薄壁墩

薄壁墩主要分為鋼筋混凝土薄壁墩和雙壁墩以及V形墩三類。

薄壁墩簡介

薄壁墩主要分為鋼筋混凝土薄壁墩和雙壁墩以及V形墩三類。

薄壁墩

其共同特點是在橫橋向的長度基本和其他形式的墩相同，但是在縱橋向的長度很小。其優點是，可以節省材料，減輕橋墩的自重，同時雙壁墩可以增加橋墩的剛度，減小主梁支點負彎矩，增加橋樑美觀；V形墩可以間接的減小主梁的跨度，使跨中彎矩減小，同時又具有拱橋的一些特點，更適合大跨度橋的建造。

空心薄壁墩

南高特大橋屬預應力混凝土連續剛構橋，1號、2號、3號主墩均為雙柱式薄壁墩，平面尺寸為6.5米（橫橋向）x3.0米（順橋向），1號墩墩高54米，承台以上5米為實心段，其餘49米為空心段；2號墩墩高80米，承台以上45米為實心段，其餘34米為空心段，墩高40米位置用一系梁聯接；3號墩墩高56米，承台以上5米為實心段，其餘51米為空心段，。混凝土灌注方量為：1號墩與3號墩總為6115.4m3，2號墩5337.5m3。從施工方便與安全考慮，墩柱採用無支架翻模施工。

摘要

空心薄壁墩等較高的墩台的施工方法多種多樣,有滑模施工法、爬模施工法、翻模施工法等等,這些方法各有優缺點,對其研究和認識是非常必要的。

墩身模板設計與製作

1：外模設計與製作

為保證墩身混凝土的外觀質量，加快施工進度，外模設計為翻模，面板採用厚5mm的鋼板，加勁骨架採用[12槽鋼與∠70 x50 x6的角鋼焊接而成。施工平台採用[10槽鋼與∠50 x50 x6的角鋼焊接而成，與模板成為一個整體。模板單節高度為5米，由6塊整體式大塊模板組拼而成。其中順橋向側模尺寸為2934（寬）x5000（高）mm，橫橋向側模由兩塊組成，尺寸均為3255（寬）x5000（高）mm。同套模板這間全部採用企口縫加高強螺栓連線。模板之間通過對拉拉桿進行加固，拉桿密度則根據每次混凝土澆注高度經計算確定。

2：內模設計與製作

因為對內模外觀質量要求不高，為保證結構設計尺寸，採用建築行業通用的2.0m x1.5m組合鋼模現場接合而成。內模每個墩柱製作2套，節高5米，不設接口模。

3：安裝質量標準

1）在墩身施工前對施工人員進行技術交底，使施工人員熟悉和掌握鋼模板的施工與操作技術。

2）鋼模板的布置與施工操作程式均應按照模板的施工設計及技術措施的規定進行。

3）在澆注空心段時，組合鋼模應儘量避免開孔，如必須開孔時，套用機具鑽孔，不得使用電氣焊熔燒開孔。

4）拆模後應及時對模板進行檢修。

5）模板安裝前應塗脫模劑，並塗刷均勻，稠度適中。

6）模板安裝好後，對其軸線位置、水平標高，各部分尺寸、垂直度進行檢校，直到符合設計及規範要求。

墩身施工流程

1：鋼筋製作與安裝

墩柱鋼筋採用鋼筋直螺紋套筒連線，在製作棚用鋼筋直螺紋機兩端扯絲，絲口長為4cm，接頭長度為8cm。按規範要求主筋接長時在同一斷面內的接頭數量（在任何連續的0.98m高度範圍內的接頭均視為在同一斷面內）不超過該斷面主筋數量的50%。為方便施工，在第一段鋼筋的製作時，預先根據上述要求進行計算並控制好各斷面鋼筋接頭數量和每根鋼筋的長度，本橋墩柱部分主筋為集束鋼筋，每束由3根鋼筋組成，考慮到受力筋截面的均勻布置，為滿足設計規範要求及外觀需要，在施工承台預埋墩柱鋼筋時，每束3根鋼筋露出承台頂面長度分別控制為3m、4.5m、6m，按計算結果在鋼筋加工場內預先將各斷面接頭鋼筋配製好。從第二段開始每次鋼筋接長時，先將9米長的定尺鋼筋在地面將螺紋套筒套好一端，安裝時將另一端套上用鋼筋扳手旋緊，由於本工程橋墩主筋外側設計有冷軋帶肋焊接鋼筋網，故在主筋及箍筋安裝好後，還需進行鋼筋網的安裝工作。在鋼筋安裝時進行兩階段控制，第一階段控制主筋接頭、主筋間距、箍筋間距在規範規定範圍內，同時控制鋼筋數量，避免出現少筋現象；第二階段在完成模板安裝定位後，再次檢查、調整內外層鋼筋間距及保護層厚度。鋼筋採用塔吊小數量提升到位，再連線安裝。因墩柱高度較高，故考慮了內架的“生根”，在已澆注的墩柱中預埋鋼管，鎖定內架外加鋼管與鋼筋鎖成一個整體。

