橋梁高墩施工的懸臂模板體系應用和關鍵控制技術

游秋波

（汕頭市達濠市政建設有限公司，廣東汕頭515041）

1 工程概況

荷葉塘高架橋為永藍高速公路唯一的一座特大橋，其起訖樁號為K52+382.4～K53+419.9，全長1 037.5 m。特大橋的上部結構為兩聯11跨預應力混凝土變截面連續剛構組合梁橋，橋梁跨度兩聯為（66 m+3×110 m+66 m）+（66 m+4×110 m+66 m），組合梁為單箱單室截面，三向預應力混凝土結構，橋面凈寬11.75 m。特大橋下部構造為：1#、10#橋墩為實心矩形墩，5#過渡墩為單肢薄壁空心矩形墩，2#～4#、6#～9#橋墩為雙肢薄壁空心矩形墩，0#橋臺采用柱式臺，11#橋臺采用重力式橋臺，橋墩高度高，其中2#、3#墩身高度81m，4#、9#墩身高度80m，5#墩身高度 83.5 m，6#墩身高度 80.5 m，7#、8#墩身高度81.5 m,超過80 m高橋墩左右幅共30根計2 429 m。空心墩底部實心段高度3 m，頂部實心段高度2m，5#過渡墩截面7×5m，其余墩身截面7×3m，薄壁空心高墩中部設置兩道橫隔梁，內導角50 cm×50 cm，該特大橋具有多墩、高墩的特點。

2 施工方案的選定

荷葉塘特大橋施工方案是經過詳細方案對比，結合現場實際情況擇優確定的。橋施工現場通過在橋的左幅紅線邊修筑施工便道，解決地面水平運輸問題，并在各個墩臺位置平整出滿足施工的場地。對于高墩施工的垂直運輸問題，在每個主墩的軸線中間設置一臺塔式起重機，并在靠便道一側的左幅墩身上附著一臺工業電梯作為施工作業通道。采用的QTZ80F型塔式起重機，回轉半徑為55 m，起重重量8 t；施工升降機SC200D型，起升高度100 m；混凝土泵送采用FHM5120THB95型高壓混凝土車載泵車，最大泵送出口壓力13 MPa，最大理論輸送高度270 m，混凝土泵管為內徑125 mm高壓管，泵管沿著塔吊塔身引升。高墩墩身施工采用RIM-240木工字梁懸臂模板體系15套，每雙肢墩兩套，5#過度墩一套，每套模板體系交替施工左右幅兩個橋墩，所有墩身模板系統安裝一次后反復使用一直爬升到墩頂。該大橋由于采用了木工字梁懸臂模板體系，取得了很好的效果，利用1 a時間圓滿地完成下部結構高墩的施工。

3 木工字梁懸臂模板體系高墩施工

懸臂模板體系施工技術是近幾年發展起來的一種新型施工技術，特別適用于空心或實心矩形高墩橋梁。其關鍵技術是采用輕型三角懸臂支撐架，通過框形結構的模板支架和三角結構的懸臂支架，栓接于已澆筑段的預埋爬錐掛座上，模板支架與懸臂支架以銷接方式連接；通過后部的微調螺栓調整并固定板面位置，利用支撐架上水平后移裝置頂緊模板與混凝土形成密貼，模板頂部和底部設有作業平臺。支架、模板及施工荷載全部由對拉螺桿、預埋件及承重三腳架承擔，不需另搭腳手架，適于高空作業。施工過程中通過起重塔機提升懸臂模板系統，交替完成橋墩混凝土澆筑。

