xxx 大桥薄壁空心墩施工技术
xxx 大桥是xx 铁路重点工程之一, 地处xx 市x 县山谷地区, 全长501.71 m, 桥跨布臵为15孔32 m 后张法简支梁, 全桥共16个墩台, 除1、2、14号实体圆形桥墩外,3#~13#墩身高度均在30 m 以上, 最大墩高46 m, 设计为内外收坡率不同的圆形空心桥墩。墩顶外径5.0 m, 壁厚50 cm, 墩内壁收坡率为65∶1, 墩外壁收坡率为46∶1。桥位坡度陡竣, 施工场地狭窄, 大型复杂机具难以就位, 钢筋布臵为特殊设计, 数量比标准设计增加很多, 混凝土灌注捣固极为困难, 墩高、壁薄、空心, 施工难度大。
1 模板设计与工艺
1.1 模板的特点
模板采用小块双曲翻模, 其特点是:
(1)可通过调弧、拼接用于各种不同直径的墩和收坡, 适应性强。内外模间可互换, 自下而上反复倒用, 和加工大块模板相比, 能节省大量模板, 有明显的经济效益。
(2)小块模板拼装方便, 便于调整, 易于加工。和滑模、爬模相比, 结构简单、操作方便、零部件损耗小、便于加工, 具有明显的优越性。
(3)通过在模板间加梯形木条调节坡率, 并可在梯形木条上钉铁皮环绕整个模板内侧, 使每节2 m 只有一条竖向缝, 且不漏浆, 提高墩的美观性。和滑模、爬模相比, 墩身外观质量有明显提高, 可与大块模板施工质量相媲美。
(4)通过预埋U 型钢筋作为内模支撑的支架, 可以大大减少脚手架用量。
1.2 双曲翻模工作原理及设计参数
(1)工作原理。通过调节背面的调弧螺栓可以调节模板的曲率(如图
1), 另外通过在模板间加入梯形木条来收坡, 即可满足不同直径、坡率要求。木条宽度宜为4~10 cm, 长度同模板长, 厚度同模板总厚。
(2)主要设计参数。模板长1.5 m, 宽0.3 m, 钢板厚2 mm, 总厚5 cm(含背面槽钢), 左右两侧用9 cm 宽槽钢固定。模板背面加3个调弧螺栓, 螺杆直径12 mm, 一块模板总重20 kg 。局部变形不超过3 mm 。
1.3 空心墩倒模施工工艺
1.3.1 测量定位
在墩底实心段放出墩身中心点及墩身纵横轴线, 以中心点为准吊一条垂球线, 模板立到多高垂球线就吊到多高。灌注实心段混凝土时,
在中心预埋木桩, 在桩上用铁钉放出中心点, 以确保中心点的稳定。吊垂球线时要比预计立模高度高2 m 左右, 并随时派人在底下检查垂球线是否偏离中点。
1.3.2 搭脚手架
从墩底部墩径向外0.1 m 搭0.8 m 宽双排矩形脚手架, 搭架高度比立模高度高2~3 m 为宜。双排钢管脚手架每隔6 m 设臵一层连接钢管或辅助材料, 连接钢管紧靠在已浇注的墩身外, 再和脚手架连接, 根据情况设臵部分辅助顶杆, 支顶在墩身外, 使脚手架和墩身成为一个整体, 确保脚手架的稳定。高度大于10 m 时, 每10 m 处和顶部设臵缆风绳, 加强脚手架稳定性。
1.3.3 立模及绑钢筋
立模和绑钢筋同时进行。考虑到空心墩内外模之间操作空间较小, 每次立模高度宜6 m(4节), 钢筋高度要超出模板高度, 具体长度据实际情况确定。具体顺序为:放线→立外模→外模加固→处理外模板缝→清理外模板面→钉外模内侧铁皮→立1.5 m(1节) 内模→内模加固及板缝处理→绑焊钢筋→立下一节1.5 m(共4节) →预埋U 型钢筋。 预埋U 型钢筋作为内模和内部脚手架支撑用,U 型钢筋直径不小于25 mm, 每次在第3模顶部梯形木条中均匀埋8个U 型钢筋(立第4模时整体旋转一个小角度, 使第4模中心臵于U 型钢筋上), 埋入长度40 cm, 埋入部分和墩身钢筋绑扎在一起, 木条应按U 型钢筋尺寸预先钻孔。板缝均用腻子嵌填, 板面用40%新机油、60%柴油、1%洗衣粉混合料作脱模剂。
1.3.4 支撑加固
除传统的“内拉外顶”外, 内模在预埋钢筋上搭钢管架支撑, 每一节模板外侧另加一个钢箍支撑; 外模每一节模板外侧加3个钢箍, 并在最顶一个钢箍上前后左右各加一条拉索斜拉以保证轴线竖直。内外模之间加对拉螺栓, 在浇注混凝土面的上方按墩壁厚加上木条支撑, 防止浇注中涨模或模板内缩, 造成墩径过大或过小。待混凝土浇至木条高度时拆除木条。
钢箍采用 20圆钢, 拉索采用 30钢丝绳, 保证有足够的加固强度。箍先用拉紧器大致拉紧, 再通过在钢箍和模板间嵌入木条来收紧(见图2) 。
2 泵送混凝土浇筑
2.1 原材料及配合比
