探討山區空心薄壁墩橋梁無支架翻模施工的垂直度控制

李 勇

（貴州路橋集團有限公司,貴州 貴陽 550001）

0 引言

公路橋梁是公路建設項目跨越山谷、河流的節點工程，受山谷、河流等不利地形地貌條件限制，公路橋梁施工難度較大，傳統橋墩施工工藝對地形依賴較大，施工安全性難以保證，且支架體系復雜，橋墩垂直度不易控制。無支架翻模施工技術克服了傳統橋梁施工技術的弊端，且具有橋墩外觀優良、垂直度好等優勢[1-3]。基于此，該文以某山區橋梁空心薄壁墩施工為例，對影響橋墩垂直度控制的因素展開研究，以期實現對空心薄壁墩垂直度的精細控制。

1 工程概況

某山區公路需跨越山谷，場地為構造剝蝕地山夾侵蝕堆積河谷微地貌，山谷河流上游山溝匯水形成，河槽寬約110 m，河道水流寬約10 m，河灘多樹林。該山區道路橋梁上部結構采用裝配式預制混凝土T梁，橋跨組合為3×40 m+4×50 m，其中3～6號墩為空心薄壁墩，最大架空高度為36 m，擬采用無支架翻模施工方案。

2 模板組成及工藝原理

2.1 無支架翻模模板組成

模板系統為工具式模板，由大型模板、工作平臺連接形成，模板翻升高度設計為3節，單節高2 m，模板均采用鋼制模板，配置楞梁和主梁，內外模板由對拉螺栓連接，并將模板與作業平臺焊接固定，形成無支架翻模模板體系，見圖1所示。

圖1 無支架翻模模板體系

（1）內外模板橫橋向由2塊模板對拼，連接處由∠10角鋼與面板焊接固定，不設公母口，再在相應位置鉆設孔洞，用M16×40螺栓連接。

（2）模板外側豎向加勁楞梁選用[8槽鋼，布設間距為30 cm/道；橫向采用∠8角鋼與面板外側連接，布設間距為30 cm/道；主梁采用雙拼[14槽鋼，每塊模板布置3道，布設間距（主梁中心距）為67.5 cm。

（3）內模、外模間采用M18對拉螺桿連接，對拉螺栓設置在3道主梁中線位置，水平間距分別設置為1.2 m、0.9 m。模板轉角位置設置45°M25對拉螺桿。

（4）翻模系統工作平臺由三角形桁架、防護欄及防墜網組成：1）三角桁架水平桿長70 cm，采用∠8角鋼與楞梁焊接固定，布設間距1.5 m；2）防護欄豎桿布設間距為1 m/道，橫欄布設間距為30 cm/道，均采用Ф50鋼管，三角桁架搭設木板，用鐵絲扎牢，為工人提供通道；3）護欄、轉角處設置安全網，防止人、物高空墜落。

2.2 工藝原理

無支架翻模施工技術以前一節段已澆筑混凝土為支撐，以頂節未拆除模板為下一節模板承載主體，其模板可隨墩柱混凝土施工翻升，直至施工至橋墩設計高度[4-5]。

（1）相較于傳統有支架施工體系，無支架反模施工技術能夠有效保證模板穩定性和橋墩施工安全性，且上一節模板以下一節模板為支撐，可確保新舊混凝土立面在同一平面，易于控制橋墩外觀質量、垂直度。

（2）模板翻升、拆除、物料運輸等均由塔吊完成，混凝土由汽車泵垂直入模。

（3）無支架翻模系統主要由模板系統、工作平臺、提升系統及附屬系統構成，見圖2所示。

圖2 無支架翻模施工示意圖

3 無支架翻模施工工藝流程

施工工藝流程見圖3。

圖3 無支架翻模施工工藝流程圖

4 施工控制要點

4.1 鋼筋位置控制

案例橋梁主受力筋為直徑25 mm螺紋鋼筋，采用滾軋直螺紋套筒連接。

（1）高空鋼筋施工階段，鋼筋定位精度控制難度較大，對保護層厚度、模板支立精度、橋墩垂直度控制等均會造成不利影響。為保證鋼筋定位精度，施工階段利用勁性骨架梁定位鋼筋，防止高空鋼筋偏位。

（2）勁性骨架梁為4 m框架，施工現場用塔吊吊裝，用全站儀定位，法蘭調節其定位精度。

（3）鋼筋安裝前，先在勁性骨架梁上標記鋼筋安裝位置，再安裝鋼筋。鋼筋施工完畢并驗收合格后，將骨架吊移。

4.2 垂直度和平面位置控制

案例橋梁3～7號墩為空心薄壁墩，橋墩施工階段風荷載、施工荷載、施工場地溫濕度變化等因素，均會對墩身垂直度控制造成影響。結合以往施工經驗及案例工程施工監測情況，若高墩施工工序控制合理，高墩施工環境溫度是影響高墩垂直度的主要因素。

4.2.1 施工偏載的影響及控制措施

無支架翻模體系中模板系統除承受澆筑混凝土側壓力外，還會承受外掛作業平臺及平臺施工荷載，故模板強度、剛度要求較高[6]。

（1）橋墩高度較高，翻模翻升次數較多，一旦模板變形，每次模板翻升累積的變形誤差會對橋墩垂直度造成較大影響，故模板采用工具式定型組合鋼模板，確保模板強度、剛度符合墩柱施工要求。