2:吊裝模板

模板在使用前進行嚴格檢查，模板各部位幾何尺寸、平整度、等應滿足設計及規範要求，首先對模板進行預拼裝，正確無誤後方可進行立模。每次安裝模板前應先清除模板表面和接縫處的水泥沙漿等附著污物，清理乾淨後，在模板表面均勻塗刷脫模劑，並塗抹均勻。模板利用塔吊進行提升與安裝。拉桿用PVC管做套管，一方面便於拉桿的重複利用，另一方面可以避免拉桿在拔出時對混凝土表面造成損傷。模板的固定和調整通過拉桿和兩層模板之間的連線螺栓實現。在澆築底部兩節墩柱混凝土時，模板的校正採取拉纜風繩的方式，從第三節開始，採用預埋於底節頂面砼中的預埋扣環進行。從第一節墩柱定位準確後，每上一節模板均用10公斤垂球控制其垂直度，然後再用全站儀與水準儀覆核模板的四角坐標及高程。空心截面內模採用組合鋼模，鋼管支架支撐頂緊。

3：混凝土的澆注

模板安裝完成後，經監理工程師檢驗符合設計及規範要求並後，進行混凝土澆築。混凝土標號C50，水泥採用都勻P.O425配製，配合比為：1（水泥）∶1.448（砂）∶2.333（碎石）∶0.33（水）∶0.0095（外加劑UFN-3C），混凝土採用輸送泵直接泵送入模，通過輸送管道末端的混凝土輸送軟管及懸掛串筒進行布料。控制混凝土的分層厚度，每次混凝土的分層厚度均控制在30～40cm之間，從墩身的內側順時針方向布料，採用插入式振動棒振搗，按平行式布置振搗點，振搗點間距不大於40cm，距模板邊緣保持5～10cm。振搗作業分兩組進行，振搗時間第一組為45s～60s/點，30分鐘後第二組振搗時間為20s～30s，振搗方向及布點與第一組相同。振搗以混凝土表面停止下沉、不冒氣泡、表面平坦、泛漿為止。每次在澆築上一節段混凝土時，對上一節段的混凝土鑿毛，要求為鑿至新鮮混凝土為止。預先用清水充分潤濕下一節段頂面鑿毛部分混凝土，並在澆築第一層混凝土時，讓混凝土頂面與模板頂面平齊。當該節段混凝土達到設計強度的75%後，即可拆除模板，接高豎向主筋，綁紮箍筋，然後進行上一節段模板的安裝。墩柱施工過程中應特別注意預埋件的正確定位埋設。混凝土澆完後，立即覆蓋進行養護；拆模後應立即用塑膠薄膜包裹，進行濕潤養護，同時可避免上一節段墩身混凝土澆築時污染已澆築的下部墩身。

王家口薄壁墩

優點

空心薄壁墩是目前高速公路橋樑墩台構造設計中廣泛採用的一種形式。因其墩身可達到較高高度,且結構經濟實用、施工簡便而普遍受到歡迎。王家口特大橋的部分下部構造就採用了這種形式。該橋是蘭州至西寧高速公路上一座重要的橋樑,已於2003年建成。特大橋總體上分兩部分:跨線部分(橫跨312國道和甘青鐵路)和跨河部分(橫跨湟水河)。其中跨河部分的1019#墩設計為空心薄壁式構造,墩身高度從25m至38.5m不等。施工方法採用塔式吊機提升翻模施工法,鋼管塔腳手支架,組合式大塊鋼模板拼裝並用拉桿、螺栓加固,鋼筋現場焊接綁紮成骨架,並隨混凝土施工逐次焊接加長(每次4.5m),混凝土集中拌和,輸送泵直接泵送入模澆築,灑水養生。

施工工藝流程

1、鋼管支架

空心薄壁墩施工支架採用扣件式鋼管支架,主要作用是為施工作業提供工作平台及安裝固定混凝土輸送泵管。鋼管支架從墩身底部即承台頂面開始塔設,隨著墩身增高同步升高。如圖1所示:支架分外支架和內支架兩種。外支架由里外兩排塔設成雙排支架,里排即靠墩身一排,距離墩身混凝土表面30cm,兩排之間間距50cm,用橫向短桿連線加固,立桿間距為1m,水平桿每1m一道,輔以剪刀形加固桿件,整個外支架形成框架結構,非常牢固可靠;內支架構造與外支架類似,根據內部空間尺寸,適當調整桿件間距。另外,增加一些加固短桿件,固定在墩身混凝土表面。使支架與墩身形成一個整體,增加其穩固性和可靠性。

支架外側面懸掛安全網,工作平台上鋪腳手架板,方便使用。因一個墩的施工期較短,並考慮該橋墩身並非特別高的具體情況,未設施工電梯,在支架一角設有人工爬梯。內支架在墩身完成,澆築蓋梁之前拆除;外支架在墩身、蓋梁及墊石等施工全部完成後拆除。

