滿足施工需要。但我們?cè)谀０逶O(shè)計(jì)中除考慮滿足上述壓力要求外,重點(diǎn)考慮到高空作業(yè)及安全的要求,增加模板剛度和整體強(qiáng)度,合理加大模板尺寸,減少塊數(shù),簡(jiǎn)化模板高空組裝和加固的程序及工作量,并保證模板在反復(fù)周轉(zhuǎn)使用過(guò)程中不變形、不損壞、強(qiáng)度不降低等要求。模板選用8mm厚的普通鋼板加工制作,并用角鋼加勁,保證模板不變形并有足夠的強(qiáng)度。雖然模板的重量增加了,但連同加固體系總體重量并未增加,施工中安全、可靠且高率。

模板分內(nèi)模和外模兩部分。根據(jù)墩身外形尺寸,外側(cè)面為6.8×3.0m的長(zhǎng)方形,里面空心部分是4.8×2.2m帶倒角的長(zhǎng)方形,倒角尺寸0.5×0.5m。模板設(shè)計(jì)和加工中遵循多通用、少異形;大尺寸、少品種的原則。如圖2和圖3所示:模板共有A、B、C、D、E五種型號(hào),模板高度均為1.5m。A型模板為長(zhǎng)2m的大塊平面模板,這種模板的數(shù)量也是最多的;B型模板為0.4+0.5m的外側(cè)拐角模板;C型模板為0.2+0.707+0.2m的內(nèi)側(cè)拐角模板;D型模板為長(zhǎng)0.4m的平面模板,E型模板為長(zhǎng)0.8m的平面模板。整層模板設(shè)計(jì)為大塊平面模板加彎角模板的組合方式。組裝非常簡(jiǎn)便,并有效保證了空心墩的外形尺寸。D型模板的主要作用是讓內(nèi)模板的安裝拆除更加方便。模板之間螺栓連接,加固時(shí)在模板外側(cè)安裝槽鋼橫肋,每層模板安裝兩道,并穿φ18螺栓加固。這種模板在空中作業(yè)時(shí)不但操作程序非常簡(jiǎn)便,而且安全可靠。

b、模板翻升施工過(guò)程各規(guī)格型號(hào)模板按上圖拼裝后稱為一層,第層高度為1.5m,四層模板組成墩身施工完整的一套模板,總共高度為6m。翻模施工法的模板翻升施工過(guò)程如圖4:

①開(kāi)始施工時(shí),在承臺(tái)頂面將上述四層一套的模板安裝并加固,澆筑混凝土完成第一次6m高墩身的澆筑;

②從下向上逐層拆除最下面的三層模板即第一層、第二層和第三層,將最上面第四層模板保留不拆,每拆除一層模板翻轉(zhuǎn)至最上面一層模板之上安裝并加固,再次澆筑混凝土,完成第二次4.5m高墩身的澆筑;

③重復(fù)上述過(guò)程,逐層拆除下面三層模板,翻升、安裝并加固,澆筑墩身混凝土;完成第三次4.5m高墩身混凝土的澆筑;

④多次循環(huán)上述翻升施工過(guò)程之后,接近墩身設(shè)計(jì)高度時(shí),通過(guò)測(cè)量對(duì)澆筑高度進(jìn)行調(diào)整,完成一個(gè)墩身混凝土施工過(guò)程。

翻模施工依靠自身的優(yōu)勢(shì),外部塔吊的強(qiáng)大起重能力,充足的混凝土拌合輸送能力,施工速度快、效率高,平均4~5d完成一個(gè)循環(huán),40m高的橋墩在40d左右就可以完成。

南高特大橋?qū)兕A(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)剛構(gòu)橋，1號(hào)、2號(hào)、3號(hào)主墩均為雙柱式薄壁墩，平面尺寸為6.5米(橫橋向)x3.0米(順橋向)，1號(hào)墩墩高54米，承臺(tái)以上5米為實(shí)心段，其余49米為空心段;2號(hào)墩墩高80米，承臺(tái)以上45米為實(shí)心段，其余34米為空心段，墩高40米位置用一系梁聯(lián)接;3號(hào)墩墩高56米，承臺(tái)以上5米為實(shí)心段，其余51米為空心段，?；炷凉嘧⒎搅繛?1號(hào)墩與3號(hào)墩總為6115.4m3，2號(hào)墩5337.5m3。從施工方便與安全考慮，墩柱采用無(wú)支架翻模施工。

