《花垣河大桥空心薄壁高墩施工技术张花高速耿涛》.docx

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《花垣河大桥空心薄壁高墩施工技术张花高速耿涛》

花垣河大桥空心薄壁高墩施工技术

耿涛

（中铁二十三局集团第一工程有限公司山东日照）

摘要湖南张家界至花垣高速公路花垣河大桥主桥桥墩设计为空心薄壁高墩。

详细对该桥空心薄壁高墩施工采用的翻模结构设计、施工工艺及关键控制技术等进行了系统介绍，为类似工程提供可借鉴的经验。

关键词双肢空心薄壁高墩翻模施工

1工程概况

花垣河大桥是张家界至花垣高速公路32标段控制性工程，也是该合同段重难点工程。

全桥总长625.44米，其中主桥长301米，桥梁跨径组合为5×40米连续T梁+（78+145+78）米连续刚构箱梁+3×40米连续T梁。

T梁部分下部结构设计为双圆柱式墩，连续刚构部分下部结构设计为矩形墩，其中6#、7#主墩为双肢等截面空心墩，墩高82.31～84.52米，两肢间中心距700cm，单肢空心墩壁厚65cm，空心墩纵向长320cm，横向宽700cm，距承台26m处设置4m高变宽过渡段，过渡段以下22m高度单肢空心墩尺寸变为350cm×800cm（顺桥向×横桥向），桥墩全高壁厚保持不变。

双幅桥设计分离式承台，单个承台尺寸纵向长1480cm，横向宽1200cm，承台高设计为450cm。

单个承台基础设计为12根D180cm桩基。

40mT梁与刚构边跨过渡墩5#、8#墩为空心墩。

高度50.33～54.04米，空心墩壁厚60cm，在近主梁处纵向长300cm，横向宽550cm；壁厚保持不变。

双幅桥设计分离式承台，单个承台尺寸为纵向长730cm，横向宽900cm，承台高设计为320cm。

单个承台基础设计为4根D180cm桩基。

2方案选择

鉴于该桥的矩形空心薄壁墩的高度比较高，考虑液压爬模及滑模制造成本较高且安装及操作技术要求高、工艺复杂等因素，经过方案比选采用翻模法分段浇筑施工。

为满足墩身施工的需要，在墩身附近安装附着式50m旋转半径的塔吊，并在墩身设置施工电梯，用于墩身材料、模板及设备的垂直运输以及人员的自由上下。

混凝土水平运输采用混凝土罐车，垂直运输采用HBT80混凝土输送泵泵送，串筒布料入仓，水平分层浇筑。

墩身主钢筋采用剥肋滚轧直螺纹连接，减少传统焊接的搭接长度节约钢材，减少高空焊接的工作量和焊接难度。

为了保证双薄壁桥墩的单肢在施工过程中的稳定性，在桥墩两肢间竖向每隔30m（该桥在两道横隔板处）设一道钢桁梁作为联系梁支撑。

根据施工进度四个主墩加工翻模4套，四个过渡墩加工翻模1套。

主墩与过渡墩每墩施工安设塔吊、施工电梯各一部。

3翻模结构设计

翻模采用大块钢模拼装而成，在厂家统一定制运输至现场进行拼装，模板的强度和刚度必须通过检算并满足使用要求。

每一节模板主要由内外模板、横背肋、竖背肋、拉杆及工作平台组成（见《翻模结构示意图》）。

（1）外模系统由面板、竖背肋和横向背肋等组成，模板面板采用6mm钢板，每套标准高度外模板采用2.25+2.25+2.25m，每次翻模两段，浇筑高度每次4.5m。

由于模板高度位置为2.25米，每节模板设置2道对拉杆，经计算确定竖背肋采用槽钢[10，间距350mm；横向背楞采用双[14槽钢，上下设置2道。

考虑节约成本及模板的通用性，外模横桥方向采用两块3.5m标准块及1m宽调节段，顺桥向采用两块1.6m标准段及0.3m调节段组成，模板间用M22螺栓连接。

（2）内模系统与外模系统基本相同，模板面板采用4mm钢板，横桥向上部分采用３块模板（增加调节块），顺桥向采用1块模板，倒角部分各设置1块模板。

模板竖背肋采用[6.3

槽钢，顺桥向部分设置假缝以方便拆模；横向背楞采用双[10槽钢，每节模板上下设置2道。

模板系统采用Φ22对拉杆与外模系统连接成整体。

由于该桥空心墩内部空间最大宽度仅2.2米，因此内模板制作时不考虑设置工作平台，施工时采用[14槽钢按间距50cm横担在内模横向背楞上并固定牢固，上面铺设不小于2cm厚的木板作为操作平台。

