所属栏目：推荐论文发布时间：2011-04-02浏览量:298
薄壁空心墩技术的应用
胡俊年
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摘 要： 本文对空心墩施工从多种方案进行对比分析，理论与实际相结合，正确选择最合理的施工方案
关键词： 薄壁空心墩 翻模 高墩
一、 工程概况：
新建精伊霍铁路S7标段中铁二十一局承建的尼勒克特大桥，S7标是本条线最大的标段，尼勒克特大桥是本线空心墩最多的特大桥，位于天山南麓低山克其克苏布台黑桑的一座旱桥，为跨深沟而设，桥位于两侧山坡间，沟、槽为雨、雪汇流而成，平时干涸无水，海拔在1250~1260m，全长860.34m。本桥精台、1#~16#墩位于直线上、17#~25#墩、霍台位于R=800m的圆曲线及L=150m的缓和曲线上，本条铁路是新疆境内第一条电气化铁路，设计时速120km/h，施工时墩顶帽设牛腿平台。
① 地质情况：工程地质为第四系全新洪积粉土、中砂、上更新统风砂质黄土、第三系砂岩、泥岩、砾岩及石炭系下统砂岩夹页岩，精台、1#~11#、13#、14#墩基础基底置于石炭系砂岩夹页岩层中，15#~24#墩置于砂岩层中。
② 地形地貌：本桥位于山谷中，其精台、3#墩位于山顶上，其他位于山体半坡，依山而建，地形复杂，道路不畅，山坡陡峭。
③ 该桥特点：本桥地形复杂，依山而建，道路不畅，工程地质情况多变，空心墩较多，给施工带来较大困难。本桥8#~21#墩为空心墩，共14个。墩高最高58.0m，平均墩高45.0m。且坡比有两种：46：1与54：1，墩形状为圆端形。共计26孔32m后张法预应力混凝土梁。桥台设计有两种：精台为挖方台、霍台为T形台；实心墩坡比为40：1，最高29m。工期紧张，施工方案制定及编制施工组织设计困难较大。
④ 气候环境：其年平均气温1.1~3.4℃；最冷月平均气温-12.2~-13.7℃；最热月平均气温12.9~17.1℃；极端最高气温28.0~38.0℃；极端最低气温-29.0~-39.0℃；平均降水250~860mm，汛期发生在4~7月份，洪峰多为雪雨混合型洪水，洪水来时伴有大量泥沙石倾泻而下，历时短促；并且常年风大，处于风口地带。
⑤ 大临工程：人员进场共计：150人，队部设200m2彩钢板房， 设办公室。并设500m2钢架帐篷。水由博尔博松河支流挖蓄水井并砌筑，设泵抽至工地沉淀池经过滤至蓄水池中。工地设变压器，350kva 1台，由桥中分别向桥两头输送动力380V高压及生活220V低压电。施工便道顺桥向东、西贯通将基坑清基土推平设10m宽道路兼堆放材料和机械运转。遇山石，炸山开路，保证每个桥墩道路畅通，具有工作面；拌合站设配料机1台，强制1000搅拌机2台，70混凝土输送泵1台。料场全部硬化处理，且分仓堆放，水泥、钢筋加工区搭设防雨蓬。
二、各分部工程技术情况
1）基础部分
①基坑地质复杂多变岩石变化多：泥岩、砂岩，砂岩夹页岩。并
有断裂带，风化层较厚等情况，因此多发生设计变更，因基坑是
岩石分布因此均需爆破作业。
②基础设计情况：本桥基础设计形式较多。其中：14~21#、24#、25#、霍台为挖井基础，形状为圆端形、圆形、方形三种形状。挖井基础最深15m，基坑均设砼护壁。精台、1~11#、13#为明挖满灌基础，12#为钻孔桩承台基础，孔桩深20m。
2）墩身部分 ①实心墩：本桥为26孔32m特大桥全长860m，
共有27个墩台，其中实心墩11个，最高实心墩29m，坡比为
40：1。其中双米墩共3个、单米5个、双米半共3个。因此实
心墩模型加工为一整套钢模。并设2米、2.5米.1米调节段，模
