橋梁薄壁空心墩無(wú)支架翻模施工技術(shù)應(yīng)用探討

靳文源

(太原國(guó)省道汾河水庫(kù)段建設(shè)管理有限公司,山西 太原 030006)

0 引 言

隨著我國(guó)高速公路橋梁建設(shè)規(guī)模的擴(kuò)大,建設(shè)領(lǐng)域也逐漸向山區(qū)延伸,而山區(qū)地勢(shì)陡峭,場(chǎng)地狹窄,橋梁建設(shè)中大多采用薄壁空心墩結(jié)構(gòu),這種橋墩墩身高度大,施工簡(jiǎn)便且結(jié)構(gòu)經(jīng)濟(jì)實(shí)用。而常用的支架施工在山區(qū)高墩橋梁建設(shè)中應(yīng)用難度大,大量腳手架搭設(shè)既費(fèi)時(shí)費(fèi)力,又不利于施工安全控制,工序復(fù)雜,在此背景下,無(wú)支架施工技術(shù)便應(yīng)運(yùn)而生。無(wú)支架施工技術(shù)在薄壁空心墩中的應(yīng)用可大大縮短施工周期,降低勞動(dòng)消耗,節(jié)省材料用量,中線易于控制,且不產(chǎn)生明顯的混凝土接縫。

1 工程概況

某高速公路大橋分成跨線部分和跨河部分,共包括38個(gè)薄壁空心墩,其中斷面尺寸6 m×3 m的空心墩和斷面尺寸6 m×2.5 m的空心墩分別有20個(gè)和18個(gè),最高墩高和最低墩高分別為47.5 m和26.1 m。該橋梁薄壁空心墩抗壓、柔性抗彎性能優(yōu)良;設(shè)計(jì)新穎,同等截面墩身自重比重力式橋墩小,能最大限度減小墩身對(duì)基礎(chǔ)和基地壓應(yīng)力的要求;橋墩跨度及墩高大,可適用于復(fù)雜山區(qū)地形環(huán)境,還能降低混凝土圬工量,節(jié)省投資[1]。

2 施工方案設(shè)計(jì)

2.1 施工方案選擇

結(jié)合類似工程施工經(jīng)驗(yàn),混凝土現(xiàn)澆施工中模板工程費(fèi)、模板裝拆用工量占比較大,模板選用及設(shè)計(jì)對(duì)簡(jiǎn)化施工環(huán)節(jié)、降低材料耗用、提升工效意義重大。為此,該橋梁工程在翻模施工工藝的基礎(chǔ)上,進(jìn)行了內(nèi)外模板改型設(shè)計(jì),并進(jìn)行無(wú)支架翻模高墩施工。

無(wú)支架翻模施工技術(shù)主要借助已經(jīng)澆筑好的橋墩為承載主體,通過(guò)模板搭建施工平臺(tái),并隨著橋墩的持續(xù)向上施工,不斷向上升高工作平臺(tái)和模板。一般情況下,翻模由兩節(jié)組合模板、支架、工作平臺(tái)、塔式起重機(jī)、手動(dòng)葫蘆等材料機(jī)具組成。施工開(kāi)始后首節(jié)模板支立在墩身基頂,次節(jié)模板支立在首節(jié)模板上,并待首節(jié)模板和此節(jié)模板強(qiáng)度分別達(dá)到10 MPa和3 MPa時(shí)將首節(jié)模板拆除,荷載順勢(shì)傳遞至硬化的墩身混凝土結(jié)構(gòu)上。將首節(jié)模板調(diào)整打磨后借助外固定架及塔式起重機(jī)、手動(dòng)葫蘆進(jìn)行第三層模板翻升,如此循環(huán)向上,順次不間斷地完成拆模、翻升、組拼、工作平臺(tái)搭設(shè)、綁扎焊接鋼筋、泵送管接長(zhǎng)、混凝土灌注及養(yǎng)生、測(cè)量定位等施工環(huán)節(jié),直至達(dá)到設(shè)計(jì)標(biāo)高。

2.2 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

該橋梁薄壁空心墩墩高28.7 m和33.2 m,墩身內(nèi)外坡比分別為60∶1和40∶1,墩頂?shù)拙鶠閷?shí)心段設(shè)計(jì),高度分別為2.75 m和2.0 m;檢查口設(shè)置在墩頂連續(xù)梁側(cè)。墩頂橫縱向?qū)挾确謩e為9.5 m和3.4 m,墩底橫向?qū)?.6 m和8.375 m,縱向?qū)?.8 m和4.575 m,壁厚0.7 m和0.665 m,使用C45混凝土材料。