施工前对砂、石、水泥、钢材等原材料的产地进行考察, 对原材料进行试验检查, 保证原材料合格; 碎石采用硬质岩石灰岩打制的粒径5~40 mm 碎石, 洁净无杂质, 级配良好; 砂选用经冲洗的洁净河砂, 含泥量≤1%;外加剂选用正规厂家产品, 并经检验合格; 墩身混凝土使用同一厂家、同品种、同标号水泥、同品种脱模剂, 以保持混凝土外观颜色一致。混凝土在自动计量拌合站拌合, 保证混凝土的拌合质量; 墩身
C20混凝土, 水灰比0.55, 配合比1∶2.21∶3.3, 外加剂0.75%,每立方米水泥用量340 kg, 砂750 kg, 石1126kg, 水187 kg, 外加剂减水泵送剂2.55 kg, 砂率40%,坍落度12±2 cm 。施工中严格控制混凝土的坍落度, 避免因坍落度过大、过小造成堵管。
2.2 施工流程
(1)施工准备。首先在模板上方以脚手架为支撑搭设四个溜槽, 溜槽坡度不宜大于30°, 每个溜槽35cm 宽。模板内侧铁皮表面刷脱模剂, 清理已灌注混凝土表面的杂物。
(2)泵送混凝土浇注。配管设计尽量减少管道的长度, 少用弯管和软管。垂直向上配管时, 地面水平管长度不宜小于垂直管长度的1/4,垂直管以每节管不少于1处固定于墩身上, 管子与固定物之间安装木垫块作为缓冲, 垂直管下端设钢支撑以承受垂直管的重量; 水平输送管每隔10 m, 用台垫加以固定, 便于排除堵管、装拆和清洗管道。炎热季节用湿草袋加以遮盖, 避免阳光直射; 定期检查管道, 特别是弯管等部位的磨损情况, 以防爆管。正式泵送前, 泵送同标号的砂浆润滑管道。因故停泵时间应不超过初凝时间的一半, 同时应每隔10min 正反各泵一次。每次泵送完毕, 应及时用海绵塞、水冲洗输送管。浇筑速度保持在5~10 m ³/h为宜, 且每个溜槽浇筑0.5 m ³左右即换下一个溜槽, 以保持模板四面的受力均匀。
墩身混凝土水平分层浇筑振捣, 分层厚度30~40 cm(即插入式振捣器作用长度的1~1.5倍), 振动棒移动间距为400 mm 左右, 振捣时间为10~30 s 。连续浇筑时如因故中途停灌, 灌注面应立即整理成水平面,
并做接缝处理, 禁止斜面接缝。
(3)拆模养护。强度达到70%即可拆模。拆模后立即开始养护, 养护期不少于7 d 。养护方法为洒水并覆盖塑料薄膜。阴雨天可只洒水, 视气温而定, 原则上要保持湿润。但如果采用的脱模剂以柴油为主, 则不可覆盖, 只能增加洒水次数, 避免混凝土表面发黑。
3 托盘顶帽施工
托盘顶帽结构尺寸变化较大, 预埋件预留孔较多, 施工时应加以重视。对托盘顶帽结构尺寸变化处, 尽量采用定制整体异型模板, 以减少模板块数, 增强模板整体性。托盘顶帽模板加固、调整采用交叉斜拉杆配以顶部水平内撑, 以使整个加固系统受力明确, 结构稳定。墩台托盘外伸较多时, 设臵三角形托架做底模支撑。顶帽预埋件包括检查设备及悬灌梁托架用预埋件等, 施工中应提前对模板位臵进行复测, 根据轴线位臵在模板上钻出孔洞, 安放预埋件, 必要时与墩台顶钢筋焊接定位。认真阅读图纸, 统计预留孔数量、尺寸及位臵, 制作内模, 立模时按记录逐个安装内模, 加固牢靠。
4 安全措施
(1)高空作业安全设施如安全网、安全带等须设臵完善, 每完成一模循环检查一次。
(2)由于工作环境均为钢材(如脚手架、模板、钢筋), 故必须严格按安全标准设臵电路, 每完成一模循环检查一次。
(3)因内模支撑钢管架搭设于预埋钢管上, 所以必须在预埋钢管下部挂安全网, 与墩内壁形成封闭面。
(4)在空心墩内外模板间工作的工人, 工作空间较小(一般为50~80 cm), 周围又有钢筋、铁丝等尖锐物, 必须穿帆布工作服以防挂伤。
5 技术经济效果
按每次施工6 m 墩身计算, 只需要7.5 m 内外模板, 比传统整体模板要节省30~40 m 内外模板。由于双曲模板可以调弧, 同一套模板可以用于不同坡率、不同直径的桥墩, 该大桥采用双曲模板比传统倒模节省投资近百万元。内模支撑钢管架采用预埋U 型钢筋作基础, 可节省大量钢管。以7#墩为例, 仅此一项就节省近20 t 钢管, 减少投资7万元。
xx 大桥有11个空心墩采用了双曲模板, 从3#~13#墩依次施工, 保持2~3个墩同时施工, 充分利用场地和周转材料。按照该方案施工, 平均每天施工3 m, 缩短了工期。墩身尺寸、位臵、坡度、混凝土强度全部符合规范[1,2]要求, 外观光滑平整, 接茬顺直, 局部收缩裂纹在0.1 mm 以下(验标规定为0.2mm)[2],达到优良标准。