型制作高度29m。排架搭设双排供操作。
②空心墩：本桥27个墩台中，空心墩为14个，其中墩高超过
50m的合计5个，最高墩58m，空心墩坡比为两种形式： 54：1
（65：1）的6个，坡比46：1（65：1）的8个，此种坡比最高
墩41.5m，壁厚由30cm—75cm不等。墩内外设检查设备及环内
平台，并且每隔4m交错设置通风口。
3）托盘顶帽部分：
本桥实心墩顶帽尺寸2.5×6.0m，空心墩顶帽：4.1×6.2m和5.7
×7.2m墩台顶帽设牛腿平台、防落梁措施、支座预留孔。本桥
支座为圆柱球面YZM型，垫石高31cm，顶帽预埋各种铁件，空
心墩设移梁铁环。
三、施工方案选择
该桥造价较底，并且工程复杂、地质变化不定，墩高空心墩多等
因素影响，由于工期的限制，因此施工方案既要考虑经济性，又
要确保工期，保证外观质量。经局指、项目部领导多次研究决定，
采用钢翻模，制做两种坡比的钢翻模各一套，但因钢翻模施工速
度慢，且本桥空心墩坡较多，无法满足施工需要，后经多次讨论
研究，又另加工46：1的木模一套。但在施工中接到建设方要求
整条线工期全部提前半年的通知，单位领导经研究决定重改施工
方案，将原来的施工方案全部重新编制，决定空心墩外模制作整
套定型钢模，内模采用木模外贴2.5mm冷卷钢板或1015小型钢
模拼装。实心墩采用整套定型钢模施工。现将这3种模型施工方
案工艺技术要求分别叙述，其各自优缺点，大家将会一目了然，
以供今后施工空心墩借鉴。
方案一 钢翻模施工
该桥起初未考虑工期提前，经过比选决定制作钢翻模两套即:46：
1与54：1各一套。该桥21#墩、11#墩用钢翻模施工，内模用木
模加工。11#墩共计52.5米，施工期近3个月。21#墩33米高，
施工期75天。现就钢翻模具体施工情况介绍如下:
①. 钢翻模制作：钢翻模制作理论，其将圆端形桥墩半圆6等分并设调节小模，其6等分加工成平直段而不弯弧，加工形状为扇形。具体施工圆弧，依靠设计的32螺杆紧拧肋片成弧。模型每两肋片间距为30cm、板面厚6mm，此种做法较省材料，但施工速度慢。圆弧不圆顺，不易校正拧圆,加直段不变化，模型间由14的螺杆联接，钢翻模每组4节，每节2M高，每次可上翻六米，翻模校正无误后墩外围上抱箍。每节模型上下口各一道。模型外侧焊接钢板打眼,与施工平台角钢连接，平台宽0.8m.
②. 钢翻模施工：刚翻模每块重约200kg左右，由操作人员先在地面将其平板弯成圆弧形状，再由人员搬至施工平台上，人工用导链提升安装。经安装校正加固抱箍后，浇注砼。其首次立8米高。以后在同一个墩上，每次上翻6米。加固校正后，再依此逐节上翻施工至完毕。经过现场操作，发现钢翻模施工较慢，并且校正困难，每翻一次周期较长，花费时间多，几何尺寸不便控制。但其使用机械较少，只需用导链提 升、拆模即可。其与木模相似，施工工期紧张不宜使用。
③钢翻模的优缺点：
优点：节约钢材,造价低经济性好，重量轻便，便于提升拆除，使用机具少。
缺点：速度慢，钢翻模施工周期长，圆弧不圆顺，截面尺寸不易控制，施工过程中时，不能形成全桥的平行流水施工作业。
方案二 定性钢模施工
2006.5月因建设方的要求，要求本段铁路工期提前半年，依照原先的方案施工下去，无论如何不能满足要求的，经过集团公司领导的研究若确保工期必须修正原先的施工方 案，保持原已制作的翻模模型施工不变。再根据空心墩的实际情况，增加投资加工两套定型钢模，即可确保空心墩的施工工期,又可确保墩的外观质量。内模仍用木模外贴冷卷板组合施工。
因为定型钢模每块都在300kg以上经过比选决定，墩高在40m以下的均用25T吊车配合施工，60M以下的使用电动葫 芦配合施工。采用这种施工方法提升或拆卸模型，可提高工作效率,又节约机械投资费用。现将定型钢模施工空心墩介绍如下：
