橋梁高墩液壓爬升模架施工技術

向程彬

(廣西桂鹿高速公路有限公司,廣西 桂林 546100)

0 引言

在橋梁設計施工水平持續提升的背景下,墩柱高度不斷增加,矩形實心薄壁高墩成為橋梁施工主要用類型,且具有墩身截面大、結構輕便的優良特點。但矩形實心薄壁高墩對模架穩定性具有較高要求,傳統翻模施工方法無法滿足矩形實心薄壁高墩施工穩定性要求。而利用小自重、低成本、便捷安拆的液壓爬升模架施工技術,有望提高橋梁矩形實心薄壁高墩穩定性。因此,探究液壓爬升模架施工技術在橋梁矩形實心薄壁高墩施工中的應用具有非常突出的現實意義。

1 工程背景

某工程為新建工程,橋梁平面為直線,面寬20.5 m,橋長1 317 m,橋跨組合為5×(4×40)m+3×40 m+(70+130+70)m+3×40 m。其中主橋上部結構為3跨連續鋼構箱梁,主墩為雙薄壁矩形實心高墩,墩身為C50混凝土,鋼筋為φ32 mm、φ16 mm、φ12 mm的HRB400鋼筋;過渡墩為薄壁實心墩,墩身采用C40混凝土,鋼筋為φ28 mm、φ16 mm、φ12 mm的HRB400鋼筋。

工程位于低緯度南亞熱帶向中亞熱帶過渡帶,地震動峰值加速度<0.05 g,地震譜特征周期為0.35 s。區域氣候溫和,雨量豐富,季節分布不均,全年日照在1 531～1 672 h,年均氣溫為20.2 ℃,降雨高峰期(5～6月)月均降雨量為250～300 mm。工程建設區域內發育河流,流域面積為7 592 km2,兩岸支流坡降陡峭,集流速度快,最大流速達到4.44 m/s。區域內地下水為松散層孔隙水、基層裂隙水、碳酸鹽巖溶水,賦存于基巖裂隙、巖溶裂隙內。因主橋跨越段為水環境敏感區,對地形地貌、水質具有較高要求,在整個施工期間需嚴格落實綠色施工理念,集中堆放液壓爬升模架施工廢棄物,降低液壓爬升模架施工對周邊環境的負面影響。

根據橋梁矩形實心薄壁高墩特點,擬采用液壓爬升模架施工技術。液壓爬升模架施工技術簡稱為爬模技術,包括爬升模架、爬升設備幾個部分。液壓爬升模架施工主要是在液壓頂升系統提供動力,促使模板架體、導軌之間形成互爬,實現液壓爬架的穩步上升。在技術應用過程中,導軌、爬架互不關聯,均以埋件支座為支撐,可一次組裝整體爬升,操作便捷,安全性能高且材料損耗率低。

2 橋梁高墩液壓爬升模架施工技術

橋梁矩形實心薄壁高墩液壓爬升模架施工時,先按照普通模板施工方法處理墩身首節段,并增設預埋錐銷,澆筑首節墩身混凝土后拆除模板并安裝下架體(含爬架、刮板),再處理第二節墩身,包括支模、預埋錐銷安裝、模板加固、混凝土澆筑、上架體安裝、拔出錐銷、模板后移、刮板安裝、錐銷加固、受力吊桿錨固、第一模刮板拆除、第一模爬升、受力方銷安裝、受力吊桿卸載、埋件安裝、模板加固、混凝土澆筑等。整體作業循環開展,直到墩身全部處理完畢。處理流程見圖1。