外模、内模系统安装、拆卸全部使用塔吊设备。

（3）每节模板均设置工作平台，利用螺栓连接在模板竖背杠上，与模板形成整体，工作平台上铺2cm厚的木板，可供操作人员作业、行走，存放小型机具。

模板工作平台外侧在操作平台三角支撑绗架顶设置安全护栏预埋管，施工时将用比预埋管小一型号的钢管焊制成的护栏插入预埋管并焊接牢固，周边挂设安全防护网。

护栏及防护网的高度不小于1.2米，下部扎牢以防人员器械坠落。

模板拼装如《主桥墩拼装效果图》。

4翻模施工方法及施工控制

4.1翻模施工工艺

翻模是依靠外部吊点的单节整体模板提升或多节模板交替提升的工艺。

即：

以下一节已浇筑混凝土的模板为上一节模板的支撑体系，将上节模板通过螺栓固定在下一节模板上，同时内外模板用对拉螺栓固定。

外模设置固定施工平台，施工人员在操作平台上进行模板的拆卸、安装、绑扎钢筋、混凝土的浇筑等。

每个流程内外模各设3节，循环交替翻升，周而复始，直至完成整个墩身的施工。

4.2施工程序

翻模操作程序见《翻模翻升施工步序示意图》

对于单肢墩，模板翻升施工步序为：

第一步：

绑扎钢筋，拼装模板浇筑墩柱底部实心段和变化段；

第二步：

绑扎钢筋，拼装两节模板，浇筑4.5m高混凝土；

第三步：

将底部第一节模板拆除，并向上翻升安装;

第四步：

将底部第二节模板拆除，并向上翻升安装；

第五步：

模板安装完成后，浇筑4.5m高混凝土；

交替循环使用以上步骤，直到混凝土浇筑完毕。

对于双肢墩，该桥一个双肢墩共加工模板四节，保证每一单肢始终有一节模板作为持力结构，另外两节模板在两个单肢之间交替循环翻升使用，同步进行施工。

4.3关键控制技术

4.3.1测量控制定位

在高墩施工中，垂直度的控制极为关键，控制垂直度的根本在于控制墩身平面尺寸位置偏差。

在84.5m超高墩的测量控制上，采用立体测量控制技术，利用高精度LEICATC1700型全站仪进行坐标放样，同时，利用垂准仪，通过预先设置在墩身根部附近的基点，进行校核。

由测量人员放出墩身四个角的定位桩，经监理工程师复核后，开始起始节段的立模，施工中严格控制模板的平面位置和竖直度，确保起始基准节段的位置准确。

后序节段施工中，分别在四边模板顶部定出中点，并在已浇筑混凝土节段上定出四边中点，利用垂球将上下四个定位点两两对中，使模板基本就位后，再利用全站仪分别在两个轴线方向将模板精确调整至设计位置。

施工过程中要严格控制模板偏差，防止多次浇筑形成累计误差过大影响墩身质量。

4.3.2劲性骨架加工、安装

根据设计要求，该桥薄壁空心墩钢筋安装施工时设置劲性骨架以利于钢筋的稳定性和可操作性，每立方混凝土内劲性骨架重量不小于25kg。

4.3.2.1劲性骨架加工

劲性骨架加工时，充分利用现有地面作为加工场地，先对地面进行整平，采用C20混凝土硬化，然后按图纸要求进行大样平台放样。

配合墩身每次浇筑高度，确定每节劲性骨架加工长度为4.5米。

空心薄壁墩设计采用角钢桁架劲性骨架，按照设计图纸在加工场按放样分片加工制作，加工时要求主要受力型钢及边角钢位置严格控制，并且严格按钢结构施工技术规范施工，通过采取设置焊接胎架和劲性