①模型制作加固：该桥两种坡比的模型均由中铁二十一局一分公司加工制作。经过现场操作误差较小，便于施工外观较好。其钢模板面为5mm的钢板，8mm加肋筋加工而成，其外模每节2m高。圆弧段每块1/4圆与加直段联结而成。板缝严密不漏浆。模板板面平整，无错台。模型吊装调试完毕后，经检查无误后进行加固，内外模上对拉筋的加固。定型钢模每次立6m高。坡比46：1（65：1）先施工20#墩，由20#墩至16#墩进行平行流水作业，全面展开工作。定型模每装拆一次需6天。一个40m的高墩只需40天就可完工。坡比54：1（64：1）由11#—15#墩平行流水施工，内模施工仍用木模或者用1015定型小钢模进行拼装施工，其空心墩内部加固将钢管弯圆或用20的螺纹钢筋进行加固，均能达到要求。
① 定型钢模的优缺点
优点：施工速度大大提高，缩短工期，有效保证按期完工。施工质量外观较好，砼表面圆顺，光洁度好，易于加固。
缺点：投入大，一套40m模型就得60万元，需要配合的设备投入大，需吊车或电动葫芦等。
综上所述该桥将现在空心墩施工的方法都基本用了，其各有优缺点。施工时应多方考虑、比选、根据工程造价，工期、质量以及施工单位的综合能力考虑，决定且不可贸然而定。叙述各方案时文字不够详尽，望谅解。
四、空心墩施工技术
1、钢筋制作：由于本桥空心墩较多，两种坡比，46：1（65：1）的坡比其施工参照贰桥4087圆端型桥墩施工。54：1（64：1） 的坡比为设计参照图使用，墩柱较高，钢筋型号复杂数量又多，因此钢筋都是在加工区加工完后分段焊接、绑扎的方法施工。钢筋定位应事先在升起的架杆上精确算出定位筋尺寸位置，来保障钢筋位置的准确性，在焊接过程中取样试验合格后才准焊接，其各项制作安装要满足钢筋的技术规范要求。钢筋种类较多，其配料应严格按照图纸施工，并检查各部位编号钢筋是否正确。钢筋的加工：螺纹钢筋用钢筋切断机切断成所需长度，圆盘条筋由卷扬机张拉调直切断，并按所需长度下料由弯曲机弯曲成形。
①钢筋的绑扎与安装
钢筋绑扎前先搭设钢筋排架，并精确计算定位钢筋，定位钢筋最少两根其与主筋点焊，钢筋施工应先将钢筋用吊车提升至施工平台，由操作人员将每根主筋与定位筋点焊，下部与伸出砼面的主钢筋，搭接焊接或采用电渣压力焊。实践证明电渣压力焊质量较好，速度较快。其要求钢筋轴线偏差不宜大于1mm，焊缝墩粗四周均匀，焊完后应将外皮渣层敲落，主筋依次进行焊接，主筋施工完毕后，按要求打点绑扎水平筋，并要求其水平绑扎牢固。为确保钢筋骨架的垂直度，骨架四角竖筋必须用铅垂找正，以免绑扎骨架倾斜。钢筋骨架施工亦可将外模拼装后再进行施工，但其速度较慢不利于工期保证。
② 保护层的控制
为了保证保护层的厚度，应在钢筋与模板之间设置异型砂浆垫块和钢筋绑扎牢固并互相错开或钢筋顶面与模型用角铁点 焊支撑主筋，待砼浇注完毕后再拆除角铁。钢筋超前施工，保护层应重点控制，定位钢筋位置应精确，不然会出现顶模或保护层超大现象，出现返工现象。
2．混凝土的施工：在全桥的中间部位（15号墩）设一拌合站，用砼输送泵向桥两头泵送混凝土。（搅拌站设两台750型强制式搅拌机，邦立牌低、高压砼输送泵、电子配料机一台、100T散装水泥罐一个）拌和站的设立，全桥的砼均能满足供应。
本桥空心墩墩身混凝土等级为C30，其配合比由项目部实验室提供，，根据原材料自身特点及现场情况及时调整，控制塌落度，空心墩壁厚在0.8m～0.3m之间，对混凝土的和易性要求较高，塌落度控制在13～16cm间，搅拌时间为1.5分钟。
