圓端形薄壁變坡空心高墩群模板設計及施工組織

蔡福海

(中鐵十二局集團第四工程有限公司，陜西 西安 070030)

1 工程概況

新建蒙西華中鐵路汾河特大橋全長7 980.94 m，主要為跨越侯禹高速公路、規(guī)劃G108國道、汾河河道及高差約100 m的汾河二三級階地而設。全橋共有墩臺216個，平均墩高45 m，最大墩高74 m，其中有墩高>50 m的橋墩96個。根據(jù)總體施工組織安排，墩身施工時長約16個月。

墩高>50 m的橋墩分兩種墩型(分別命名為A墩型、B墩型)，均采用圓端形變坡度薄壁空心墩。

A墩型橋墩有67個，用于32 m/24 m簡支T梁地段，墩身構(gòu)造如圖1所示，橋墩由托盤、墩頂實體段、空心段、墩底實體段四部分組成。托盤高度2.5 m，頂部橫橋向尺寸10.6 m，順橋向尺寸5.6 m；墩頂實體段厚度1.0 m，頂部橫橋向尺寸9.6 m，順橋向尺寸5.6 m；空心段內(nèi)坡比70∶1，外坡比45∶1，上下分別設置0.5 m×1.0 m導角；墩底實體段厚度3.0 m，墩底截面橫橋向尺寸11.7～12.4 m，順橋向尺寸7.7～8.4 m。

B墩型橋墩有29個，用于64 m/56 m簡支箱梁地段，墩身構(gòu)造如圖2所示，橋墩由墩頂實體段、空心段、墩底實體段三部分組成。墩頂實體段厚度5.0 m，頂部橫橋向尺寸10.0 m，順橋向尺寸5.8 m；空心段內(nèi)坡比80∶1，外坡比30∶1，上下分別設置1.0 m×1.0 m導角；墩底實體段厚度5.0 m，墩底截面橫橋向尺寸14.3～14.9 m，順橋向尺寸10.1～10.7 m。

圖1 A墩型墩身構(gòu)造圖(單位：cm)

2 模板配置

2.1 模板形式選擇

2.1.1 A墩型

A墩型采用常規(guī)模板形式，即“一模到頂”滿配形式[1]，模板基本分節(jié)高度2.0 m，根據(jù)墩高變化，在墩底配置高度1.0 m、0.5 m的調(diào)整節(jié)?？紤]吊裝重量及模板拆除方便，外模板環(huán)向分6塊布置(即直線段各1塊模板，圓弧端各2塊1/4圓弧模板)，

圖2 B墩型墩身構(gòu)造圖

內(nèi)模板環(huán)向分10塊布置(即直線段各3塊模板，圓弧端各2塊1/4圓弧模板)，模板布置如圖3所示。

圖3 A墩型墩身模板環(huán)向分塊示意圖

2.1.2 B墩型

B墩型橋墩位于整個橋梁施工的關(guān)鍵線路上，工期緊張，且受征拆等因素影響，難以自始至終順序展開施工，采用“一模到頂”滿配形式時，模板周轉(zhuǎn)組織難度大，且前一橋墩施工的順暢度會對下一墩身的施工組織產(chǎn)生嚴重影響。為打破這種制約關(guān)系，研發(fā)了一種新型的模板配置技術(shù)——變坡薄壁空心高墩圓端可調(diào)翻模施工技術(shù)。

考慮到鋼筋原材長度及混凝土澆筑高度，翻模模板分節(jié)高度按2.25 m選取，每套模板配置3層共6.75 m，每次模板翻轉(zhuǎn)2層，單次混凝土澆筑高度4.5 m，根據(jù)墩高變化，在橋墩底部配置1.0 m、0.5 m、0.25 m的調(diào)整節(jié)。由于B墩型自下而上采用同一坡比，且截面尺寸大、圓端圓弧半徑大，墩高每變化4.5 m圓弧弧長變化值相等，為圓端可調(diào)技術(shù)的實現(xiàn)創(chuàng)造了條件。

變坡薄壁空心高墩圓端可調(diào)翻模施工技術(shù)的核心思想是：在圓弧端模板上設置一種可調(diào)裝置調(diào)節(jié)模板半徑，從而適應不同墩身高度不同圓弧半徑的要求，實現(xiàn)自下而上“翻轉(zhuǎn)”的效果。即將圓弧模板按弧長劃分為若干基本單元，再將基本單元按照“以折代曲”的原理擬合成所需的圓弧半徑，如圖4所示。

圖4 B墩型墩身圓端可調(diào)模板

基本單元的長度(弧長)等于墩身高度每增高(或降低)4.5 m、圓弧長度的增加值(或減小值)的整數(shù)倍。為保證墩身外觀質(zhì)量，模板分塊不宜過多，為達到圓弧可調(diào)效果，模板設計時按照兩基本單元交界處“面板不斷開、法蘭及環(huán)向抱箍斷開”的原則處理，并在“斷縫”兩側(cè)設置可調(diào)節(jié)絲桿。可調(diào)絲桿既起到調(diào)節(jié)圓弧半徑的作用，同時起到傳力的作用[2]。

