浅谈李集大桥空心薄壁墩施工技术
赵红彬1刘刚2
1、吉林省公路工程监理有限责任公司
2、吉林省高速公路建设有限公司
摘要
空心薄壁墩高墩的施工方法多种多样,有滑模施工法、爬模施工法、翻模施工法等等,这些方法各有优缺点,对其研究和认识是非常必要的。本文就李集大桥下部构造空心薄壁墩施工所采用的塔吊提升翻模施工法的技术问题进行了详细的论述,对类似高墩施工具有一定的参考价值。
关键词
李集大桥;空心薄壁墩;施工技术
1 概述
空心薄壁墩是目前高速公路桥墩设计广泛采用的一种形式。因其墩身可达到较高高度，且结构经济实用、施工简便而普遍受到欢迎。六武高速公路李集大桥的部分下部构造就采用了这种形式。该桥是六安至武汉高速公路上一座重要的桥梁。大桥总体上分两部分:跨线部分(横跨S210省道)和跨河部分(横跨牛食畈河)。其中除左幅1#墩外，其余均设计为空心薄壁式构造，墩身高度从17.5m至43.0m不等。施工方法采用塔式吊机提升翻模施工法，提升式钢管模架，组合式大块钢模板拼装并用拉杆、螺栓加固，钢筋现场焊接绑扎成骨架，并随混凝土施工逐次焊接加长(每次4.0m)，混凝土集中拌和,输送泵直接泵送入模浇筑，洒水养生。墩身几何尺寸为4.0 m（纵向）×7.0 m（横向），四角为R=20cm倒圆角，主墩壁厚70cm，为单室型，副墩壁厚5 0 c m，为双室型。
2 施工工艺流程
2.1 搭设可提升钢管模架
空心薄壁墩施工支架采用型钢和扣件式脚手架组合搭设的可提升移动模架，主要作用是为施工作业提供工作平台、固定接长钢筋及安装固定混凝土输送泵管。支架分外支架和内支架两种，内外支架均从墩身底部即承台顶面开始搭设。首先，在浇筑0～6m墩身时，在4m高处7m面预埋8根φ40钢管，如图1所示。待浇注6m～10m墩身时，提升脚手架至4m高度，在预留钢管内插入φ32精轧螺纹钢承受整个脚手架的重量。外支架先用型钢纵横搭设三层，第一层横向放置于墩身预留孔钢棒之上，承受整个支架的重量；第二、三层纵横向放置，模架钢管焊于型钢上，模架由里外两排钢管搭设而成，里排即靠墩身一排,距离墩身混凝土表面50cm，两排之间间距70cm,用横向短杆连接加固，立杆间距为1.1m，水平杆每1m一道,辅以剪刀撑加固杆件，整个外支架形成框架结构，非常牢固可靠，如图2所示。内支架采用落地式支架，根据内部空间尺寸,适当调整杆件间距。另外，增加一些加固短杆件,固定在墩身混凝土表面。使支架与墩身形成一个整体，增加其稳固性和可靠性，整个模架高12米，重6吨，随着墩身的增高同步提升，每次提升4米，采用四个10T倒链同步人工提升。
支架外侧面悬挂安全网，工作平台上铺脚手架板，方便使用。因一个墩的施工期较短，并考虑该桥墩身并非特别高的具体情况，未设施工电梯，在支架一角设有人工爬梯。内支架在墩顶实体段完成之前拆除;外支架在墩身、垫石等施工全部完成后拆除上部4 m，其余用作安装托架及模板施工平台。
2.2 起重设备
高墩台施工方法中有自带起重体系和外配起重设备两种。我们所用翻模施工法自身不带起重提升系统，一切施工机具及材料的高空运送均靠外配起重设备完成。考虑到该桥跨径90m，相邻两桥墩对角线最大间距约18m，在保证安全的前提下尽量发挥吊机的功能，综合多种因素，选配了63型塔吊作为空心墩施工的起重设备，这种塔吊有效作业半径为50m，高度40m以内不用扶臂，一台塔吊同时可以完成二个墩身施工的各种起重作业，大大提高了塔吊的工作效率。