① 施工准备：在施工前应对水泥标号、品种、净重进行复验，并对砂石料含水率进行进行试验，做好施工配料单。原材料经监理见证报验合格后方准大批量进场。并对配料机的称量系统进行校验无误后方准使用，每次砼浇注前，应向驻地监理报检：检查钢筋、模板位置截面尺寸、垂直度。合格后方准施工。砼的配料由现场实验员计量监督，待浇注正常后检测砼的塌落度。
② 混凝土的输送与浇注、振捣
混凝土的输送由泵站直接供给，浇注距离大于2M时搭设串筒。并搭设操作平台；砼由分层浇注并对称进行。砼每次浇注其顶面应低于模板5mm或高于模板面5mm，再由施工人员分别剔除与板面水平。确保施工缝的美观，砼浇注完毕后待下次立模前应将对拉筋螺丝拧紧，以防下次混凝土浇注时出现留泪现象。混凝土的振捣要充分、密实，振捣按操作规范要求进行，不得漏振、过振和撞击模板，该桥振捣人员均经过培训，并由多年丰富经验的人员承担操作并按要求进行
③ 脱模及养护
脱模应该掌握好时间，过早会使砼发生裂纹或丧失强度，甚至使砼局部损伤，过晚会造成脱模困难，不利于模板的周转，砼的养生，是保证砼早期强度的重要措施，由于墩柱高，我们采用脱模覆盖的方法进行前期养生，后期采用自然养生。
3．空心墩的监测与控制
由于空心墩墩高限制，墩都不可能一次浇注成型，需要多次分段浇注完成，这样施工测量控制就尤其重要。一般在实心段上精确将墩中心线定出，然后用射钉将直线段的两点和垂直直线段的中线离中点1.0m点定出，30m以下墩施工是悬挂5kg垂球，超过40m的悬挂8kg垂球；并将点引至施工平台上。平台上设5cm厚木板固定在架杆上。施工时应注意架杆碰线垂，平时不用时下部钉点要注意覆盖、保护。线垂定位应待其静止后方对点，其用绑扎丝悬挂。在施工中我们还经常用全站仪，采用坐标法在已完成的墩身薄壁砼上放出四个十字标准点，一般是测出壁厚的四个方位中点，并用来校正垂球所引线的正确性，并随时用这四个点检校模板的安装偏移情况。
根据偏移量的大小采取相应的校正和预防措施，测量校验的频率一般为每两次砼浇注校验一次。实践证明该方法易于复核，并便于控制墩身各部尺寸，中线，标高，均符合规范要求。
4．托盘封底的施工措施
本桥有两种坡比，坡比：54：1的封闭端厚1.5m，46：1为1.0m施工时借用内壁的脚手架，并对架杆顶部进行加固，使其与墩壁形成整体。先将水平架杆搭设好之后，下部再上十字卡加固，然后在底板模型上绑扎封闭段钢筋。后浇注砼。实践证明其完全可以承受上部砼的压力，未发生变形情况。墩内钢管的拆除可由洞门运出或由下部施工洞门外运，其不受影响。
5．墩内环形平台施工。
该桥桥墩内每隔10m设一墩内环形平台，起初施工9#墩时考虑不周全，只预留了钢筋，未考虑以后施工的难题，前期平台若不施工墩内的架杆始终不能拆除，并且砼的供给也很困难，无法运输，后经多方研究决定墩内平台必须与墩柱一次施工，否则将造成很大难题，平台的施工依靠墩内架杆只须将平台模型制作完后，便可一次完成。这样避免后期返工，和避免材料的无法供给
6．空心墩底、高墩的施工方法
空心墩施工，通过现场情况得出，40m以下的高墩，全部用25T的吊车配合提升、拆除模型，以及上部需钢管等均由吊车垂直运输。对于空心墩墩高超过40m的，其全部安装电动吊葫芦进行施工，每个墩垂直线路侧各设3个电葫芦，中间设一个进行施工内模，外侧6个电动葫芦施工提升、拆除外模。仅此一项便为工程节约不少机械费用。但用电动葫芦施工时应经常检查电动机的钢丝绳是否有磨损，或电动机是否牢固可靠，否则会发生危险。
在本桥中，我们还采取将低洼处，山沟低处桥墩，例如14#、15#墩下部10m施工完毕后，将其全部回填用土垫高，形成了又一个施工面，这样相对降低了墩高，经过回填两个墩由高55米，降成了40m左右的，吊车便可满足施工，提高了施工进度。