夹具的措施来控制焊接变形，减小加工误差。

现场逐段焊接接高。

加工安装时严格控制其精度和焊接质量。

4.3.2.2劲性骨架安装

加工好的劲性骨架采用塔吊提升安装，在墩上与上一次拼装的骨架焊接拼装形成一整体。

安装前首先对劲性骨架四个角点进行放点控制，同时调整高程与设计高程一致。

骨架在安装时，四个下角点对准已有骨架四个顶角控制点，四个上角点用垂球或全站仪校核偏差，各角点偏位控制在±1cm 之内。

第一次安装用塔吊将单片劲性骨架（内肋骨架）竖直吊安于已预埋好的劲性骨架顶面，并在已预埋好的的劲性骨架上角焊好连接钢板，用两个锤球同时操作，确定骨架的方向，对接头点焊进行临时固定。

同样方法安装第二片内劲性骨架单片，连接两单片间角钢。

所有骨架就好位后，再次精确调整劲性骨架位置和轴线，确保无误后进行焊接。

焊接时使用４台电焊机同时施焊，杆件与连接板的焊缝为两面侧焊或三边围焊，确保焊接质量达到要求。

劲性骨架安装完成后，经检查合格后报请监理工程师验收，验收合格后方可开始安装墩身钢筋。

4.3.3钢筋连接

该桥墩身施工过程中，为方便施工，避免浪费，主筋采用9米一段接长控制。

同时，为加快施工进度，提高施工质量，确保施工安全，降低高空作业难度，在对钢筋传统焊接和钢筋机械连接的所用材料数量、人员要求、施工进度等方面做了详细研究比较后，采用较为先进的剥肋滚轧直螺纹连接技术替代传统焊接方式连接墩身主筋。

剥肋滚轧直螺纹连接是通过钢筋端头特制的直螺纹和直螺纹连接套咬合形成整体的一种连接方式。

根据需要从厂家订做相应直径的钢筋直螺纹连接套，钢筋用钢筋直螺纹滚丝机剥肋滚丝，现场进行连接安装。

钢筋等强滚轧直螺纹连接标准型钢筋接头如下图所示。

钢筋滚轧直螺纹连接标准型钢筋接头

钢筋直螺纹连接工艺如下：

工艺流程：

剥肋滚轧直螺纹连接的工艺流程为：

钢筋原料→切头→机械加工（丝头加工）→套丝加保护套→工地连接。

4.3.3.1钢筋下料

所加工的钢筋应先调直后再下料，切口端面与钢筋轴线垂直，不能有马蹄形或挠曲。

为保证切断面垂直平整，下料时采用钢筋切割机切断。

4.3.3.2钢筋车丝

丝扣的牙形、螺纹须与连接套的牙形、螺距一致。

有效丝扣内的秃牙部分累计长度小于一扣周长的1/2。

螺纹制作分为两个工序，即钢筋切削剥肋与滚轧螺纹。

两道工序在同一台设备上一次完成。

切削剥肋时，将机头前端的切削刀具按钢筋规格相对应的剥肋光圆尺寸调整到预定位置，用锁紧螺母固定，并应在加工过程中经常用卡规检查剥肋光圆尺寸，发现超差应及时纠正。

螺纹滚轧时，加工机头中换上与需加工规格相应的机盒及滚轮，直径尺寸无须调整。

加工完成并检验合格的丝头要加以保护，钢筋一端丝头戴上保护帽，另一端拧上连接套，并按规格分类堆放整齐待用。

4.3.3.3钢筋连接

钢筋连接之前，先将钢筋丝头上的塑料保护帽及连接套筒上的塑料密封盖取下并回收，检查钢筋的规格和连接套的规格一致，并确保丝头和连接套的丝扣干净、无损，如有杂物需用铁刷清理干净。