以鋼模板為翻轉(zhuǎn)模板,內(nèi)外模板均由直線段和圓弧段組成;外模板采用6 mm厚的鋼板,背肋和背杠分別用10#熱軋槽鋼和20#槽鋼;內(nèi)模板采用5 mm厚鋼板,內(nèi)模豎肋和背帶分別采用10#和14#槽鋼。內(nèi)外模對(duì)拉支架均使用25 mm精軋螺紋鋼,并通過(guò)雙螺母形式穩(wěn)固處理。墩身正面單塊內(nèi)外模板設(shè)計(jì)寬度分別為3.776 m和3.8 m,結(jié)合墩身高度要求,依次設(shè)置0.5 m、1.0 m、1.5 m和2.0 m四種模板調(diào)節(jié)高度。而圓弧模板則根據(jù)墩身設(shè)計(jì)坡比加工,高度與正面模板高度一致。

在外模外側(cè)將直角三角形一直角邊和模板相切形成格擋,斜邊則作為施工平臺(tái)剪刀撐,按照2 m的間隔設(shè)置,通過(guò)角鋼將成型格擋連接成施工平臺(tái),并在外側(cè)各格擋上焊接高度為1.5 m的角鋼,將相鄰角鋼焊接成欄桿,同時(shí)在欄桿內(nèi)側(cè)增設(shè)防護(hù)網(wǎng)。在模板連接處設(shè)置銷釘對(duì)接接口,模板安裝過(guò)程中對(duì)接欄桿以形成施工平臺(tái)。

3 施工方法

3.1 模板施工

考慮到該橋梁薄壁空心墩墩身較高,在綜合分析機(jī)具長(zhǎng)度、鋼筋材料、混凝土施工縫等參數(shù)的基礎(chǔ)上,按照3 m層厚共加工兩層模板。施工前從基頂中心測(cè)放出立模邊線,并在邊線外側(cè)找平后掛線;待砂漿層達(dá)到硬化狀態(tài)后依次立模。通過(guò)塔式起重機(jī)吊裝模板,再用M18螺栓連接模板,最后安裝拉桿和圍帶。待完成首節(jié)模板安裝后通過(guò)全站儀和水準(zhǔn)儀檢查墩身位置和模板頂面標(biāo)高,施工期間內(nèi)外模內(nèi)側(cè)傾角會(huì)經(jīng)常變化,必須經(jīng)常調(diào)整控制。

在混凝土灌注前必須進(jìn)行模板表面除銹和涂油處理,在模板表面均勻涂刷機(jī)油∶柴油=6∶4的混合液,涂油以表面油光且無(wú)明顯油痕為準(zhǔn)。模板投入使用后必須在每次結(jié)束混凝土澆筑時(shí),采用磨光機(jī)清除模板表面灰漿,再通過(guò)面紗擦拭干凈,用洗衣粉水徹底清洗。

模板爬升時(shí)通過(guò)手動(dòng)葫蘆將首節(jié)鋼模板掛住,松開(kāi)內(nèi)外模板間的拉桿,將首節(jié)模板和操作架卸除后,通過(guò)塔式起重機(jī)吊運(yùn)至橋下施工場(chǎng)地平穩(wěn)放置,在平地上清理并涂刷脫模劑后用于下一節(jié)段首節(jié)模板的組裝[2]。

待施工至墩頂后必須在墩頂繼續(xù)保留兩節(jié)段模板,等墩身混凝土實(shí)際強(qiáng)度達(dá)到10 MPa后再將保留的兩節(jié)模板全部拆除。各節(jié)段模板拆除按照安全網(wǎng)→腳手架→連接螺栓→鋼拉桿→施工平臺(tái)→模板圍帶及模板的次序進(jìn)行。