3.1 懸臂模板體系的設計

懸臂模板體系由模板系統、懸臂支撐架系統、懸吊平臺及預埋爬錐掛件組成。

3.1.1 模板系統

外側模板由進口維薩板、H20木工字梁、橫豎肋、連接件、芯帶及插銷組成。單塊模板中面板與木工字梁自攻螺絲連接，豎肋與雙槽鋼背楞連接爪連接，兩塊模板之間采用芯帶連接，芯帶銷固定。內側模板由普通膠合板及木工字梁肋組成，墩身懸臂模板設計高度4.65 m，長度沿橋墩方向，允許最大彎矩M=5kN·m，允許最大剪力Q=11 kN，截面慣性矩I=4 500 cm4，其最大間距300 mm；雙[14槽鋼作橫肋，最大間距為1 200 mm。為防止混凝土錯臺、漏漿現象的發生，模板的下沿與混凝土墻體之間的間距控制在最小值，設置加強型槽鋼，配合使用φ20高強螺桿與蝶形螺母強行使模板與上次已澆筑的混凝土之間密貼。面板選用21 mm厚的進口Wisa木膠合板，在拼裝時，模板與模板間的接縫處，應留0.5～1 mm的空隙。每隔5塊板，接縫可以用海綿膠帶或硅膠過渡，使模板在澆筑混凝土并吸收水分后有變形的余地。高強對拉螺栓橫向間距不大于1.5 m，縱向間距與模板背楞間距一致，不超過1.3 m，螺栓外側穿PVC套管，退模時取出螺桿循環周轉使用（見圖1）。

圖1 木工字梁模板示意圖

3.1.2 懸臂支撐架系統

懸臂支撐架系統由工字鋼組成的懸臂三角桁架、模板后移裝置、預埋螺紋爬錐、螺栓連接掛件支座組成，爬錐、受力螺栓、高強螺桿、預埋件共同組成一個類似可活動的牛腿系統。懸臂支架在橋墩單面方向橫橋向設置三榀，縱橋向兩榀，沿墩身四周總共十榀懸臂支架形成圍檁形狀，各榀懸臂支架支承在沿橋縱、橫向對稱的預埋爬錐支座上，通過可移動式掛件支撐受力，掛件的上部呈斜開放，有利于平臺橫梁與牛腿的準確就位。三角支架斜撐設計成可調螺栓，可使模板前后傾斜，方便調整模板的垂直度。模板采用三角支架后移裝置整體后移，滿足鋼筋綁扎，模板清理及刷脫模劑等寬闊的工作面。

懸臂支撐架主要部件結構如圖2、圖3所示。

圖2 懸臂支撐架示意圖

圖3 預埋板及爬錐示意圖

3.1.3 懸吊平臺的設置

在懸臂支撐架上設置三層平臺，第一層是物料平臺，提供施工人員綁扎鋼筋、安裝勁型骨架，澆筑混凝土等工序操作，在允許重量范圍內可簡單地堆放一些施工機具，平臺寬度3 m。第二層是主平臺，模板系統的拆安、后移前行，墩身垂直度的調整等重要工作都在此平臺上進行，安裝的主要裝置為懸臂模板系統的后移裝置，提供施工人員的模板安拆，刷脫模劑，清理模板等工作，平臺寬度4 m。

第三層提供施工人員拆除下層支座、爬錐之用，以及修補爬錐孔等混凝土工后表面修飾，平臺寬度2 m。搭設的平臺可以沿墩身四周延伸，雙肢墩中間平臺整體連通，各平臺轉角處搭跳板可以通向左右幅前后任意一個墩，平臺四周設置安全防護欄，懸掛安全網形成全封閉施工工作平臺。

3.2 懸臂模板安裝步驟

（1）在地面平地上將膠合面板與木工字梁拼裝，拼裝吊鉤，立起后組裝主背楞三角架，連接件安裝緊固，形成整體模板系統。

（2）先安裝爬錐預埋錐板，將組裝好的模板就地安裝于第一節墩身位置，外模板安裝時，各面模板陽角連接采用斜向高強螺紋鋼筋與蝶形扣件緊固，牢固后澆筑第一次混凝土。

（3）拆除第一節墩身模板，安裝預埋件支座掛件，安裝外墻三角支撐架及平臺操作系統，提升模板，利用后移裝置調整、頂緊模板，并與第一節混凝土密貼，第二次澆筑混凝土。對于空心墩內模板安裝時，在空心墩內部安裝可拆卸掛件形成牛腿，安裝工字鋼組成工作平臺，工作平臺上安裝模板系統，先安裝陰角模板，后安裝直墻模板，通過高強絲扣螺紋鋼作水平拉桿連接內外模板系統。

