圓端形薄壁空心墩無支架翻模法施工技術[權威資料]

圓端形薄壁空心墩無支架翻模法施工技術 本文檔格式為 WORD,感謝你的閱讀。 【摘要】本文以南疆鐵路吐魯番至庫爾勒增建二線鐵路工程 DK74+813 托克遜特大橋為例，介紹在惡劣氣候條件下圓端形薄壁空心墩無支架翻模法施工技術及質量控制措施，為類似空心墩施工提供參考 【關鍵詞】圓端形薄壁空心墩無支架翻模法施工技術 TU74 A 在南疆鐵路改擴建工程建設中，由于地形變化較大，高橋墩占了很大比例。薄壁空心墩能夠以較少的材料獲得較大的截面抵抗矩，既充分發(fā)揮了材料的力學性能，又較經濟的滿足了剛度要求，且結構整體性好，能夠滿足較高的抗震設防要求。在南疆鐵路全線橋梁中，墩高超過 30m 均設計為薄壁空心墩。 薄壁空心墩的施工相比實心橋墩具有支架工程量大，模板周轉慢，每次澆筑混凝土高度小的特點。本文介紹了一種不搭設外部支架，而是在外模上設置固定托架形成工作平臺的翻模施工工藝，節(jié)省材料，施工進度快，在工程實踐中得到了較好的應用。 1 工程概況 南疆鐵路吐魯番至庫爾勒增建二線鐵路工程為設計時速 160km 的國家 I 級客貨共線 鐵路， DK74+813 托克遜雙線特大橋為 59 孔 32m 跨后張法預應力簡支梁橋，全橋長度1.951km。該橋 24# 54#墩身為薄壁空心墩，墩身截面為圓端形，設計墩高最低 32.9m，最高 52.1m。墩身底部為 2.5 米的實體段，墩帽為 3.6 米的實體，中間部分為空心，墩身外壁坡度 45:1，內壁坡度 65:1。薄壁墩壁厚最小處 51.3 厘米，最大處 91.3 厘米?？招亩諆炔孔酝斜P以下 5 米處沿墩壁設置一圈 60 厘米寬， 30 厘米厚的鋼筋混凝土環(huán)形檢查平臺，供人員檢查墩身情況用。之后每 10 米高度設置一圈，每個墩共 4層檢查平臺，平臺 與平臺之間由爬梯相連。（見圖 1-1：墩身大樣圖） 工程地點位于南疆托克遜縣戈壁灘百里風區(qū)，自然環(huán)境惡劣，全年 8 級以上大風天氣在 60 天以上，且一年四季均有，極限風力達到 14 級，嚴重影響工程進度和施工安全。惡劣的氣候條件對本工程的質量控制和安全施工都提出了較高的要求。 圖 1-1 墩身大樣圖 2 施工工藝選擇 2.1 模板系統(tǒng) 薄壁空心墩身多采用滑模、爬模和翻模施工。墩身施工的垂直提升設備主要有纜索吊機、塔吊、井架等。滑模和爬模施工較適用于截面形狀不變的薄壁空心墩，且需要設置液壓頂升系統(tǒng)和爬升導軌、附墻預埋件等，工藝相對復雜。由于墩身截面尺寸與墩高關系固定，且考慮到空心墩身數(shù)量多、工期緊的因素，采用翻模法施工具有模板投入較少、工藝簡單、模板易于在各墩之間倒用形成流水作業(yè)的優(yōu)點。 綜合分析后采用定型鋼模板結合墩身的內部檢查平臺位置確定結構分段位置的施工方法，外模整體分為 10 塊，圓周部分 4 塊，直線部分 6 塊，直線段模板總長為 4.4m，橫向組成分為 3 塊 (1.7+1+1.7)米。每塊外模高 1.5 米，再根據(jù)各墩高度不同在墩身最下部配以 0.5 米或 1 米高的非標準節(jié)模板。內模使用標準 6015 和 3015 模板拼裝，其中 6015 模板用在內模直線段， 3015 模板用在內模圓弧段，圓弧段拼裝的錐形缺口用木板加工后予以填塞。 該模板系統(tǒng)的優(yōu)點是 大模板混凝土施工接縫少，每個圓弧段僅用兩塊大模板拼接，模板整體性好，易加固。 內模采用定型小塊模板，重量輕，使用人力即可進行模板的拆裝作業(yè)，無需安置墩內起重設備。缺點是小模板整體性差，加固工作量大，易發(fā)生漲模、跑模事故；同時模板拼縫多，易漏漿，影響混凝土表面質量。 2.2 支架系統(tǒng) 在南疆鐵路改擴建工程中，部分工點采用內外滿堂支架 法進行薄壁空心墩施工，人行步梯搭設在外滿堂架中。