（2）模板由塔吊吊運安裝，施工工人配合進行模板定位及安裝精度調整；為便于模板吊裝及定位調整，施工現場將橫橋向模板分為兩塊，減小了模板重量，降低了模板吊運、安裝及定位調整難度。

（3）橋墩高度較高、墩身截面較大，為避免模板偏位影響墩身垂直度，現場采用對拉螺栓配合風纜固定模板，取得了良好的加固效果。

（4）墩身混凝土由汽車泵垂直運輸入模，對稱分層澆筑，分層厚度不得超過30 cm。

4.2.2 風荷載的影響及預控措施

柔性墩身受風荷載作用，墩身易順風向擺動。以3號墩為例，施工現場檢測發現，墩身高度為24 m時，l～3級風載作用下，墩頂最大擺幅約1 cm；3～5級風荷載作用下，墩頂擺幅最大可達2 cm；6級風荷載作用下，墩頂擺幅可達3 cm，可知風荷載對墩身平面位置影響較大，故墩身施工須避開大風天氣施工。

4.2.3 溫度的影響及預控措施

空心墩施工及橋梁服役階段，墩身各方向受陽光照射不均，且混凝土自身導熱性能較差，墩身內外、墩身陽光照射面與非照射面溫差較大，墩身混凝土在溫差作用下，各部位漲縮不一致引起墩柱水平偏位，使橋墩垂直度出現偏差。

（1）以3號墩為例，墩身在不同高度、不同溫差下偏位值測量結果見表1。

（2）由表1數據可知：1）墩身高度一致時，墩柱偏位隨溫差增大而增加；2）溫差一致時，墩柱偏位隨墩柱高度增加而增加；3）測量發現，墩身溫差最小時間為每日清晨太陽未出之時，太陽照射2 h左右時，隨太陽照射時間增加，墩身內外溫差擴大，隨后至中午時分，墩柱內外溫差隨之降低，下午之后，墩柱內外溫度與環境溫度趨于一致。

表1 3號墩在不同高度下隨溫差變化偏位

（3）受環境溫度影響，常規“十字線法”難以準確測定墩身控制頂面高程及控制平面位置，經施工現場反復測量試驗，分別采用“三角高程法”“四角吊錘法”控制頂面高程及平面位置，取得了良好的控制效果，同時采取適當增加測量次數的方式，結合多次校模和預置偏位法，實現了對高墩垂直度的精確控制[7-8]。

（4）由于日出前墩身內外溫差較小，此時量測墩身高度及平面位置，可有效降低測量誤差。若因天氣等因素影響，導致不具備日出前測量條件時，可根據不同溫差、高度下偏位情況，合理預置偏位，待模板初步安裝完畢，溫度穩定后，再進行墩身高度、平面位置測量，調整墩身位置偏差，確保墩身垂直度控制達到設計要求。

（5）以3號墩右幅為例，△L為偏位計算值，每次翻升后偏位數據見表2。

表2 3號右幅空心墩翻升測量結果

4.3 溫度應力控制

測量階段，除應考慮環境溫度對墩身垂直度偏差影響外，混凝土自身水化熱也是影響墩身垂直度的重要因素。施工階段發現，墩身最大溫度應力通常出現在混凝土溫度下降區段，且相應區段混凝土溫度下降速率越快，其溫度應力越大。墩身4個棱角位置溫度下降速度最快，該部位通常為最不利拉應力發生區段，通常在第4 d達到最不利拉應力狀態。

墩身較高位置混凝土養護作業難度較大，且不具備蒸汽養護條件，采用灑水覆蓋養生可有效防止混凝土溫度降低過快的問題，使墩柱澆筑混凝土充分水化。山區白天、夜間溫差較大，夜間宜采用加溫裝置適當加熱墩柱外表面，抵消墩柱內外溫差。同時，新舊混凝土接縫處，必須進行鑿毛處理，增加新舊混凝土結合度，提升新舊混凝土結合面溫度應力抵抗能力。

5 結論

該文以實體工程為依托，研究了山區空心薄壁墩橋梁無支架翻模施工的垂直度控制技術，結論如下：

（1）施工偏載會引起模板變形、偏位，可采用大型工具式定型組合鋼模板，保證模板剛度、強度，降低模板變形對墩身垂直度的影響。采用對拉螺栓加風纜加固的方式，減少模板偏位對垂直度的影響。

（2）空心薄壁墩柔性墩身易受風荷載作用發生擺動，案例橋梁3號墩高24 m，風力為6級時，墩頂順風向擺幅可達3 cm，應避免在大風天氣開展墩柱混凝土施工和墩身量測。

（3）溫度對墩身垂直度的影響包含環境溫度變化造成的墩身內外溫度變形、墩身混凝土水化熱影響兩個層面；環境溫度影響可采用“三角高程法”“四角吊錘法”控制，并選擇日出前后量測控制，減小測量誤差；溫度應力影響可采取灑水覆蓋養生、夜間保溫、新舊混凝土結合部位鑿毛處理等措施進行控制。