（4）第二模墩身混凝土澆筑完成后，卸下螺栓，模板后移，用受力螺栓將支座安裝在爬錐上，將懸臂支架吊裝提升就位，支架卡在受力螺栓上，插上銷子，在懸吊平臺上用套筒扳手和爬錐取出器將第一節受力螺栓和爬錐取出，以便重復利用，同時用砂漿修補好由爬錐留下的孔。

（5）安裝支座掛件，采用塔吊整體提升模板及支架，循環以上步驟澆筑后續節段混凝土，同一墩柱雙肢墩采用左右肢逐節交替循環提升的方法進行，一直施工至左右幅墩封頂。

3.3 墩身混凝土澆筑

懸臂模板每提升一節澆筑墩身混凝土4.5 m，每個墩左右幅交替約10 d完成一節。墩身第一節混凝土澆筑至實心段以上內倒角上端，作為懸臂模板的導向墻，為以后各循環澆筑墩身安裝模板系統提供工作臺。在澆筑各節墩身時，如是空心墩，可在空心內部吊放鋼板制成的四方流槽，流槽沿墩身內部四角各一道，短邊中間加一道，長邊平均間距加兩道，流槽上端是方型下料斗，下料斗四周開口與各流槽相接，確保混凝土下料時四周墻體均勻，分層合理。為控制混凝土澆筑時不漏振，應在墩身四面各安排四臺振動棒，每位操作人員有序地參照主筋間距依次從一頭往另外一頭振搗，直到兩面混凝土振搗會合，混凝土面不再下沉，泛漿。混凝土澆筑時要求對稱澆筑，對稱振搗，確保模板不受偏壓而影響豎直度。

懸臂模板施工流程見圖4所示。

4 高墩施工的關鍵控制措施

4.1 高墩模板的定位測量與線型控制

4.1.1 高墩模板的定位測量

圖4 懸臂模板施工流程圖

高墩模板的控制測量與施工監測主要從墩身定位測量、墩高程測量、垂直度測量三個方面加以考慮。

（1）高墩測點與測站的高差較大，為了避免仰角過大造成的測量誤差，同時不被模板工作平臺遮擋保證通視，需要拉長測距，導線控制點布設在距橋100 m左右的位置。模板定位測量若用普通方法坐標放樣測量根本達不到墩身偏位控制的要求，規范要求縱橫差分別為10 mm，因此需要用方向觀測的方法增加測回來達到測量精度，若按放樣點位中誤差±2 mm控制，測角容許誤差大致為1.5″，采用高精度索佳SEP1X全站儀標稱1″，一測回即可滿足要求。

（2）荷葉塘特大橋地處山區，氣象條件復雜，考慮到光線折射的因素，只靠長距控制并不合適，施工中采用了DZJ2激光垂準儀配合全站儀進行高墩勁性骨架、模板平面控制與垂直度控制，并在墩外四等水準測量的基礎上加設水準基準點，利用鋼尺、水準儀配合全站儀進行墩身標高控制。

a.該墩身模板加模肋尺寸大于10 cm，兩板相交的外角正好有利于垂準儀將點投影上來且不被遮擋，相交模板可以用于膠帶固定，故計算將墩身四邊沿路線縱橫等距平移10 cm，平移后四個角點作為控制點測量放樣到現場并用水泥混凝土固定。

b.在每節立模后，在這些控制點上依次架設激光垂準儀，將點投影到模板外緣固定好的透明膠帶上，由投影點組成的矩形拉線檢查墩身模板，單肢墩四邊都能被檢查，雙肢墩墩間兩塊模板拉尺檢查前后間距就可以了，外移邊扣除10 cm后即為模板應調整到的位置。綜合考慮投影點間距、模板尺寸、日光照射后的墩身偏移，交底用于模板的平面位置的調整與控制。

c.懸臂模板可用三角支架斜撐旋轉調節螺栓，可使模板前后傾斜，調整模板的垂直度，確保模板平面位置準確到位，然后通過斜拉桿鎖緊墩身四個陽角處模板，鎖完后再次復測確保無誤。

d.利用全站儀三角高程配合懸掛鋼尺法精確測定墩柱模板頂標高,將標高垂直向上傳遞至向外挑出的物體上，利用水準儀將標高引至勁性骨架頂，依此定位墩身模板標高。

e.模板澆筑前用全站儀再次復測一次，符合設計規范要求后即可澆筑。

4.1.2 墩身施工線型控制

高敦墩身柔度大，在施工中受到日照引起的影響，墩身的軸線就會發生彎曲和擺動，模板準確定位難度較大。荷葉塘特大橋路線走向東南向，緯度在北回歸線以上，日光照射全天由正前方開始，下午三點左右轉至路線正右側，墩身緩慢向后向左偏轉，且偏轉數據與日照時間、早中晚溫差、墩身高度、墩身結構、地形條件都有關系，墩身處于一種動態之中。所以墩身在立模測量控制中需針對不同的情況采用以下方法進行控制：