塔吊的起重作业主要包括钢管支架材料的运送;墩身钢筋的起吊;模板的拆卸、翻升及安装就位;混凝土输送泵管的安装，以及其他各种施工器具的运送等。
2.3 钢筋
空心薄壁墩主筋为沿竖向布设的Φ2 8 m m二级钢筋，其接头采用搭接电弧焊，施工中12m定尺的Φ28钢筋一截为二，将钢筋及加工机具用塔吊吊至工作平台上，现场对焊施工，每次接长钢筋骨架为6.0m;Φ14mm构造钢筋用绑扎的方式与主筋相连，构成钢筋网架，网架焊接及绑扎完成后在内外两侧均绑扎与保护层厚度相同的塑料垫块，以固定钢筋网架在模板内的位置，保证保护层厚度符合规范要求。
2.4 模板构造及翻模施工过程
a、模板构造每套模扳由三层模扳组成，每层高2m，墩身截面尺寸7m*4m，墩身平面由6块模扳组成。
墩、台侧模板的荷载主要有新浇混凝土对侧面模板的压力和倾倒混凝土时产生的水平荷载。泵送混凝土灌筑施工，用插入式振捣器捣固时新浇混凝土对模板的侧压力可用公式
Pmax=0.22rt0K1K2V1/2计算。
Pmax—新浇砼对模扳的最大侧压力（K P a）；
V—混凝土浇筑速度，取1 m/h；
t0—新浇混凝土初凝时间，取3h；r—混凝土容重，取25KN/m3；K1—外加剂修正系数，取1.2；K2—砼坍落度影响修正系数，取1.15；
代入公式计算得出Pmax=22.8KPa。
根据上述计算，模板加工采用6 m m厚普通钢板作为面板，横竖用8#槽钢，间距40cm作为相应的加劲构件。但我们在模板设计中除考虑满足上述压力要求外，重点考虑到高空作业及安全的要求，增加模板刚度和整体强度，合理加大模板尺寸，减少块数，简化模板高空组装和加固的程序及工作量，并保证模板在反复周转使用过程中不变形、不损坏、强度不降低等要求，横向选用两条8#槽钢背部焊接，两端焊接10mm厚钻眼钢板作为一根抱箍肋带，竖向选用两条8#槽钢背部焊接，两端焊接10mm厚钻眼钢板作为一根肋带，保证模板不变形并有足够的强度。虽然模板的重量增加了，但连同加固体系总体重量并未增加，施工中安全、可靠且高效。
模板分内模和外模两部分。根据墩身外形尺寸，外模共有A、B、C三种型号,模板高度均为2.0m。A型模板为3.3×2.0m的长方形，一端带R=20cm四分之一圆弧的大块平面模板；B型模板为3.6×2.0m的长方形，一端带R=20cm四分之一圆弧的模板;C型模板为3.3×2.0m的长方形模板。里面空心部分是组合钢模,倒角部分采用木模。模板设计和加工中遵循多通用、少异形；大尺寸、少品种的原则。
整层模板设计为大块平面模板加弯角模板的组合方式。组装非常简便，并有效保证了空心墩的外形尺寸。模板之间螺栓连接，加固时在模板外侧安装槽钢横竖肋带，横向肋带每层模板安装两道，竖向肋带每块安装两道，并穿φ18螺栓加固。这种模板在空中作业时不但操作程序非常简便,而且安全可靠。
b、模板翻升施工过程
第一次安装全部三层模扳，浇筑墩身6 m高，以后每次翻升下面的二层，每次浇筑墩身高度4 m，循环施工，直至整个墩身施工完成。
翻模施工法的模板翻升施工过程:
①开始施工时,在承台顶面将上述三层一套的模板安装并加固,浇筑混凝土完成第一次6m高墩身的浇筑;
②从下向上逐层拆除最下面的两层模板即第一层、第二层，将最上面第三层模板保留不拆,每拆除一层模板翻转至最上面一层模板之上安装并加固,再次浇筑混凝土前特别注意再次拉紧作为承重模板的底层模板,以免灰浆灌入由于混凝土收缩产生的缝隙中，影响成品混凝土外观质量。所有模板加固好之后，完成第二次4.0m高墩身的浇筑;