圖1 液壓爬升模架施工流程示意圖

由圖1可知,墩身鋼筋、模板安裝料為現場集中制作成型,經塔吊安裝;混凝土則為拌和站統一配置運輸至墩位送料入模。

2.1 施工準備

2.1.1 場地準備

在液壓爬升模架施工前,技術人員應根據施工方案貫通施工便道,對現場土地進行平整。同時,因工程受自然條件限制,材料進場運輸難度大,加之高空模板受力自成體系,矩形實心薄壁高墩定位難度大,應預先修筑棧橋,為矩形實心薄壁高墩施工提供平臺[1]。之后根據設計圖紙,計算高程面軸線點與輪廓點,利用全站儀放出墩身縱軸線、橫軸線、墩身模板大樣控制線,并在承臺上標注,為后續操作做好準備。同時,以網電為主、以自發電為輔,完善現場電力資源使用體系。

2.1.2 材料準備

在施工前,技術人員應組織機械材料進場。在機械進場后,申請驗收,驗收后及時調試,為機械設備應用于液壓爬升模架施工提供依據。在水泥、鋼模板、爬架等材料進場后,進行檢驗,確認合格后整齊堆放到預先設計的場地[2]。

2.1.3 施工交底

在施工前,技術人員應組織基層操作人員熟悉液壓爬架施工圖紙與矩形實心薄壁高墩施工要點,全面開展技術交底,促使基層操作人員熟悉矩形實心薄壁高墩液壓爬升模架的內容與技術要點,確保現場施工可控在控。

2.1.4 試驗段施工

在正式施工前,設置一段試驗段,有序開展鋼模板組拼、脫模劑涂刷、鋼筋綁扎、混凝土澆筑、爬架安裝等作業,確定最佳施工參數,控制混凝土保護層厚度與鋼模板組合方式,為正常爬架施工的開展提供保障。

2.2 燈籠架安裝

準備工作完成后,根據矩形實心薄壁高墩四周位置,利用[10槽鋼立桿、[10踏步承重梁、3 mm厚花紋鋼板組成2層燈籠架(2 m×2 m)。燈籠架承重梁與墩身鋼筋底部周邊延伸鋼筋焊接,四角位置則固定膨脹螺栓,防止燈籠架傾覆[3]。同時,在燈籠架踏步上20 cm位置圍護踢腳板,頂部周邊設置φ8 mm鋼管焊接而成的護欄,護欄高度為1.2 m,配合周邊密目網,避免施工期間雜物掉落。

2.3 鋼筋安裝

鋼筋安裝是高墩爬升模架施工至關重要的一步。根據鋼筋安裝要求,技術人員應鑿毛承臺墩身位置(或施工縫位置)混凝土,促使新鮮混凝土面出露。進而利用水沖洗的方式,清除混凝土屑、雜物,校正墩身預埋鋼筋豎直度、平面位置[4]。

現場準備完畢后,檢驗進場鋼筋等級、型號、外觀、規格以及出廠質量檢驗報告單、合格證,確認鋼筋外觀無損傷、油污、銹跡、彎折、變形等問題。根據鋼筋加工要求,統一進行鋼筋表面處理與鋸切下料操作。初步加工后,利用直螺紋套筒連接鋼筋主筋,安裝時最小擰緊扭矩值與鋼筋直徑存在一定關系,具體見表1。

表1 直螺紋套筒連接鋼筋主筋擰緊扭矩取值表

鋼筋連接后,將其運輸到現場,根據規范利用塔吊安裝。在該橋梁矩形實心薄壁高墩每節澆筑高度為4.5 m時,避開6級及以上大風、雷雨、夜間,根據設計圖紙位置與規范,有序安裝主筋。主筋骨架長度偏差≤±10 mm,高度與寬度偏差≤±5 mm。主筋安裝定位后,利用石筆繪制主筋上箍筋間距,逐根綁扎,箍筋間距與構造箍筋間距偏差≤±10 mm。若需拼接鋼筋,則先將鋼筋對準軸線,再利用管鉗扳手扭緊,促使直螺紋套筒內2絲頭在中央位置頂緊,且接頭長度區段≥500 mm,總面積小于總截面積的50%,同一根鋼筋接頭數量≤2個[5]。