（1）噴水降溫法：通過安裝在內外模板結構上的環形噴水養生管，不斷地向墩身噴水，降低陰陽面溫差，從而使日照溫差引起的墩身軸線偏位減少到最小，模板位置在調整好后到混凝土澆筑完成時基本一致。

（2）墩身模板定位放樣時選擇在無風或微風時刻，以減小因風載引起的軸線偏差，并選擇在日照強度低的時刻如在早晨太陽升起之前，傍晚日落后墩身溫差比較小的時刻，避開日照溫差效應引起的墩身平面位置偏移和墩身高度的不均勻變化等彎曲變形。在測量控制中確定一個基準溫度和基準時間測量墩身模板的高度和平面位置，以消除溫度變形對墩身成型精度的影響。

（3）為了防止儀器誤差導致墩身偏斜，每一模必須用全站儀測設墩身四個角點與垂直儀校核一次，并對墩身尺寸進行一次復測以確保墩身線形控制。

4.2 高墩外觀質量控制

高墩施工由于多次立模，多次澆注，容易引起外觀質量下降。為了提高外觀質量，經多次探索，施工中采取了以下措施：

（1）采用同一廠家的水泥、砂石、外加劑、摻和料，確保外觀的一致性。

（2）采用摻加減水劑，優化混凝土配合比，使得混凝土的顏色更均勻，和易性更好。

（3）為確保墩身外觀質量，模板翻升到位后，必須對模板進行徹底的清理、調直、修補和加固，并用優質的脫模劑均勻地涂刷在模板表面。

（4）澆筑混凝土前，提高立模精度，模板下包100 mm，模板的下部應利用三腳架上的后移裝置將模板調到緊緊地與已澆好的混凝土接觸上，模板間和下部嵌貼海綿膠帶，保證接縫嚴密，鎖緊對拉桿和斜拉桿，防止再次澆筑混凝土時不脹模、不漏漿及錯臺。

（5）混凝土應按一定厚度、順序和方向分層澆注，每層30 cm，采用插入式振搗棒星型振搗，要求移動間距不超過振動器作用半徑的1.5倍；與側模應保持5～10 cm的距離；插入下層混凝土5～10 cm，操作嚴格遵守快插慢拔要求，避免振動棒碰撞模板、鋼筋及其他預埋件。

（6）每節墻體澆筑完成后，在混凝土上彈線找平，沿線切割多余混凝土，對施工縫表面混凝土琢毛并沖洗干凈后安裝勁性骨架、鋼筋、合模。

（7）混凝土澆筑完成后，未拆模前，應在養護期間經常使模板保持濕潤，拆模后立即進行薄膜覆蓋，每3～6 h灑水一次，有條件可以不間斷噴水養護，以保持混凝土表面濕潤不開裂，養護期不少于7 d。混凝土強度達到2.5 MPa前，不得拆模。

（8）拆模后及時修復表面缺陷，保證墩身顏色一致、棱角分明。

5 結語

荷葉塘特大橋高墩施工除了進行嚴密的勞務組織外，在施工工藝上進行了突破，采用懸臂模板體系在技術上先進、方案上可行、成本上節約，安全可靠地提前完成了所有橋墩施工。通過有針對性、有效性的現場關鍵質量控制，該橋10個薄壁高墩偏位均控制在1 cm以內，符合設計及施工規范要求，做到了墩身四個菱角順直無拐點，錯臺微小不明顯，大面平整無扭曲，混凝土橋墩線型優美，外觀漂亮，在該工程施工過程中，進度和質量均達到了很好的效果。

[1]JTJ041-2000，公路橋涵施工技術規范[S].