橋梁空心薄壁墩無支架翻模施工技術探索

劉永超

（甘肅路橋建設集團有限公司,甘肅蘭州 730030）

0 引言

近年來我國西部高速公路發展迅猛，甘肅省公路建設迎來了前所未有的大發展，高速公路建設開始向山區延伸，而這些地區山勢陡峭,高差很大,而且場地狹窄,使得在橋梁建設中大量采用空心薄壁墩結構。平原區墩臺常用的支架施工在山區高橋墩施工中困難重重，大量的腳手架搭設不僅耗費大量的人力、物力，而且安全系數很低，同時工序復雜進度緩慢。無支架施工正是在這樣的背景下應運而生。無支架施工技術在空心薄壁墩施工中具有顯著的優越性和科學性，與支架施工相比，該項技術施工循環周期短，減少勞動力消耗量，節省用鋼量，具有快捷、輕巧、操作簡單，中線易控制，無明顯的混凝土接縫，混凝土外觀質量光滑，施工費用低等優勢。因此，有必要對空心薄壁墩無支架施工技術進行探索。

1 概述

空心薄壁墩是目前高速公路橋墩設計廣泛采用的一種形式。因其墩身可達到較高高度，且結構經濟實用、施工簡便而普遍受到歡迎。天定十七標鹽溝大橋和武罐高速公路大岸廟特大橋的部分下部構造就采用了這種形式。大岸廟特大橋是武罐高速公路上一座重要的橋梁。特大橋總體上分兩部分:跨線部分(橫跨S212省道)和跨河部分(橫跨白龍江)?？招谋”诙展灿?9個，斷面尺寸為6 m×2.5 m共18個，斷面尺寸為6 m×3 m共計21個，墩高最高47.5 m,最低墩高29 m，平均墩高37.93 m。施工方法采用塔式吊機提升翻模施工法，提升式鋼管模架，組合式大塊鋼模板拼裝并用拉桿、螺栓加固，鋼筋現場連接綁扎成骨架，并隨混凝土施工逐次焊接加長(每次3.0m)，混凝土集中拌和,輸送泵直接泵送入模澆筑，灑水養生。

2 空心薄墩無支架翻模施工工藝

2.1 空心薄墩無支架翻模施工工藝原理

所謂無支架翻模施工就是利用前一級已澆筑的橋墩作為承載主體固定模板，進而借助模板載體搭設施工工作平臺，隨著橋墩不斷向上施工，工作平臺及模板整體向上升移的一種施工方法。翻模是由2節大塊組合模板及支架、內外工作平臺、塔式起重機、手動葫蘆組合而成的成套模具。施工時第一節模板支立于墩身基頂上，第二節模板支立于第一節模板上。當第二節混凝土強度達到3 M Pa，第一節混凝士強度達到10 M Pa時，拆除第一節模板，此時荷載傳遞至硬化的墩身混凝土。將第一節模板作調整打磨后利用模板外固定架和塔式起重機、手動葫蘆將其翻升第三層，依此循環向上形成拆模、翻升立模、模板組拼、搭設內外工作平臺、鋼筋焊接綁扎、接長泵送管道、灌注混凝土、養生和測量定位、標高測量的不間斷作業，直至達到設計高度。每一節翻模主要由內外模板、圍帶、拉桿、作業平臺組成(見圖1)。

圖1 作業示意圖

2.2 狹窄作業區空心薄壁墩無支架翻模施工工藝流程（見圖2）

圖2 施工工藝流程圖

2.3 空心薄壁墩無支架翻模施工方法

2.3.1 模板及操作平臺制作、安裝

2.3.1.1 模板制作

（1）模板高度的選定：因墩身較高，綜合考慮每節施工時間、機具長度及鋼筋配料和減少混凝土施工縫的數量的目的，共加工2層模板，每層3 m，總共6 m。施工時，每次澆注1節模板的高度，即每次翻1層模板，澆筑3 m高的混凝土。