在鋼筋綁扎后、模板安裝前,技術人員可以利用相互錯開的梅花形布置方式設置混凝土墊塊。墊塊分散布置,布置數量為≥4個/m2,控制保護層厚度偏差≤±10 mm。

2.4 模板安裝

橋梁矩形實心薄壁高墩施工用模板為定型鋼模板,每一節模板長4.61 m,安裝方式為塔吊吊裝第一節、第二節,爬模整體提升其他節。在第一節、第二節吊裝前,技術人員應均勻打磨模板外表面,除去銹跡。處理后,均勻涂刷脫模劑。脫模劑涂刷完畢后,對照設計圖紙,對墩柱中心點、模板邊線進行放樣。根據放樣點,將一層砂漿鋪墊在低節模板、承臺之間,鋪墊層厚度為3 cm,規避立模時漿液滲漏問題。

第一節、第二節模板吊裝方式為2點吊起法,需要先將溜繩均勻布置在模板下端并與模板重合,再利用撬棍調整模板絲扣,逐步緊固全部螺絲,并利用φ25 mm精軋螺紋鋼、雙螺母分別加固模板、拉桿。在下部固定后,利用鋼絲纜繩固定模板上端,纜繩、模板之間維持角度為45°～60°。同時,將雙面膠粘貼到模板與模板接縫,形成外觀規則的模板。

在模板安裝后,根據前期放出的墩身模板大樣控制線,對模板位置進行校正核對,確定模板平面位置精確度與垂直度均與設計要求相符。

2.5 混凝土澆筑

在混凝土澆筑前,對橋梁矩形實心薄壁高墩身防撞護舷、爬架推銷等預埋件進行檢查。確定預埋件位置無誤后,復核墩身高程、平面坐標、模板垂直度、平整度等。復核后,將模板內多余雜物清除,并封堵模板孔洞、縫隙。同時,利用清水潤濕表面。

在第一節混凝土澆筑時,利用吊機提升料斗法(或泵送混凝土),進行操作,澆筑高度為4.5 m。因混凝土自由傾落高度>2 m,設置串筒設施,經傳串筒將混凝土輸送到模板底部,分層對稱澆筑,每層澆筑厚度≤30 cm[6]。同時,以振搗棒作用半徑為間距,均勻插入5～10 cm振搗,每一振點振搗時間為20～30 s,確保表面混凝土不再下沉且無氣泡冒出。澆筑到頂層(稍微超出模板頂)時,利用木抹子抹平,獲得一條上節段、下節段平齊接縫。

混凝土澆筑后,輕輕敲擊轉動預埋錐銷,同時包裹塑料薄膜,包塑養護。在混凝土達到設計強度(≥2.5 MPa)后,拔出錐銷并向后移動模板,獲得掛板安裝空間,插入錐銷錨圈,為爬架安裝提供良好環境。拆模時,一般需要借助塔吊吊起模板一側頂部,從上層到下層分層拆除,確保拆模期間混凝土表面完整。

2.6 爬架安裝

爬架模板安裝高度為4.61 m,施工高度為4.5 m,僅在長邊布置爬架模板對拉桿(見圖2)。一個橋梁矩形實心薄壁高墩布置8榀,單根拉桿運行抗拉強度≥100 kN。首次拆模且混凝土達到10 MPa及以上后,進行預埋爬錐設置;根據預埋爬錐所在位置,借助鋼刷清理表面并均勻涂抹黃油;依據預埋爬錐銷孔水平基線,在同一軸線設置附墻裝置,相鄰附墻裝置中心距誤差在<2.0 mm;在已焊接模板定位套內安裝預埋爬錐,安裝深度≥430 mm;同時,根據受力位置孔位加強要求,將鋼筋網片設置到安裝位置。重復以上操作,進行受力吊桿與爬升架體安裝[7]。