圖1

2、起重設備

高墩台施工方法中有自帶起重體系和外配起重設備兩種。我們所用翻模施工法自身不帶起重提升系統,一切施工機具及材料的高空運送均靠外配起重設備完成。考慮到該橋跨徑40m,相臨兩橋墩對角線最大間距約45m,在保證安全的前提下儘量發揮吊機的功能,綜合多種因素,選配了63型塔吊作為空心墩施工的起重設備,這種塔吊有效作業半徑為50m,高度40m以內不用扶臂,一台塔吊同時可以完成三個墩身施工的各種起重作業,大大提高了塔吊的工作效率。

塔吊的起重作業主要包括鋼管支架材料的運送;墩身鋼筋的起吊;模板的拆卸、翻升及安裝就位;混凝土輸送泵管的安裝,以用其他各種施工器具的運送等。

3、鋼筋

空心薄壁墩主筋為沿豎向布設的φ25mm二級鋼筋,其接頭採用電渣壓力焊對接,施工中9m定尺的φ25鋼筋一截為二,將鋼筋及加工機具用塔吊吊至工作平台上,現場對焊施工,每次接長鋼筋骨架為4.5m;φ12mm構造鋼筋用綁紮的方式與主筋相連,構成鋼筋網架,網架焊接及綁紮完成後在內外兩側均綁紮與保護層厚度相同的混凝土墊塊,以固定鋼筋網架在模板內的位置,保證保護層厚度符合規範要求。

4、模板構造及翻模施工過程

a、模板構造

墩、台側模板的荷載主要有新澆混凝土對側面模板的壓力和傾倒混凝土時產生的水平荷載。泵送混凝土灌築施工,用插入式振搗器搗固時新澆混凝土對模板的側壓力可用公式PMAX=4.6V1/4計算PMAX———表示最大側壓力,單位是KPaV———表示混凝土澆築速度,單位是m/h根據施工具體情況,V取4m/h(施工中一般不會超過此值),代入公式計算得出PMAX=6.5054KPa。

另外泵送混凝土傾倒時的水平荷載根據施工具體情況和經驗取2KPa,兩項合計模板承受的最大側壓力P=8.51KPa。

根據上述計算,模板加工採用45mm厚普通鋼板作為面板,配相應的加勁構件就可滿足施工需要。但我們在模板設計中除考慮滿足上述壓力要求外,重點考慮到高空作業及安全的要求,增加模板剛度和整體強度,合理加大模板尺寸,減少塊數,簡化模板高空組裝和加固的程式及工作量,並保證模板在反覆周轉使用過程中不變形、不損壞、強度不降低等要求。模板選用8mm厚的普通鋼板加工製作,並用角鋼加勁,保證模板不變形並有足夠的強度。雖然模板的重量增加了,但連同加固體系總體重量並未增加,施工中安全、可靠且高率。

模板分內模和外模兩部分。根據墩身外形尺寸,外側面為6.8×3.0m的長方形,裡面空心部分是4.8×2.2m帶倒角的長方形,倒角尺寸0.5×0.5m。模板設計和加工中遵循多通用、少異形;大尺寸、少品種的原則。如圖2和圖3所示:模板共有A、B、C、D、E五種型號,模板高度均為1.5m。A型模板為長2m的大塊平面模板,這種模板的數量也是最多的;B型模板為0.4+0.5m的外側拐角模板;C型模板為0.2+0.707+0.2m的內側拐角模板;D型模板為長0.4m的平面模板,E型模板為長0.8m的平面模板。整層模板設計為大塊平面模板加彎角模板的組合方式。組裝非常簡便,並有效保證了空心墩的外形尺寸。D型模板的主要作用是讓內模板的安裝拆除更加方便。模板之間螺栓連線,加固時在模板外側安裝槽鋼橫肋,每層模板安裝兩道,並穿φ18螺栓加固。這種模板在空中作業時不但操作程式非常簡便,而且安全可靠。

b、模板翻升施工過程各規格型號模板按上圖拼裝後稱為一層,第層高度為1.5m,四層模板組成墩身施工完整的一套模板,總共高度為6m。翻模施工法的模板翻升施工過程如圖4:

圖2

①開始施工時,在承台頂面將上述四層一套的模板安裝並加固,澆築混凝土完成第一次6m高墩身的澆築;

②從下向上逐層拆除最下面的三層模板即第一層、第二層和第三層,將最上面第四層模板保留不拆,每拆除一層模板翻轉至最上面一層模板之上安裝並加固,再次澆築混凝土,完成第二次4.5m高墩身的澆築;

③重複上述過程,逐層拆除下面三層模板,翻升、安裝並加固,澆築墩身混凝土;完成第三次4.5m高墩身混凝土的澆築;

④多次循環上述翻升施工過程之後,接近墩身設計高度時,通過測量對澆築高度進行調整,完成一個墩身混凝土施工過程。

翻模施工依靠自身的優勢,外部塔吊的強大起重能力,充足的混凝土拌合輸送能力,施工速度快、效率高,平均4~5d完成一個循環,40m高的橋墩在40d左右就可以完成。