（2）模板構造的設計：薄壁空心墩身采用內外兩套模板，外模采用整體大塊鋼模板，由正規廠家生產，加工精度控制在1 mm以內，模板對接縫，模板拼縫認真打磨；完全消除模板橫向接縫，安裝時對豎向橫向接縫認真粘貼泡沫塑料密封條，模板拉桿預緊力要足夠，特別是已成型混凝土最上排拉桿在下一次混凝土澆筑前再次預緊，防止混凝土漏漿造成“裙子”缺陷。內模采用定型鋼模板。由于墩身高，模板倒用次數多，鋼外模面板使用6 mm厚鋼板制作，模板設有『8～『l2槽鋼圍帶及橫、豎肋，肋和圍帶皆組焊而成，保證了模板的剛度，能有效地減少模板對拉桿的使用，提高墩身混凝土的外觀質量。薄壁墩身的四個拐角設計為直角，但直角的混凝土容易發生掉角、漏漿的質量通病，因此在設計模板時，把墩身的直角改為直徑2cm的小圓角，這樣既不用變更鋼筋的位置，又能保證拐角處護混凝土的質量。

（3）墩身空心頂部的模板設計：在進行主墩頂部實心段混凝土施工時，考慮在墩身內部預埋鋼板，焊上牛腿，鋪上方木板或竹膠板作為支架，然后綁扎鋼筋，澆筑混凝土。支架放在墩身內不再取出。為了確保墩身混凝土外觀質量，模板加工要符合《鋼結構工程施工及驗收規范》的基本規定，其表面不允許有孔洞(拉筋孔除外)、毛刺、縫隙及熔渣等；模板組焊必須作磨光處理；模板的上下口應經創邊處理；模板接縫采用建筑雙面膠帶；模板的組裝應符合組裝精度要求。

2.3.1.2 平臺制作

每層模板內外設施工平臺，工作平臺在模板外側自帶，內外施工平臺是利用加固在下層已凝固混凝土上的模板，內施工平臺用內外模板及橫穿拉桿搭設。在內模板上首先搭設鋼管支架，其次上鋪木板或竹腳板，然后上鋪2 mm鋼板，用于臨時存放混凝土以及操作人員行走。外側施工平臺按每層、每塊模板分別施作，平臺與外模應連結為一個整體，隨模板一起向上翻升，平臺與模板圍帶采用Φ28圓鋼及鋼架桿作為支架連接，在平臺四周沿周邊設立防護欄桿，欄桿外側及固定架底部設全封閉安全網。施工平臺上面鋪設5 cm厚木板或竹腳手板，供操作人員作業、行走，存放小型機具。

2.3.1.3 整體安裝及加固

翻模工藝是配備2～3節模板,先安裝1節模板澆筑混凝土后,再安裝第二節模板,每次澆筑混凝土前仍有1套模板緊固于已澆筑混凝土體,上一節模板則處于待澆混凝土狀態,緊固于墩身上的支承模板是依靠自身抱箍于墩身的摩擦力以及對拉絲桿支承上一節模板重量和其他荷載。

當第二節混凝土強度達到3 M Pa，第一節混凝士強度達到10 M Pa時，拆除第一節模板，此時荷載傳遞至硬化的墩身混凝土。將第一節模板作調整打磨后利用模板外固定架和塔式起重機、手動葫蘆將其翻升第二層，依此循環向上形成拆模、翻升立模、模板組拼、搭設內外工作平臺、鋼筋焊接綁扎、接長泵送管道、灌注混凝土、養生和測量定位、標高測量的不間斷作業，直至達到設計高度。

2.3.2 模板施工

（1）立模準備。根據基頂中心放出立模邊線，立模邊線外側找平，找平層用水準儀抄平掛線，待砂漿硬化后由線路中間向兩側立模。

（2）模板安裝。模板用塔式起重機吊裝，人工輔助就位。外模板安裝后再裝內模板，用M 18螺栓將模板連成整體，然后安裝圍帶和拉桿。模板成型后檢查各部安裝尺寸，符合安裝標準后先安裝安全爬梯，然后安裝安全網，鋪設內外作業平臺。

（3）立模檢查。第一節段模板安裝后，用水準儀和全站儀檢查模板頂面標高和墩身位置，符合標準后進行下道工序。澆筑混凝土前必須檢查支撐是否可靠、扣件是否松動。在施工中,內外模在內側的傾斜角會經常變化,需經常調整。外模測量方便,容易調整;內模為閉合桶形,調整難度大,測量也較困難。澆筑混凝土時必須由模板支設班組設專人看模護模,隨時檢查支撐是否變形、松動。施工時混凝土吊斗嚴禁沖擊頂模。