該方法的優(yōu)點是可以對整個墩身進行全封閉防護，工人作業(yè)環(huán)境好，在進行墩身缺陷修補和混凝土養(yǎng)護作業(yè)時較為方便和安全；缺點是支架搭設材料用量大，搭拆作業(yè)費工費時，同時高支架的穩(wěn)定性和安全系數(shù)要求高，必須確保萬無一失。由于本工程地處南疆風區(qū)，瞬時風力曾達到 14 級，外支架易失穩(wěn)破壞，通過計算確定支架穩(wěn)定性難以滿足抗風要求，需要用竹篾板在支架迎風面設置楔形防風罩，是十分不經濟的。 本工程所采用的無支架法有兩層含義：其一是墩身施工不搭設外架，墩身上無需預埋固定頂升 模板的預埋件；其二是在每層外模上采用角鋼支架設置成托架形成固定工作平臺，供人員作業(yè)和堆放臨時材料。該方案在施工過程中需要注意幾個問題： 墩身內部滿堂腳手架仍需設置，用于人員上下通行和內模加固，同時為保證支架穩(wěn)定性，每隔一定高度，支架應與墩身牢固連接。 外模托架應采用焊接或螺栓連接與模板形成牢固整體，并計算最大負荷，確保施工過程中的荷載不超過安全范圍。 托架的平臺和護欄應按照相應安全規(guī)范設置防護措施，確保安全施工。 2.3 起重系統(tǒng) 綜合考慮模板重量以及工期要求，在墩身施工中實際采用 QTZ40 型塔吊作為物料提升的工具，同時為保證在強風地區(qū)塔吊的使用安全，除按照塔吊安裝要求在墩身規(guī)定高度埋設附墻架外，每個塔吊額外在迎風面增加兩道與地面成 45度夾角的鋼絲繩地錨。塔吊懸臂長度為 42 米，每三個墩在中墩處安裝一臺，負責此三個墩身的起重作業(yè)。同時另外配備兩臺 50t 汽車起重機，用于機動作業(yè)。 2.4 混凝土輸送系統(tǒng) 由于混凝土泵車的最大輸送高度無法滿足施工需求，因此采用 HBT60S 型混凝土拖式地泵作為輸送設備，泵管沿墩身內部腳手架布置，隨工作面升高一同接長。每個墩身安裝一套泵管，通過墩 身底部進人洞伸出與地泵相連，便于泵車移位同時避免了每次澆筑混凝土拆卸泵管。 3 主要施工方案 3.1 工序流程 無支架翻模法圓端形薄壁空心墩施工流程見圖 3-1： 圖 3-1 圓端形薄壁空心墩翻模施工工藝流程圖 3.2 確定翻模施工流水節(jié)奏 首先將滿足計劃工期要求作為首要限制條件，根據(jù)同類工程施工經驗確定墩身每一節(jié)段循環(huán)時間，再將模板、支架等材料擬投入數(shù)量與計劃同時開工工點數(shù)量進行綜合分析，確定最優(yōu)的成本 -工期關系。后續(xù)施工展開后，即時收集流水施工的各項 參數(shù)與計劃進行對比，分析進度滯后或超前的原因，調整設備、人力等資源投入，確保工期目標的實現(xiàn)。 圓端形變截面墩身的外模尺寸與墩身高度是一一對應的關系，即外模除直線部分各墩身可以通用外，圓端部分只能用在各墩身固定高度上（高度從墩頂反算），因此通過確定每次澆筑混凝土高度來確定每工作面模板數(shù)量，從而得出模板總量與工作面數(shù)量關系，進而確定總工期。 空心墩每次澆筑混凝土高度主要受兩個因素制約：一是方便施工，盡量縮短每節(jié)段循環(huán)時間，一次澆筑混凝土高度過高，鋼筋綁扎、模板安拆等工序的工效降低嚴重；二是計 算混凝土對模板的側壓力能否滿足模板強度和穩(wěn)定性要求。由于本工藝的內模為小塊鋼模拼接而成，接縫多，整體性差，不易加固，混凝土壓力過大將增加漲模的風險。 通過計算以及參考同類工程施工經驗，本工程確定混凝土每次澆筑高度為 4.5m，即三節(jié)外模高度 。當墩身澆筑至內部檢查平臺位置時，調整該次混凝土澆筑高度與平臺位置平齊。 3.3 模板加工和安裝 外模面板為 6mm 厚鋼板，背面加勁肋采用 10mm 厚的鋼板：豎肋間距為 40cm，橫肋間距為 35cm。