由于墩身高度不同，圓弧半徑不同，圓弧弧長也不相同，為解決弧長變化問題，將圓端模板沿環(huán)向分為3塊，兩邊2塊采用圓端可調(diào)模板，中間1塊按照對應圓弧半徑根據(jù)剩余弧長(圓端弧長-2×可調(diào)模板弧長)制作定型模板，模板分塊如圖5所示。

圖5 B墩型墩身模板分塊

2.2 模板配置數(shù)量確定

2.2.1 工期安排

根據(jù)總體施工組織安排，墩身施工總時長16個月，跨越1個冬季，冬休期2.5個月，有效施工時長13.5個月。

2.2.2 功效指標(每澆筑段)

施工工序為：安裝第1層模板范圍內(nèi)的鋼筋→安裝第1層模板→安裝第2層模板范圍內(nèi)的鋼筋→安裝第2層模板→安裝第3層模板范圍內(nèi)的鋼筋→安裝第3層模板→澆筑混凝土。

單次鋼筋安裝時長8 h，單次模板安裝時長8 h，綜合施工工效指標0.9 m/d。

2.2.3 模板周轉(zhuǎn)施工組織

A墩型模板配置形式為“一墩到頂”滿配形式，選擇同一家作業(yè)隊伍連續(xù)施工若干橋墩，模板自第1個橋墩開始，逐步向下一橋墩調(diào)轉(zhuǎn)(即在前1個橋墩第2澆筑段混凝土澆筑完成后，將第1澆筑段的模板調(diào)轉(zhuǎn)至下一橋墩，依次類推)，同一套模板施工的若干橋墩形成“階梯”狀。

B墩型模板配置形式為“一墩一套”圓端可調(diào)翻模，模板自每個橋墩的最下部澆筑段開始，逐步向本橋墩的下一澆筑段翻轉(zhuǎn)(即第1澆筑段澆筑3層模板高度，向第2澆筑段翻轉(zhuǎn)2層模板，第2澆筑段澆筑2層模板高度，依次類推)，待本橋墩施工完成后再調(diào)轉(zhuǎn)至下一橋墩。

2.2.4 模板配置數(shù)量確定

(1)A墩型：67個橋墩平均墩高60 m，單墩施工時長：60 m/0.9 m/d=67 d，墩身模板自前一橋墩調(diào)轉(zhuǎn)至下一橋墩所需時長約12 d。

若采用2套模板，每套模板施工34個橋墩，施工時長為67 d+(34-1)×12 d=463 d，折合15.4個月，不滿足工期要求；若采用3套模板，每套模板施工23個橋墩，施工時長為67 d +(23-1)×12 d =331 d，折合11.0個月，工期滿足要求，且有一定工期儲備。

(2)B墩型：29個橋墩平均墩高68.5 m，單墩施工時長68.5 m /0.9 m/d =77 d，墩身模板自前一橋墩調(diào)轉(zhuǎn)至下一橋墩所需時長約10 d。

若采用7套模板，每套模板施工5個橋墩，施工時長為77 d +(5-1)×(77+10)d =425 d，折合14.2個月，不滿足工期要求；若采用8套模板，每套模板施工4個橋墩，施工時長為77 d +(4-1)×(77+10)d =338 d，折合11.2個月，工期滿足要求，且有一定工期儲備。

2.3 兩種類型模板特點分析

2.3.1 設計及加工

A墩型“一墩到頂”滿配式模板設計思路簡單，加工方便；B墩型圓端可調(diào)翻模設計思路較為復雜，加工精度要求更高[3]。

2.3.2 工效

A墩型“一墩到頂”滿配式模板安裝方便，工效較高，但需在不同橋墩之間頻繁周轉(zhuǎn)，且下一橋墩施工組織受前一橋墩施工影響；B墩型圓端可調(diào)翻模在翻轉(zhuǎn)至下一澆筑段前需先進行圓弧半徑調(diào)節(jié)，但因相鄰兩澆筑段間圓弧半徑相差不大，調(diào)節(jié)占用時長較短；B墩型圓端可調(diào)翻模在本橋墩范圍內(nèi)進行翻轉(zhuǎn)，對其他橋墩施工無影響。

2.3.3 經(jīng)濟性

相對“一墩到頂”滿配式模板而言，圓端可調(diào)翻?？晒?jié)約模板重量約40%，并且可省去模板周轉(zhuǎn)時的倒運費用，經(jīng)濟性非?？捎^。

2.3.4 適用性

“一墩到頂”滿配式模板、圓端可調(diào)翻模均適用于連續(xù)高墩施工，但在高墩數(shù)量較少或高墩不連續(xù)情況下，更適合采用圓端可調(diào)翻模。