空心薄壁墩等較高的墩臺(tái)的施工方法多種多樣,有滑模施工法、爬模施工法、翻模施工法等等,這些方法各有優(yōu)缺點(diǎn),對(duì)其研究和認(rèn)識(shí)是非常必要的。

1:外模設(shè)計(jì)與與制作

為保證墩身混凝土的外觀質(zhì)量，加快施工進(jìn)度，外模設(shè)計(jì)為翻模，面板采用厚5mm的鋼板，加勁骨架采用[12槽鋼與∠70 x50 x6的角鋼焊接而成。施工平臺(tái)采用[10槽鋼與∠50 x50 x6的角鋼焊接而成，與模板成為一個(gè)整體。模板單節(jié)高度為5米，由6塊整體式大塊模板組拼而成。其中順橋向側(cè)模尺寸為2934(寬)x5000(高)mm，橫橋向側(cè)模由兩塊組成，尺寸均為3255(寬)x5000(高)mm。同套模板這間全部采用企口縫加高強(qiáng)螺栓連接。模板之間通過(guò)對(duì)拉拉桿進(jìn)行加固，拉桿密度則根據(jù)每次混凝土澆注高度經(jīng)計(jì)算確定。

2:內(nèi)模設(shè)計(jì)與制作

因?yàn)閷?duì)內(nèi)模外觀質(zhì)量要求不高，為保證結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)尺寸，采用建筑行業(yè)通用的2.0m x1.5m組合鋼模現(xiàn)場(chǎng)接合而成。內(nèi)模每個(gè)墩柱制作2套，節(jié)高5米，不設(shè)接口模。

3:安裝質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)

1)在墩身施工前對(duì)施工人員進(jìn)行技術(shù)交底，使施工人員熟悉和掌握鋼模板的施工與操作技術(shù)。

2)鋼模板的布置與施工操作程序均應(yīng)按照模板的施工設(shè)計(jì)及技術(shù)措施的規(guī)定進(jìn)行。

3)在澆注空心段時(shí)，組合鋼模應(yīng)盡量避免開(kāi)孔，如必須開(kāi)孔時(shí)，應(yīng)用機(jī)具鉆孔，不得使用電氣焊熔燒開(kāi)孔。

4)拆模后應(yīng)及時(shí)對(duì)模板進(jìn)行檢修。

5)模板安裝前應(yīng)涂脫模劑，并涂刷均勻，稠度適中。

6)模板安裝好后，對(duì)其軸線位置、水平標(biāo)高，各部分尺寸、垂直度進(jìn)行檢校，直到符合設(shè)計(jì)及規(guī)范要求。

1:鋼筋制作與安裝

墩柱鋼筋采用鋼筋直螺紋套筒連接，在制作棚用鋼筋直螺紋機(jī)兩端扯絲，絲口長(zhǎng)為4cm，接頭長(zhǎng)度為8cm。按規(guī)范要求主筋接長(zhǎng)時(shí)在同一斷面內(nèi)的接頭數(shù)量(在任何連續(xù)的0.98m高度范圍內(nèi)的接頭均視為在同一斷面內(nèi))不超過(guò)該斷面主筋數(shù)量的50%。為方便施工，在第一段鋼筋的制作時(shí)，預(yù)先根據(jù)上述要求進(jìn)行計(jì)算并控制好各斷面鋼筋接頭數(shù)量和每根鋼筋的長(zhǎng)度，本橋墩柱部分主筋為集束鋼筋，每束由3根鋼筋組成，考慮到受力筋截面的均勻布置，為滿足設(shè)計(jì)規(guī)范要求及外觀需要，在施工承臺(tái)預(yù)埋墩柱鋼筋時(shí)，每束3根鋼筋露出承臺(tái)頂面長(zhǎng)度分別控制為3m、4.5m、6m，按計(jì)算結(jié)果在鋼筋加工場(chǎng)內(nèi)預(yù)先將各斷面接頭鋼筋配制好。從第二段開(kāi)始每次鋼筋接長(zhǎng)時(shí)，先將9米長(zhǎng)的定尺鋼筋在地面將螺紋套筒套好一端，安裝時(shí)將另一端套上用鋼筋扳手旋緊，由于本工程橋墩主筋外側(cè)設(shè)計(jì)有冷軋帶肋焊接鋼筋網(wǎng)，故在主筋及箍筋安裝好后，還需進(jìn)行鋼筋網(wǎng)的安裝工作。在鋼筋安裝時(shí)進(jìn)行兩階段控制，第一階段控制主筋接頭、主筋間距、箍筋間距在規(guī)范規(guī)定范圍內(nèi)，同時(shí)控制鋼筋數(shù)量，避免出現(xiàn)少筋現(xiàn)象;第二階段在完成模板安裝定位后，再次檢查、調(diào)整內(nèi)外層鋼筋間距及保護(hù)層厚度。鋼筋采用塔吊小數(shù)量提升到位，再連接安裝。因墩柱高度較高，故考慮了內(nèi)架的"生根"，在已澆注的墩柱中預(yù)埋鋼管，鎖定內(nèi)架外加鋼管與鋼筋鎖成一個(gè)整體。