3.2 鋼筋綁扎

鋼筋材料進(jìn)場(chǎng)后應(yīng)分等級(jí)、型號(hào)、規(guī)格驗(yàn)收和堆放,并按堆設(shè)置識(shí)別標(biāo)志。鋼筋表面必須清潔干燥、平直,Ⅰ、Ⅱ級(jí)鋼筋冷彎率分別控制在2%和1%以內(nèi);按照設(shè)計(jì)要求確定受力主筋及末端彎鉤形狀。正式焊接前必須根據(jù)規(guī)范及設(shè)計(jì)要求試焊,符合要求后按試驗(yàn)參數(shù)施焊。在內(nèi)力較小處設(shè)置受力鋼筋焊點(diǎn),結(jié)構(gòu)長(zhǎng)度區(qū)段內(nèi)1根鋼筋不得出現(xiàn)2個(gè)焊接接頭,受拉區(qū)域接頭面積不得超出區(qū)域面積的50%。鋼筋連接處混凝土保護(hù)層長(zhǎng)度至少為15 mm,連接件橫向凈距亦不得小于15 mm[3]。

3.3 混凝土施工

(1)混凝土制備

該橋梁薄壁空心墩無(wú)支架翻模施工混凝土制備所用原材料經(jīng)過(guò)質(zhì)量檢驗(yàn)后均滿足《公路工程水泥混凝土試驗(yàn)規(guī)程》(JTG340-2020)。混凝土配合比根據(jù)質(zhì)量比確定,混凝土澆筑入模時(shí)塌落度為70～90 mm,水灰比不超出0.5,水泥用量至少為300 kg/m3,外加劑按照水泥用量的0.3%摻加。通過(guò)JS500型強(qiáng)制攪拌機(jī)進(jìn)行混凝土拌制,制備好的混合料外觀顏色均一,無(wú)肉眼可見(jiàn)泌水和離析。卸料時(shí)在卸料流1/4～3/4處取樣試驗(yàn),將混合料中砂漿密度兩次測(cè)試結(jié)果的相對(duì)誤差控制在0.8%以內(nèi)。粗集料含量?jī)纱螠y(cè)試結(jié)果相對(duì)誤差控制在5%以內(nèi);混合料從拌和機(jī)出料開(kāi)始到入模的時(shí)間控制在15 min以內(nèi)[4]。

根據(jù)混凝土凝結(jié)及澆筑施工進(jìn)度確定攪拌車數(shù)量及運(yùn)輸速度,以保證不中斷澆筑施工的情況下使混合料運(yùn)輸過(guò)程中均勻性、塌落度等性能不發(fā)生較大變化。攪拌車運(yùn)料途中應(yīng)按照2～4 r/min的速度均勻攪拌。

(2)混凝土澆筑

在完成模板支立和鋼筋安裝后,將混凝土灌注溜槽安裝于內(nèi)外模板間,通過(guò)半自動(dòng)料斗運(yùn)送混凝土混合料,借助溜槽輸送入模。按照30 cm層厚水平分層灌注混凝土,同時(shí)用插入式振搗器振搗密實(shí),振搗器應(yīng)平穩(wěn)慢速移動(dòng),移動(dòng)間距控制在振搗作用半徑的1.5倍以內(nèi)。在各層振搗時(shí),振搗器必須插入下層5 cm左右深度,以利于層間接縫的消除。混凝土澆筑施工期間應(yīng)安排鋼筋工、木工等人員隨時(shí)觀察鋼筋、模板、預(yù)埋件等移動(dòng)、變形及堵塞情況,發(fā)現(xiàn)問(wèn)題及時(shí)處理。

4 翻模施工監(jiān)測(cè)

4.1 監(jiān)測(cè)內(nèi)容

橋梁薄壁空心墩翻模施工監(jiān)測(cè)主要以模板中心和設(shè)計(jì)軸線重合為目的,通過(guò)量測(cè)儀器加強(qiáng)軸線偏位、墩豎直度測(cè)定,掌握墩身縱橫軸線與設(shè)計(jì)值的相符程度。通過(guò)斷面尺寸的量測(cè)和施工誤差控制,保證模板尺寸精確、表面平整、線條流暢,整體穩(wěn)定,無(wú)裂紋氣泡。

為達(dá)到監(jiān)控量測(cè)目的,必須將量測(cè)工作貫穿于該橋梁薄壁空心墩翻模施工全過(guò)程始終,將實(shí)測(cè)結(jié)果和設(shè)計(jì)值進(jìn)行對(duì)比,若誤差超出設(shè)計(jì)范圍,必須立即修正。該橋梁薄壁空心墩翻模施工精度量測(cè)及誤差控制要求具體如表1所示。