（4）模板的除銹與涂油。模板在灌注混凝土前務必保護處理好板面,模板表面除銹,涂刷60%的機油與40%的柴油摻合物。涂油時,要涂摸均勻,達到模板表面油光但無油痕為準,不得漏涂。模板開始使用后每次混凝土澆筑完畢必須對模板面進行清理,先用磨光機將模板表面的灰漿清除,再用棉紗將模板擦干凈,并用洗衣粉對水清洗一遍。在模板就位前認真涂刷色拉油。(決不允許在模板就位后刷涂刷色拉油,防止污染鋼筋與混凝土接觸面)。為防止陽角模板漏漿,陽角交接處,應貼雙面膠條,然后將陽角合緊。

（5）模板爬升作業。用手動葫蘆掛住第一節段鋼模板，松開內外模板之間拉桿，卸下第一節段模板及操作架，用塔式起重機吊運至墩下安全的作業場地清理并涂刷脫模劑后按放線尺組裝為下一節段首節模板，然后按第一節段的安裝次序安裝其余部分。

（6）每節模板安裝時可將兩節模板間的縫隙用0.5～1 mm薄鋼板塞填以便糾偏。

（7）模板的拆除。施工到墩頂后，墩頂仍保留2個節段模板，墩身混凝土強度大于10M Pa時，拆除模板。拆除時按先底節段，再頂節段的順序進行。每節段模板拆除按安全網、腳手板、連接螺栓、鋼拉桿、平臺和模板圍帶、鋼模板的順序依次進行。為方便拆除，在墩頂預埋加強吊裝環，利用吊裝環懸掛手動葫蘆進行拆除、吊運作業。塔式起重機由上而下進行拆除。

2.3.3 鋼筋施工

（1）鋼筋按照不同的鋼種、等級、排號、規格及生產廠家分批驗收，分別堆存，不得混雜，且應設立識別標志。

（2）鋼筋表面應潔凈，平直無彎曲，Ⅰ級鋼筋冷彎率不大于2%，Ⅱ級鋼筋冷彎率不大于1%。

（3）受力主筋和末端彎鉤形狀應符合設計要求。

（4）鋼筋焊接前，必須根據施工條件進行試焊，合格后方可正式施焊。鋼筋的縱向焊接應采用閃光對焊。

（5）受力鋼筋焊接應設置在內力較小處，并錯開布置。對于焊接接頭，在接頭長度區段內，同一根鋼筋不得有兩個接頭，接頭面積在受拉區不能大于50%。

（6）鋼筋連接處的混凝土保護層宜滿足設計要求，且不得小于15 mm,連接件之間的橫向凈距不宜小于15 mm。

2.3.4 混凝土施工

（1）混凝土原材料。拌制混凝土所使用的各項原材料及拌合物的質量經過檢驗，符合現行《公路工程水泥混凝土試驗規程》（JTJ 053）的規定。

（2）混凝土配合比。混凝土配合比以質量比計，通過設計和試配選定。施工實際采用的材料，拌制的混凝土拌合物應滿足和易性、凝結速度等施工條件，制成的混凝土符合強度、耐久性（抗凍性、抗滲、抗侵蝕）等質量要求。混凝土澆注入模時塌落度控制在70～90 mm，以內，最大水灰比控制在0.50，最小水泥用量控制在300 kg/m3。外加劑的用量不宜大于水泥用量的0.30%。

（3）混凝土的拌合。混凝土拌合采用的JS500型強制式攪拌機，拌合好的拌合物應均勻，顏色一致，不得有離析和泌水現象。在卸料過程中，從卸料流的1/4至3/4之間部位，采取試樣，進行試驗，保證混凝土中砂漿密度兩次測值的相對誤差不大于0.8%，單位體積混凝土中粗骨料含量兩次測值相對誤差不大于5%。混凝土拌合物從拌和機出料起至入模時間不得超過15 min。

（4）混凝土運輸?；炷吝\輸能力應適應混凝土凝結和澆注速度的需要，使澆注工作不間斷并使混凝土運到澆注地點時仍保持均勻性和規定的塌落度。用攪拌運輸車運輸已拌成的混凝土時，途中應以2～4 r/min慢速進行攪動，混凝土裝載量應為攪拌桶幾何容量的2/3。