完成附墻裝置安裝并確定油箱焊縫完好且電機正常運轉、油量達到80%及以上后,選擇足夠起重力的塔吊,先提升2 cm,確定受力點正常后,平穩吊起已在地面組裝的爬架(兩爬架中心距與首次預埋爬錐中心距誤差、對角線誤差均≤1 mm),在主次平臺安裝。主體吊裝后,利用φ25 mm精軋鋼與φ28 mm鋼筋組成的端頭拉桿,錨固四周圍護端頭與短邊安全梁、防墜保險楔。安裝模塊安裝完畢后,在平臺上放入首次澆筑模板。模板放入后,借助塔吊平穩吊裝模板,確定模板均衡受力。必要時,將斜撐桿、U型鎖卡分別焊接到后移架懸臂位置、后移架交叉位置。同時,為獲得平整的模板接縫,在利用不同規格槽鋼處理主背筋的基礎上,利用U型連接件+插銷連接鋼模板與主背肋。

在第二次澆筑混凝土達到拆模強度的同時,根據施工方案,選擇光線充足、風級<6級、非雷雨天氣,使長邊外模依托爬架模板整體向后方移動6.0 m±1 mm,此時液壓泵壓力≤7 MPa。后移長邊外模后,將模板上雜物清除,同時借助插銷鎖緊后移裝置,將短邊模板懸掛到長邊模板上。在固定位置插入受力吊桿與附墻裝置,連接無誤后前移模板,促使模板、混凝土表面相距20 cm,完成第一次爬升。爬升參數見表2。

表2 液壓爬升參數表

第一次爬升到位后,循環拔出爬錐銷→拆模→安裝刮板→插入爬錐銷→安裝爬架與短邊安全裝置→安裝受力吊桿→校正模板→爬升操作。每次操作均需要清理模板,均勻涂刷脫模劑,穩固預埋件系統。根據模板拉桿孔位置,貼近混凝土表面移動模板,并借助線墜調整模板垂直度,確定模板垂直度與要求相符后插入后齒輪銷,穿入套管與拉桿,逐一緊固對拉螺桿。再次檢查模板垂直度,確定模板垂直度無誤后,進行每一根斜支撐緊固。緊固后,拆除模板,將全部穿墻螺栓、陽角斜桿與拉桿、后齒輪銷拆除,向后移動模板后插入后移插銷。為保證整個模板安裝安全進行,技術人員應根據施工方案同步安裝扶手、安全網、梯籠,直到預設工作高度。

進入尾聲時,拔出前一個模錐銷,完成液壓爬升施工。液壓爬升施工結束后,借助塔吊拆除模板以及主平臺上的模板桁架系統、液壓裝置、配電裝置、主平臺跳板、液壓控制泵站及其他構配件,之后拆除爬錐、主梁三腳架、平臺等并進行預埋件孔封堵。整個過程中,應打包拆除液壓系統油管主控油站,避免配件遺失。若現有設備無法滿足起重條件,則分段拆除上架體,確保拆除作業安全開展。

3 施工效果

橋梁矩形實心薄壁高墩的液壓爬升模架施工效果良好,可突破自然條件限制以及作業面多、設備與材料無法順利進場、資源配置不一、模板受力自成體系致高墩定位控制難等難題,有效解決不確定風險因素,順利達成質量、進度、安全、文明、環保方面的施工目標以及工程合同要求。在質量方面,工程達到國家現行工程質量驗收標準,實現質量創優模板;在進度方面,工程在總工期限度內完成施工任務,階段工期控制效果較佳;在安全方面,工程施工期間未發生安全事故;在文明環保方面,工程臨時工程數量較少,沿線生態環境及自然景觀保護得當,實現文明環保施工目標。

4 結語

綜上所述,液壓爬升模架適用于橋梁矩形實心薄壁高墩施工。在標準節澆筑高度一定的情況下,施工技術人員可以按照普通模板施工方法進行第一節墩身澆筑。在完成第一節墩身澆筑后拆除模板,進行爬架安裝,開展第二節墩身澆筑,并安裝上架體,爬升第一模,爬升到位后卸除受力吊桿,加固模板,循環作業,直到完成矩形實心薄壁高墩施工。