2:吊裝模板

模板在使用前進(jìn)行嚴(yán)格檢查，模板各部位幾何尺寸、平整度、等應(yīng)滿足設(shè)計(jì)及規(guī)范要求，首先對(duì)模板進(jìn)行預(yù)拼裝，正確無(wú)誤后方可進(jìn)行立模。每次安裝模板前應(yīng)先清除模板表面和接縫處的水泥沙漿等附著污物，清理干凈后，在模板表面均勻涂刷脫模劑，并涂抹均勻。模板利用塔吊進(jìn)行提升與安裝。拉桿用PVC管做套管，一方面便于拉桿的重復(fù)利用，另一方面可以避免拉桿在拔出時(shí)對(duì)混凝土表面造成損傷。模板的固定和調(diào)整通過(guò)拉桿和兩層模板之間的連接螺栓實(shí)現(xiàn)。在澆筑底部?jī)晒?jié)墩柱混凝土?xí)r，模板的校正采取拉纜風(fēng)繩的方式，從第三節(jié)開(kāi)始，采用預(yù)埋于底節(jié)頂面砼中的預(yù)埋扣環(huán)進(jìn)行。從第一節(jié)墩柱定位準(zhǔn)確后，每上一節(jié)模板均用10公斤垂球控制其垂直度，然后再用全站儀與水準(zhǔn)儀復(fù)核模板的四角坐標(biāo)及高程?？招慕孛鎯?nèi)模采用組合鋼模，鋼管支架支撐頂緊。

3:混凝土的澆注

模板安裝完成后，經(jīng)監(jiān)理工程師檢驗(yàn)符合設(shè)計(jì)及規(guī)范要求并后，進(jìn)行混凝土澆筑?；炷翗?biāo)號(hào)C50，水泥采用都勻P.O425配制，配合比為:1(水泥)∶1.448(砂)∶2.333(碎石)∶0.33(水)∶0.0095(外加劑UFN-3C)，混凝土采用輸送泵直接泵送入模，通過(guò)輸送管道末端的混凝土輸送軟管及懸掛串筒進(jìn)行布料?？刂苹炷恋姆謱雍穸龋看位炷恋姆謱雍穸染刂圃?0~40cm之間，從墩身的內(nèi)側(cè)順時(shí)針?lè)较虿剂希捎貌迦胧秸駝?dòng)棒振搗，按平行式布置振搗點(diǎn)，振搗點(diǎn)間距不大于40cm，距模板邊緣保持5~10cm。振搗作業(yè)分兩組進(jìn)行，振搗時(shí)間第一組為45s~60s/點(diǎn)，30分鐘后第二組振搗時(shí)間為20s~30s，振搗方向及布點(diǎn)與第一組相同。振搗以混凝土表面停止下沉、不冒氣泡、表面平坦、泛漿為止。每次在澆筑上一節(jié)段混凝土?xí)r，對(duì)上一節(jié)段的混凝土鑿毛，要求為鑿至新鮮混凝土為止。預(yù)先用清水充分潤(rùn)濕下一節(jié)段頂面鑿毛部分混凝土，并在澆筑第一層混凝土?xí)r，讓混凝土頂面與模板頂面平齊。當(dāng)該節(jié)段混凝土達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度的75%后，即可拆除模板，接高豎向主筋，綁扎箍筋，然后進(jìn)行上一節(jié)段模板的安裝。墩柱施工過(guò)程中應(yīng)特別注意預(yù)埋件的正確定位埋設(shè)?；炷翝餐旰?，立即覆蓋進(jìn)行養(yǎng)護(hù);拆模后應(yīng)立即用塑料薄膜包裹，進(jìn)行濕潤(rùn)養(yǎng)護(hù)，同時(shí)可避免上一節(jié)段墩身混凝土澆筑時(shí)污染已澆筑的下部墩身。