（5）混凝土澆注?；炷吝\輸鋼筋及模板檢查合格后，內外模板之間安裝混凝土灌注溜槽，混凝土用半自動料斗運送，通過溜槽或人工鏟送入模?；炷敛捎盟椒謱庸嘧ⅲ繉雍穸纫话銥?00 mm，用插入式震動器振搗，使用插入式振搗棒應快插慢拔,插點要均勻排列,逐點移動,順序進行,不得遺漏,做到均勻振實。移動間距不大于振搗作用半徑的1.5倍(一般為30～40 cm)。振搗上一層時應插入下層5 cm,以消除兩層間的接縫，且注意不要漏振、過振。澆筑混凝土時應派木工、鋼筋工隨時觀察模板、鋼筋、預埋孔洞、預埋件和插筋等有無移動,變形或堵塞情況,發生問題立即處理并在已澆筑的混凝土初凝前完成。灌注完的混凝土及時養生。作好混凝土試塊，強度達到3 M Pa以上時，清除浮漿，鑿毛混凝土表面，進行下一節段施工。

（6）第一節混凝土強度。第一節混凝土強度達到10 M Pa以上時，鑿毛清理混凝土頂面，準備下一節墩身施工。

2.3.5 安全爬梯施工

2.3.5.1 預埋件的設置

為便于無支架施工作業人員上下，在墩身的正面 (6.0 m長邊)，樓梯轉角平臺處，預留Φ100 mm孔洞（每層四個，呈“之”字形布置），以便搭設爬梯時穿設架桿。

2.3.5.2 爬梯的制作與安裝

從墩身底部起靠墩身正面搭設支架，支架整體穩定性依靠穿設在預留孔內的拉桿固定，見圖3所示。

圖3 無支架高墩安全爬梯施工圖

2.4 空心薄壁墩無支架翻模施工監測技術

2.4.1 監測的目的與內容

模板測控是以模板幾何中心與設計軸線重合為目的，在施工過程中嚴格控制施工誤差，通過使用測量儀器對豎直度、軸線偏位、斷面尺寸進行量測。以達到尺寸精確、線條流暢、表面平整、棱角分明、無裂紋氣泡；施工縫、模板接縫精細均勻等。

（1）通過墩豎直度、軸線偏位測定，了解墩身縱橫軸線是否與設計圖相符。

（2）通過斷面尺寸測定，控制模板整體穩定性、板面變形量以及加固情況。

為達到以上的監控量測目的，量測工作需要貫穿高墩無支架翻模施工的全過程。量測數據及其分析結果可立即與設計數據相比較，如量測結果與設計有較大出入時，有必要對橋梁施工進行修正，使橋梁的設計和施工納入動態的科學管理中。

具體監控量測內容見表1所列。

表1 監控量測檢測項目和標準一覽表

有關注意事項如下：

（1）用全站儀和激光鉛直儀測定模板位置和豎直度;（2）調整模板四邊存在高差;（3）克服模板自身平面位置偏移;（4）內外模間加內支撐控制壁厚,支撐間距由拉桿調整。

2.4.2 監測方法

為確保高墩施工的質量，在施工過程中，應做好墩身測量監控。因提升托架翻轉模板施工工藝測量控制墩柱斷面復雜，結合現有測量條件,利用三角高程法測定墩柱模板頂標高，采用單測站極坐標法結合量鋼尺法，控制墩柱模板主要角點的平面就位，使其滿足設計要求。一個墩柱每施工6 m,采用雙測站極坐標精確測定墩柱模板各主要點的平面位置，同時用懸掛鋼尺法精確測定墩柱模板頂的標高，以此來檢核及修正三角高程。當一節混凝土澆筑完成，即刻對混凝土面的控制點進行復測，以掌握模板在混凝土澆筑前后的變位，同時為下一節模板的安裝提供參數。