③重复上述过程,逐层拆除下面三层模板，翻升、安装并加固,浇筑墩身混凝土;完成第三次4.0m高墩身混凝土的浇筑;
④多次循环上述翻升施工过程之后,接近墩身设计高度时,通过测量对浇筑高度进行调整,完成一个墩身混凝土施工过程。翻模施工依靠自身的优势，外部塔吊的强大起重能力，充足的混凝土拌合输送能力，施工速度快、效率高，平均4-5d完成一个循环，43m高的桥墩在40d左右就可以完成。
2.5 混凝土施工
混凝土采用集中拌和，混凝土输送泵直接泵送至工作面，插入式振捣器振捣。混凝土配合比的设计:C40混凝土由工地试验室进行配合比设计，其28天抗压强度达到49.8MPa，混凝土坍落度为12cm～16cm,每立方米混凝土材料用量为:水:水泥(42.5级):砂:碎石:混合材料：减水剂=71:189:364：576:26:2.14(Kg)，该配合比满足设计及施工要求，使用情况良好。
混凝土拌和:使用PLD800型电子配料机按重量比控制原材料的掺配量，J S-1000型强制式搅拌机集中拌和，每小时可拌合混凝土40m3，60型混凝土输送泵将混凝土输送至工作面;混凝土浇筑:混凝土由输送泵泵送入模后，用插入式振捣器振捣。按照对称、均匀、分层的原则浇筑，每层约3 0 c m。施工中除按规范取样外，重点监测混凝土坍落度，以防因坍落太小或因坍落度太大而发生泵管堵塞和混凝土离析等情况发生。
2.6 施工测量
该桥墩身施工测量的关键是控制墩身的垂直度，施工通过两个基准点用全站仪对墩身各点坐标控制，并用全站仪测量墩身高程。首次架立模板前，用全站仪将墩身四角坐标定点在承台顶面，即外模板的架立边线，然后根据外模架立线量测出内模线，支模板严格依线施工。模板安装后，用揽风绳固定模板顶部，然后用全站仪测量模板顶部四角坐标，同时调节揽风绳，使模板顶角坐标与墩身四角坐标一致，保证墩身的垂直度符合设计及规范要求，调整完成经验收后即可进行混凝土施工;以后每次翻模完成后均用全站仪检测并用揽风绳调节顶面四角坐标。当模板安装到墩身顶部时,除检测坐标外，还精确测出顶面标高，弹线以示混凝土施工顶面位置，保证了墩身位置和高度的准确。
3 施工安全保证措施
墩身施工主要是高空作业，施工中除按规范悬挂安全网、佩戴安全带、安全帽、制定各项操作规程、规章制度严格按操作规程施工和经常对施工人员进行安全教育等措施外，还在施工方案的制订中充分考虑了安全施工。
(1)钢管支架布置时充分考虑施工安全的要求，采用多种措施加强支架的安全性和可靠性。
(2)模板设计时适当增加钢板厚度，加大尺寸,减少接缝,这样既降低了加固工作量，又增大了加固模板工作的安全系数，设备和人员的安全保证都得到了加强，并提高了生产效率。
(3)起重设备与工作架脱离，形成独立的体系，所起重量经过计算在安全范围内;起重机的操作人员均培训上岗，严格按操作规程进行起重作业，保证起重作业安全进行。
(4)混凝土集中拌合并采用输送泵施工，既加快了施工速度又减少了因混凝土频繁起吊而造成的安全隐患，同时施工质量也得到了有效的保证。
4 结论
4.1塔吊提升翻模施工法的优点
①方法简单，没有复杂的机电系统，易操作，实用可靠，减少了因设备故障影响施工质量和进度的概率，混凝土外表美观;
②施工速度快，有起重设备和混凝土拌合输送设备的保证，施工速度是很快的，每4d可以完成一个循环，43m高的墩身40d左右即可完成，充分发挥了设备的能力;
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