表1 監(jiān)測(cè)項(xiàng)目及誤差要求

4.2 監(jiān)測(cè)方法及結(jié)果

由于托架提升模板翻轉(zhuǎn)施工過(guò)程中墩柱斷面受力復(fù)雜,結(jié)合相關(guān)規(guī)范及工程施工實(shí)際,采用三角高程法進(jìn)行墩柱模板頂標(biāo)高測(cè)定,并通過(guò)單測(cè)站極坐標(biāo)法和鋼尺法相結(jié)合,進(jìn)行墩柱模板角點(diǎn)平面就位程度量測(cè)控制。墩柱每施工6 m,便通過(guò)雙測(cè)站極坐標(biāo)進(jìn)行墩柱模板各點(diǎn)平面位置的精確測(cè)定,同時(shí)借助懸掛鋼尺法進(jìn)行墩柱模板頂標(biāo)高測(cè)量,依據(jù)測(cè)量結(jié)果進(jìn)行三角高程的校核與修正。待完成具體節(jié)段混凝土澆筑施工后,復(fù)測(cè)控制點(diǎn),根據(jù)復(fù)測(cè)結(jié)果評(píng)價(jià)混凝土澆筑前后模板變形程度,為下一節(jié)段模板安裝提供依據(jù)。

采用全站儀進(jìn)行墩外輪廓定位,待全站儀架設(shè)好后用坐標(biāo)法根據(jù)控制模板位置進(jìn)行墩身平面位置控制。同時(shí)采用垂球法進(jìn)行墩內(nèi)定位,因該橋梁薄壁空心墩墩底實(shí)體段經(jīng)常遭遇雨水淋浸,測(cè)量不便,為此在現(xiàn)場(chǎng)多次監(jiān)測(cè)試驗(yàn)的基礎(chǔ)上總結(jié)出四點(diǎn)定位垂球法,進(jìn)行模板測(cè)量控制及混凝土施工偏移程度的測(cè)定。所謂四點(diǎn)定位垂球法就是借助全站儀、通過(guò)坐標(biāo)法在施工完成的墩身薄壁混凝土面上按照前、后、左、右的次序測(cè)放出四個(gè)標(biāo)準(zhǔn)點(diǎn),安裝模板時(shí),通過(guò)以上四點(diǎn)進(jìn)行模板安裝偏位程度的檢驗(yàn)校核[5]。

模板偏移誤差通過(guò)下式量化確定

式中:ΔL為模板偏移誤差(%),ΔL>0意味著模板向遠(yuǎn)離監(jiān)測(cè)點(diǎn)的方向偏移;ΔL<0意味著模板向靠近監(jiān)測(cè)點(diǎn)的方向偏移;L為待測(cè)模板內(nèi)側(cè)表面與標(biāo)準(zhǔn)點(diǎn)的水平距離(cm),通常通過(guò)垂球吊線和鋼尺測(cè)量;δ為標(biāo)準(zhǔn)點(diǎn)處薄壁空心墩實(shí)際壁厚(cm);H為待測(cè)模板與標(biāo)準(zhǔn)點(diǎn)的垂直距離(cm),也就是模板一次安裝高度,取60 cm;n為薄壁空心墩墩身坡比,內(nèi)坡比為負(fù),外坡比為正。

該橋梁薄壁空心墩無(wú)支架翻模施工過(guò)程中各節(jié)段模板偏移誤差均不超出3%,滿足相關(guān)規(guī)范及設(shè)計(jì)要求,保證了該橋梁翻模施工質(zhì)量。

5 結(jié) 論

綜上所述,該橋梁薄壁空心墩采用無(wú)支架翻模施工技術(shù),解決了高空作業(yè)難度大、垂直運(yùn)輸風(fēng)險(xiǎn)高等技術(shù)難題,工程成本節(jié)省,施工進(jìn)度有保證。無(wú)支架翻模施工對(duì)各種型式橋梁空心薄壁高墩均較為適用,甚至可用于各種類型的高聳結(jié)構(gòu)和框架、剪力墻等,能為施工過(guò)程提供安全穩(wěn)定的作業(yè)平臺(tái),并能借助模板剛度,調(diào)整模板誤差,保證墩身混凝土外觀棱角分明,平整光滑,線條平順。