（1）在承臺施工前,首先放出墩身十字線，做好型鋼支架，將墩身預埋鋼筋準確定位并確保在整個施工過程中墩身鋼筋不移位，不偏斜。

（2）在第一次立墩身模板時，采用平面坐標法(與導線點聯測)準確測放出模板4個控制點的平面位置,采用三角高程法測放出模板頂面高程,然后利用鉛錘線測量模板的傾斜。

（3）以后每節段立模時均與第一次一樣測量控制放樣,而且還要對前一節段進行竣工檢查。

（4）每次測量時間固定在溫度、陽光等氣候因素影響較小的每天早上9點以前或下午4點以后進行。

（5）平面位置控制。墩外輪廓采用全站儀定位，將全站儀架于控制點,用坐標法通過控制模板位置來控制墩身平面位置。

墩內采用垂球法定位，由于在墩底實體段或基礎上做的中心點經常被雨水或施工廢棄物所覆蓋，墩內光線較暗，測量十分不便，經過現場的多次檢測、試驗，不斷完善，總結出四點定位垂球法來控制、檢測模板和混凝土施工的偏移情況，取得了良好的效果。

所謂四點定位垂球法，即用全站儀采用坐標法在己施工完的墩身薄壁混凝土面上放出前、后、左、右四個標準點，一般是測出墩壁在四個方位的中點，在模板安裝過程中，隨時用該四點檢校模板的安裝偏移情況。

式中：△L——模板偏移誤差，當△L＞0時表示模板向遠離該點方向偏移，當△L<0時，表示模板向靠近該點方向偏移；

L——所檢測的模板內側表面距離標準點的水平距離（一般用垂球吊線，用鋼尺實際測量）；

δ——標準點處空心墩的壁厚；

H——所檢測模板距離標準點的垂直距離（即：模板一次的安裝高度，一般控制在6 m以內）；

n——墩身的坡比，外坡比取正值，內坡比取負值。

根據偏移量的大小采取相應的校正和預防措施。測量的頻率一般為每澆筑一次混凝土用該方法校核一次。

（6）高程控制。在承臺上南北面各布設兩個水準點作為基準高程,基準高程采用三角高程測量的方法從控制點用檢定鋼尺沿墩柱向上傳遞；

3 空心薄壁墩無支架翻模施工優點

（1）可有效地控制墩身偏心、扭轉，能夠隨時糾正墩身施工誤差。

（2）適用于多種方式的混凝土運輸和提升，施工速度快。對塔吊運送及泵送混凝土施工均具有良好的適應性，可隨模板上翻同步接長泵送管道，提高混凝土澆筑速度。

（3）模板便于在施工現場制作，成本低。模板和內外作業平臺可整體同步安裝。

（4）翻模上設置懸吊平臺,方便周轉件的拆卸及混凝土表面的處理(如預埋件及穿墻孔)。

（5）模板采用整體大面積鋼模,模板接縫少,表面平整,使澆筑出來的砼表面光潔,結構尺寸準確。

（6）占用場地少,無須搭設腳手架,節約人力與財力。

（7）適宜多種測量定位方法，既可用2臺激光豎直儀也可用全站儀和經緯儀定測墩身位置和豎直度。

4 結論

本文通過對空心薄壁墩無支架翻模施工的應用研究，經過大量的實踐反饋的信息和深入的理論分析，主要得出以下結論：

（1）通過對模板面板厚度及剛度的增加有效地避免了板面變形造成拼裝困難和混凝土成品錯臺。

（2）模板拼縫寬度、表面平整度、焊縫質量、模板四角加工角度等技術指標都比普通組合鋼模板要求更高。

（3）要求施工配套設備齊全，數量充足，尤其是起吊設備。若干個空心墩可以同時施工，作業平臺上材料需求量大，起吊能力是制約施工進度的關鍵因素。

（4）墩身豎向鋼筋較多，主筋接長是影響施工進度的關鍵因素。通過選用鐓粗直螺紋接頭技術，既可降低施工成本，又能大大縮短鋼筋安裝工序時間，加快施工進度。

（5）對于平臺爬升操作人員需求相對減少，模板、支架需求量大大減少?？晒澕s大量成本，提高效益。

（6）操作簡單，可有效節約施工工期。

（7）安全專用爬梯的設計為標準化施工提供了有力保障。

[1]JTJ041-2000.公路橋涵施工技術規范[S].

[2]潘愛軍.無支架翻模法在高墩施工中的應用[J].山西建筑,2008,(17).