把钢筋装好连接套筒的一端拧到被连接钢筋上，然后用长度大于40厘米的扳手将连接的两根钢筋拧紧，连接套筒两端的外露完整丝扣均不得超过1扣。

钢筋连接完毕，随后立即用油漆画上标记。

由于钢筋柔度较大，为避免因高空中大风出现意外，连接前严格按设计要求设置劲性骨架。

4.3.4模板安装及检查

第一次立模前，对墩身位置处承台表面凿毛，将混凝土表面浮浆及松散层清除干净，并用水冲洗干净。

模板用塔吊移至设计位置，相邻两模板间接缝加一层双面胶作为密封，防止漏浆，并用螺栓紧固。

模板在转运及吊装过程中，严格按照吊装操作规程进行吊装转运，不能让模板变形、散架。

模板安装前必须刷上一层脱模剂，涂刷均匀、适量。

安装模板的同时要设置对拉螺栓，其外套硬质塑料管，以便拉杆回收利用。

若拉杆的位置与结构钢筋有冲突，可适应挪动结构钢筋位置，但不能对钢筋有所伤害。

为保证墩身位置的准确性，对墩身起始段位置必须严格控制，要求第一层～第三层模板位置偏差在±5mm内，模板间错台控制在1mm以内。

模板拉杆处孔眼用棉纱缠绕，防止漏浆。

模板安装好后，上下穿拉杆固定，再用钢丝绳等进行紧固，调整到设计平面位置，并仔细检查模板间错台、顺直度、钢筋保护层厚度等指标，合格后报验监理工程师，浇筑混凝土。

4.3.5混凝土施工

该桥薄壁空心墩6#、7#主墩采用C55混凝土，5#、8#过渡墩采用C40混凝土。

4.3.5.1混凝土质量控制

为了保证工程质量，混凝土的配合比经过精心的设计和优化，能够满足质量和施工工艺的要求。

混凝土在拌合站采用强制式搅拌机集中拌合，拌和时严格按照设计配合比控制，并由高精度电子计量设备计量。

拌和好的混凝土使用8m3砼搅拌运输车运输至现场，使用HBT80托式混凝土输送泵或塔吊提升浇筑。

根据工程的实际情况，考虑到混凝土从拌和到浇筑的时间间隔。

在混凝土的配合比设计中，掺入了国内先进的聚羧酸高性能减水剂，以取得混凝土良好的和易性和保坍性能，保证到达施工现场混凝土的质量。

试验结果表明，所配置的C55泵送混凝土设计坍落度为170～210mm，能够保持坍落度120min无损失，缓凝时间为6～8h。

4.3.5.2混凝土浇筑工艺

钢筋加工安装、模板安装及预埋件安装经检查合格后，安装混凝土浇筑料斗和串筒，准备浇筑混凝土。

混凝土浇筑采用水平分层灌筑，通过串筒来保证混凝土进仓落差不大于2m，分层厚度不大于30cm，混凝土振捣采用Φ50mm插入式振捣棒。

振捣时先沿边距模板10cm左右布置振捣，然后在中间按梅花型布置振捣，以振捣至表面出浆且混凝土不再下沉为宜。

4.3.5.3混凝土顶面高度的控制

因墩身混凝土分节浇筑，控制好每节混凝土顶面高度可以保证相邻两段墩身接缝良好，从而保证混凝土的外观美观。

当混凝土浇筑到顶层时，使混凝土面稍高于模板顶，以便凿毛时清洗处理；浇筑完毕后用木抹子将模板四周附近的混凝土抹平，使混凝土面与模板顶面齐平，以保证上下两节段为一条平齐的接缝。

4.3.6高墩横隔板、墩顶封顶倒角施工

该桥6#、7#主墩分别在22米、25.4米的高度处及墩顶下方26米处设计了横隔板，横隔板厚度为60cm，倒角为60×60cm，横隔板中部预留200×60cm的人洞，墩顶封顶倒角为150×60cm。

5#、8#过渡墩，在25米处设置横隔板，横隔板厚度为50cm，倒角为50×50cm，横隔板中部预留160×60cm的人洞，墩顶封顶倒角为150×50cm。

主墩22－25.4m为墩柱的4米变截面段，该处共设置两道横隔板，拟一次安装模板、一次完成两道横隔板的混凝土浇筑。

两层横隔板中间采用组合钢模板加钢管做加强肋或15mm厚的竹胶板加5×8cm方木做加强肋拼装。

内支撑采用钢管支架加顶、底托拼装形成。

封顶倒角混凝土分两次浇筑，第一次浇筑150cm的倒角和25cm的实心部，并在25cm的实心板中部预留一60×120cm的人洞，待墩内托架及模板全部清除完成后再封闭人洞，最后浇筑175cm的实心部分。