模板螺絲孔橫向間距為 10cm，豎向間距為 12.5cm，孔口為 1426mm 的長孔。 因混凝土每次澆筑高度按 4.5m 考慮，上次的頂模（ 1.5m 高）作為下次模板安裝的基模，每次需翻轉 31.5m共 3 層模板。外模板依靠塔吊和汽車吊進行拆除、翻轉和提升。模板在拼裝前必須進行清潔，并涂抹脫模劑保證混凝土表面質量。模板拼裝的時候，由于施工人員站立在下層的支架腳手板上，必須待下層模板全部螺栓連接完成，徹底固定后再吊裝上層模板，以保證模板的整體穩(wěn)定。內模采用人力提升，安裝人員根據(jù)空心墩不同高度的截面大小調整內模位置，確保墩身壁厚符合設計要求。內外模板用 12 的 拉桿進行連接，拉桿數(shù)量每平米不少于 4 根，拉桿外套 pvc 管，拆模時抽出拉桿可重復使用。模板加固完成后，使用全站儀測量立模截面上口的標高和平面位置，確保誤差滿足規(guī)范要求。 3.4 外模托架制作和安裝 所有外模進場后，包括圓弧段和直線段鋼模板，都首先要在地面上焊接安裝三角形支架形成托架系統(tǒng)。支架采用70708mm 角鋼焊接在模板背面，橫向間距 50cm。在支架頂面鋪設 4cm 厚度楊木板形成工作平臺?？紤]到施工地點常年大風的特殊情況，木板用 2mm 厚鐵條壓平并與支架焊接，每 2m 一道，保證平臺的抗 風能力。平臺側面每隔 50cm 焊接 1根 1.2m 高的壁厚 3mm 架子管作為護攔立柱，立柱上安裝兩道橫桿，保護施工人員的安全。整個工作平臺底部和護欄側面懸掛密目安全網(wǎng)防止高空墜落，墜物打擊。（見圖 3-2：模板托架） 圖 3-2：模板托架 模板翻升時，外托架與模板形成一個整體共同移動，只需要將各塊模板之間連接的安全網(wǎng)臨時拆除，待模板翻升到位后再予以連接即可。 3.5 鋼筋制作安裝 本橋薄壁空心墩每截面共有 720 根 16 豎向主筋，內外壁各 360 根。為配合模板工程，主筋每次接長 4.5m，采用雙面搭接焊。保護層為 5 厘米。鋼筋的綁扎及焊接嚴格按照相關規(guī)范進行。需要注意的是，在進行墩身外側的鋼筋綁扎時，由于沒有外腳手架，外模亦尚未安裝，操作人員需要在內支架懸挑出來的懸空平臺上作業(yè)，必須特別注意安全防護。 3.6 混凝土施工 根據(jù)施工工藝的要求，泵送混凝土要具有較好的流動性和和易性；在配合比設計時，采用較高的砂率（砂率為41%）和緩凝高效減水劑，摻入粉煤灰（用量為 7.5%），塌落度設計為 18 22cm。由于南疆地區(qū)夏季氣溫較高，要求混凝土的初凝時間 8 小時以上。 在砼 澆筑完成后，待砼終凝后再覆蓋、灑水養(yǎng)生。砼養(yǎng)護用水與砼拌和用水相同。砼養(yǎng)護灑水時間一般為 7 天。但是要根據(jù)氣溫、溫度、水泥品種和摻入外加劑等情況酌情延長或縮短時間。 3.7 墩頂實心段施工 空心墩墩頂實體段高 1.5 米，為懸空現(xiàn)澆板式結構，要求底模支撐必須牢固可靠，能夠承受現(xiàn)澆混凝土施工過程中的荷載。施工工序如下： 在最上層檢查平臺上搭設 9 根 2020cm 截面的方木。 在每根方木上鋪設一根 14 號的槽鋼，槽鋼長度與方木相同，并用鐵絲與方木牢固捆扎在一起。鋪設槽鋼的目的是分 散支架立柱的點荷載為線荷載，增強方木的抗剪能力。 在槽鋼上搭設腳手架至墩頂實體段底部，腳手架順橋向 11 列，橫橋向 5 行，從下至上共 5 層，步距為 75 厘米，層距為 65cm，每一行均需設置剪刀撐。 在腳手架頂部設頂托，頂托上鋪設 1010cm 方木，在方木上鋪設 1.5cm 厚竹夾板做為底模。 綁扎實體段鋼筋網(wǎng)片，澆注混凝土。為減輕支架荷載，實體段混凝土分兩次澆筑。經過計算，第一次澆注高度為 80 厘米，第二次與托盤混凝土同時澆注。 