3 設備人員配置

高墩鋼筋、模板設備選用塔吊進行吊裝；A墩型空心墩截面尺寸相對較小(約17 m3/m)，墩高40 m以下段落混凝土澆筑采用汽車泵泵送，墩高40 m以上段落混凝土采用塔吊斗送澆筑；B墩型空心墩截面尺寸相對較大(約55 m3/m)，墩高40 m以下段落混凝土澆筑采用汽車泵泵送，墩高40 m以上段落混凝土采用混凝土輸送泵泵送[4]。

A墩型配備3套模板，選擇3個作業(yè)隊伍施工，每個隊伍配置1套模板，根據(jù)相關(guān)經(jīng)驗，每次澆筑段高度選擇6.0 m時，工效最大。每次澆筑高度6.0 m時，每個橋墩占用8.0 m模板，1套模板可同時供8個橋墩施工。每個作業(yè)隊伍設備、人員配置見表1所示。

B墩型配備8套模板，8個橋墩同步施工，每次澆筑高度4.5 m，選擇一個作業(yè)隊伍進行施工，作業(yè)隊伍設備、人員配置見表1所示。

表1 不同墩型設備、人員配置表

4 主要質(zhì)量控制及安全防護措施

4.1 主要質(zhì)量控制措施

4.1.1 鋼筋保護層、鋼筋間距控制措施

為防止墩身鋼筋保護層超限、鋼筋間距不均勻，制作了保護層控制模具，保護層控制模具采用80 mm×80 mm×6 mm角鋼制作，分立桿及水平連接兩部分，如圖6所示。立桿同水平連接之間焊接，立桿坡比同墩身坡比，通過水平連接固定于已安裝墩身模板頂部。

4.1.2 空心墩壁厚控制措施

為保證空心墩壁厚均勻、準確、壁厚偏差滿足相關(guān)要求，設計加工空心墩壁厚控制卡具，卡具由連接角鋼、精軋螺紋鋼、螺母組成[5]，如圖7所示，設置于待澆筑段模板頂面，沿環(huán)向每1.0～1.5 m布置1處。

4.2 主要安全防護措施

4.2.1 安全操作平臺設置

在每層墩身模板外圍設置安全操作平臺，安全操作平臺由平臺支架、剛性密目網(wǎng)鋪底、防護欄桿、安全網(wǎng)等部分組成，如圖8所示。平臺支架采用

圖6 鋼筋保護層控制模具 圖7 空心墩壁厚控制卡具

∠63角鋼焊接，寬度1.0 m，通過高強螺栓栓接于墩身模板豎肋上，支架間距1.5 m；支架頂面滿鋪剛性鋼絲網(wǎng)作為鋪底；平臺外圍焊接高度1.2 m的防護欄桿，欄桿間用3鋼筋連接,并掛設鋼絲網(wǎng)進行防護。

在墩內(nèi)設置可提升的內(nèi)操作平臺，作為施工人員操作和機具放置平臺，如圖9所示。內(nèi)平臺隨施工需要上下升降，在鋼筋安裝階段及混凝土澆筑階段，將內(nèi)平臺提升至已安裝內(nèi)模板頂部；在內(nèi)模板拆除階段，將內(nèi)平臺下降至待拆除模板底部。

內(nèi)平臺骨架采用10 cm×10 cm方管焊接而成，根據(jù)墩內(nèi)最小截面制作，其上滿鋪間距10 cm×10 cm鋼筋網(wǎng)和竹膠板，與墩身搭接處采用內(nèi)徑8.5 cm抽拔圓管，設計時保證抽拔圓管穿入方管內(nèi)最小

圖8 空心墩外平臺設置(單位：mm)

圖9 空心墩內(nèi)平臺設置(單位：cm)

長度不小于1.0 m。同時，在墩身對應位置處預留深度不小于30 cm、?10 cm的預留孔。

通過在墩身模板內(nèi)外設置安全操作平臺，封閉高空作業(yè)環(huán)境，變高空作業(yè)為“地面作業(yè)”，消除安全隱患。

4.2.2 上下通道設置

在墩身旁搭設專用爬梯作為人員上下通道，爬梯外側(cè)滿布剛性安全防護網(wǎng)。為確保爬梯穩(wěn)定，每搭設6 m與墩身固結(jié)一次。上下通道設置如圖10所示。

圖10 上下通道設置(單位：mm)

5 結(jié)束語

實踐證明，“一模到頂”滿配式模板、圓端可調(diào)翻模兩種模板配置形式均適合連續(xù)高墩群施工；圓端可調(diào)翻模雖設計復雜、加工精度要求更高，但其經(jīng)濟性更好、適用性更強；開發(fā)的墩身保護層控制模具、空心墩壁厚控制卡具能有效的發(fā)揮作用，克服墩身施工質(zhì)量通??；設計的內(nèi)外安全操作平臺可封閉高空作業(yè)環(huán)境，變高空作業(yè)為“地面作業(yè)”，消除安全隱患，可供同類型橋梁施工參考借鑒。