过渡墩中横隔板按180cm高度一次浇筑混凝土，墩顶封顶倒角按150cm高度一次性浇筑混凝土。

横隔板、墩顶封顶倒角采用托架现浇施工，为方便墩身内模成片拆除，托架在内模拆除后方可安装焊接。

4.3.6.1托架设计

托架为在隔板下倒角起点下的墩身内侧埋预牛腿做支撑点，利用2[160×63mm和∠100×8mm角钢焊接成的钢桁架。

托架设计为11片，桁架间采用∠75×6mm的角钢横桥向连接，间距为50cm，上铺组合钢模板或15mm的竹胶板加5×8cm的方木调平加强。

4.3.6.2模板

横隔板采用组合钢模板或15mm的竹胶板作底模，外模仍是墩柱的大型钢模板。

内外模采用对拉螺杆对拉固定。

4.3.6.3钢筋加工及安装

钢筋在加工场内加工成半成品，然后在现场安装绑扎。

施工时严格按照施工规范相应的规定操作。

4.3.6.4混凝土浇筑

横隔板的混凝土浇筑施工应尽量加快浇筑速度，以防止出现因托架弹性和非弹性变形引起的新浇混凝土开裂，全部混凝土浇筑易在混凝土初凝前完成。

如因现场条件限制无法完成时，也不易超过时间过长。

此外还可增加缓凝剂延长混凝土的初凝时间，以使混凝土浇筑施工更加合理。

4.3.7墩身临时连接设置

针对高墩在施工中的稳定性、抗风性及施工荷载影响等关键性的技术问题，按设计要求，墩高大于40米时应采取必要的临时加固措施，一般约30米应设置一道临时连接并宜尽可能布置在横隔板处。

该桥施工时在双肢薄壁空心墩横隔板处预埋300×300×20mm的钢板，并将用I25工字钢及[250×80mm的槽钢焊接拼装成的桁架与之焊接形成临时连接。

预埋钢板应与U形预埋钢筋焊接牢固，伸入墩身的预埋钢筋与墩身主筋焊接。

墩身临时连接见《墩身临时连接示意图》。

4.3.8模板翻升

每一墩身节段混凝土浇筑施工完毕并强度达到2.5MPa以上，进行翻模施工。

翻模时，保留最顶层模板，作为翻升后模板的承力部分，然后从最下层模板开始逐一拆除并滑出，利用塔吊将模板吊起，并放置于顶层模板相应平面位置上，将模板与周围模板连接。

4.3.8.1模板起吊翻升

上翻模板操作前，通过计算准确找出每块模板的重心，翻升时，在模板重心位置挂钩起吊，以避免塔吊起吊模板时碰撞上层模板而翻转倾斜造成危险。

4.3.8.2模板的校立

由于高墩施工均在高空中进行，立模和校模均没有可靠的持力点，应在每层模板就位时，及时处理模板拼缝，调整垂直度，做到层层控制，避免多种偏差积累。

4.3.8.3节段接缝的处理

由于翻模施工为分节段浇筑混凝土，在浇筑下一节段时，上一节段浇筑的墩身混凝土已硬化并发生收缩，与模板间产生一定的缝隙，不仅造成节段的错台较大，而且在浇筑混凝土时，水泥浆会下漏，影响墩身外观。

可采取以下措施解决此问题：

一是在最上节段模板距模板顶５cm设置一层拉杆，在浇筑下一节段墩身混凝土前，将此层拉杆再次紧固，减小混凝土与模板间的缝隙；二是在缝隙立生后，用原子灰浆水泥浆制成细条状封堵缝隙，同时，在浇了初几盘混凝土时，适当减小坍落度；三是为事后处理措施，即在翻模后，清除粘附在墩身上的水泥残浆，并用水清洗。

4.3.9模板拆除

施工至墩顶后，墩顶仍保留3个节段模板，等墩身混凝土强度达到规范要求时，拆除模板。

拆除时按先底节段，再中节段，最后顶节段的顺序。

模板拆除后，及时采用无色塑料薄膜进行包裹墩身，进行自然养护。

养护时确保水分充足，塑料薄膜无破损、无透气。

养护时间不小于7天。

5结束语

翻模施工技术在我国桥梁建设中已渐趋于成熟，但受桥型设计、施工环境和设备配置等因素的影响，具体到每座桥梁又有不同的特点。

花垣河大桥在84.5m高墩施工方案制定时，通过对桥型、施工环境及设备配置等的分析比选，采取了一种较为简单易行的翻模施工工艺，在实际施工中加强控制，必能提高外观质量，加快施工进度，并可为同类桥梁超高墩施工提供一定的借鉴。

参考文献

1、《公路桥涵施工技术规范》JTJ041-2000人民交通出版社

2、周水兴何兆益邹毅松等编著《路桥施工计算手册》人民交通出版社

3、中国公路建设行业协业编制《公路工程工法汇编》（2009）人民交通出版社

4、交通路第一公路工程总公司《桥涵》人民交通出版社

5、中交第一公路工程局有限公司编著《公路工程施工工艺标准》（桥涵）人民交通出版社