支架搭設平面和斷面方式見圖 3-3：實心段支架 平面圖和圖 3-4：實心段支架縱斷面圖。 圖 3-3 實心段支架平面圖 圖 3-4 實心段支架縱斷面圖 3.8 一些特殊的防風措施 由于工程所在地特殊的氣候條件，如何最大程度降低頻繁大風對施工的影響，確保施工安全是首要考慮因素?，F(xiàn)場采取的各類防風措施在近一年半的施工過程中較好的發(fā)揮了作用，經受住了多次 10 級以上大風的考驗。 在外模上安裝攬風繩，沿墩周圍均布 6 根。攬風繩用直徑 12mm 鋼絲繩制作，與地面的夾角不大于 60 度。 增加塔吊附墻架的數(shù)量，按照每 10m 一道布置，比設計數(shù)量增加一倍。同時每座塔吊在迎風面設置兩根成 90 度夾角的攬風繩。 風力超過 6 級時，不得進行起重作業(yè)。 加強安全教育，落實高空作業(yè)各項安全措施；同時收集天氣預報信息，刮風前做好各種防風準備工作。 4 施工中應注意的問題和處理方法 4.1 墩身施工的線形控制 薄壁空心墩的模板位置易受風力、機械振動、施工偏載的影響，往往在測量合格后，混凝土澆筑過程中發(fā)生位移。而且在翻模爬升過程中會產生累計誤差，由于模板剛度大而難以調整。 首先在支模過程 中利用垂球對薄壁墩四個角的基準點進行測量，保證模板安裝精度。當誤差難以滿足要求時，可通過在上下模板接縫處增加鋼墊片來調整模板垂直度。其次在模板安裝加固完成后，在模板上口橫橋向設置一道、順橋向設置兩道通長拉桿，拉桿用 25 的精軋螺紋鋼制作，并安裝配套螺帽。用全站儀對模板上口四角控制點進行復測，通過調整拉桿螺帽來微調模板截面形狀，使其滿足測量要求。第三混凝土應分層澆筑，泵管應沿墩身四周均勻布料，并沿同一方向順序澆筑，每層厚度為 30cm，避免混凝土面高差過大對模板產生偏壓。 4.2 混凝土配合比控制 泵送混凝土對混凝土的坍落度、和易性、砂石料粒徑等有嚴格的要求，即要求混凝土有良好的可泵性。由于本工程所在地風沙大，砂石料廠設備簡陋，砂石料易受污染，產生砂子級配不合格，石子粒徑、含泥量超標等問題。 通過在拌合站設置篩沙機、洗石機，對進場原材料進行二次處理的方式，較好的解決了不合格砂石料問題，保證了泵送混凝土質量。 4.3 內模加固問題 空心墩內模使用 3015 和 6015 標準模板拼裝，使用 U型卡和鋼管頂托加固，內模板鋼板厚為 3mm，同時單塊模板面積也大大小于外模板，因此拼裝 完成的內模板剛度和整體性差，在混凝土澆筑過程中曾發(fā)生內模漲模的事故。 分析事故主要原因，一是模板加固不到位，個別卡扣未連接；二是漲模發(fā)生在入冬以后，氣溫降低，混凝土凝固時間變長。為杜絕此類事故的再次發(fā)生，采取了以下措施：一是在內模上增加 14#槽鋼制作的通長背肋，高度每米一道，有效加強了內模的整體剛度；二是進入冬季施工以后，采取各種保溫升溫措施，縮短入?；炷聊虝r間。 4.4 混凝土的養(yǎng)護 本工程地點位于南疆戈壁荒灘，全年基本無降水，地表蒸發(fā)量大。夏季氣溫可達 44 攝氏度，地表和 模板溫度可超過 50 度，這樣的環(huán)境狀況對混凝土的養(yǎng)護提出了較高的要求。針對墩身高，水源遠的特點，每三個墩修筑了一個 8 立方蓄水池，使用揚程 100m 的高壓水泵對墩身進行噴水養(yǎng)護。 在高溫季節(jié)施工過程中，混凝土澆筑前首先對混凝土結合面和整個模板表面灑水降溫，并將混凝土澆筑作業(yè)盡量安排在一天中氣溫較低的傍晚或夜間進行?；炷脸跄笤诒砻娓采w棉被，注水保持濕潤?；炷敛鹉：?，由于在風區(qū)無法對墩身側面進行包裹，人工手持高壓水槍在模板外托架上可對整個混凝土面進行噴水養(yǎng)護， 24 小時不間斷，養(yǎng)護時間 7 天以上。 5 結語 通過無支架翻模法在托克遜特大橋薄壁空心墩施工中的應用，簡化了施工工序、便于操作，施工質量和進度能夠