断层破碎带铁路桥梁圆端型薄壁空心墩翻模施工

叶浩浩

(中铁十八局集团 第四工程有限公司,天津 300305)

铁路桥梁工程具有很强的复杂性,施工难度大,墩身质量有严格要求。常规墩身模板施工技术,是按照墩身的结构特点和设计标准加工模板,再进行逐块拼装,施工效率不高,而且经常发生浆液渗漏问题,影响铁路桥梁工程的总体质量。圆端型薄壁空心墩翻模施工技术的出现有效解决了这一问题,可大幅度提升模板的利用率,加快施工速度[1],保证断层破碎带铁路桥梁工程施工任务能够高效、有序、顺利地完成,从而获得更大的经济效益。因此,以下开展断层破碎带铁路桥梁工程圆端型薄壁空心墩翻模施工的分析研究就显得尤为必要。

1 工程概述

砖房子双线特大桥6～21#墩区域,属断层破碎带、斜坡不稳定土体。20#、21#位于山体坡脚处。桥址跨越岩溶槽谷地貌,岩性主要为嘉陵江组可溶岩,地表岩溶发育,主要为岩溶槽谷、溶洞、溶槽等,岩溶现象一般顺层面、节理面发育。6#、10#～14#墩台钻探揭示隐伏溶洞,发育高程539～604m,大小0.5～5m不等,部分无填充,部分填充黏性土。覆盖层厚,基岩面受溶蚀影响起伏较大,局部陡坎。砖房子双线特大桥全长795.559 m,起止里程DK60+995.747～DK61+791.306,孔跨布置为24+6×32+(32+48+32)连续梁+13×32+24,7～10#墩为连续梁,连续梁采用曲线曲做。本桥6～21#为空心墩,共计16个。8#、9#墩为跨路连续梁主墩,7#、10#墩为连续梁边墩,其余墩上部结构形式为预制简支梁。6#、20#、21#为圆端型薄壁空心墩,壁厚自顶部向下随坡度变化从50cm逐渐增大。具体情况如图1所示。

2 断层破碎带圆端型薄壁空心墩翻模施工要点

空心墩翻模施工工序较多,需把控好每道工序,具体施工工艺流程图如图2。

图2 空心墩翻模施工工艺流程图

2.1 搭设高质量墩内支架

断层破碎带圆端型薄壁空心墩高度比较大,对施工质量的要求高,为给翻模施工、混凝土浇筑等营造一个良好的平台,需要充分利用墩身内部满堂脚手架来布设“之”字形人行步梯,两侧安装上护栏,护栏的高度不低于1.2m。盘扣连接方式是新型定型支架,需要先明确起始位置,再结合地面标高及立杆高度并布设垫块,通过可调底托进行调整和处理,以免出现局部不平或者是受力不均匀的问题。为确保支架应用效果及稳定性,支架可调托座插入立杆至少150mm,且其伸出顶层的横向悬臂长度小于650mm,丝杠的外露长度小于400mm。

2.2 墩身测放

当圆端型薄壁空心墩钢筋绑扎完成后,在立模上需涂一层水泥砂浆,用水准仪进行找平,利用全站仪进行测量放线,确定出圆端型薄壁空心几何尺寸的关键点。由现场监理工程师进行校验,质量达标后,测量放线确定立模线,为首节混凝土浇筑模板安装提供参考[2]。从下个模板开始,就要用全站仪进行精确定位测量。按照墩身外轮廓线,准确定位各点的坐标值,为准确掌握模板每个点位到模板内测的距离,本工程采取了小钢尺进行测量,按照测量结构及时对模板进行调节。

2.3 模板翻升

模板翻升是断层破碎带圆端型薄壁空心墩施工的主要环节,其施工效率和质量,直接关系到圆端型薄壁空心墩施工的总体效果,为确保模板翻升质量,需从以下几点做好把控:

第一,保证模板制作的精度。本工程圆端型薄壁空心墩模板采取了钢模板,内模为4mm钢板,外模为6mm钢板。通过模板后架为圆端型薄壁空心墩模板翻升施工营造一个良好的施工操作平台,本工程模板后架,通过高强度螺栓连接形成空间桁架,可保证模板在翻升时具有良好的空间刚度,以减少模板对拉杆使用的数量[3]。内模和外模之间通过对拉杆相互连接,上下层模板之间通过高强度螺栓连接,具体的圆端型薄壁空心墩模板装配图如图3所示。

图3 空心墩翻模装配图(mm)

第二, 首段模板安装。先标记测出墩身4个角点在圆端型薄壁空心墩承台顶面,清理墩身钢筋内的杂物,找平墩身模板底部,对实心段模板进行安装。模板拼装前,需先打磨、清理模板,并均匀涂抹一层脱模剂[4]。外模板安装完成后,需要进行第二次找平,控制模板顶相对高差低于2mm,对角线误差不超过5mm,所有的螺栓、拉杆、支撑等都必须上紧。由于本工程模板体积大,重量大,可采取塔吊联合人工的安装方法,外模板拼装完成之后,及时跟进内模板吊装,最后上拉筋,在模板连接时可采用 2×30mm螺栓。并且每安装完成一节模板,都需要在两节模板接缝之间填充上厚度在0.5～1mm之间的薄钢板进行纠偏处理。

第三, 第二节、第三节墩身施工。当首节模板安装完成,混凝土浇筑之后,不能立即拆除模板,要搭设墩身四周的钢管脚手架,第二、三节模板在首节模板顶部安装,其二、三节模板各高为2m,共计4m,可进行同时安装。其中外模板采取塔吊分块吊装的方法,支撑位于首节模板顶部,同时安装内模板,通过对拉螺栓将内外模板连接成一个整体[5]。

第四, 模板翻升。工程在模板支立和拆除时均利用塔吊完成,塔吊位于7#、10#、13#、16#、19#、21#墩身侧面,每个塔吊负责邻近3个墩身的模板安装、拆卸和向上运输钢筋施工。塔吊布置如图4所示。

图4 塔吊布置施工示意图

工程圆端型薄壁空心墩的高度比较大,最低处为30.5m,最高处达到56m,模板标准节的高度为2m,每节由4片模板组成,总重量不超过3t,采取现场塔吊就能满足施工要求,但需要注意塔吊的具体支立位置,在塔吊布设前,地基需要分层压实,以保证地基的承载力能够满足塔吊稳定运行的需求。圆端型薄壁空心墩模板翻升施工中,塔吊作业示意图如图5所示。

图5 圆端型薄壁空心墩模板翻升施工塔吊作业图

2.4 内模支立和拆除

工程圆端型薄壁空心墩内模采用定型钢模板,用螺栓连接,其支立方式与外模相同,都采取塔吊支立,内模和外模之间通过拉筋连接成一个整体。圆端型薄壁空心墩墩身在内部搭设一个稳定的操作平台,内脚手架平台要尽量搭设在实心段混凝土之上,在满足施工要求的基础上,尽量减少空间占用面积,为内模的安全拆除提供良好的条件。支架间距要控制在0.6m左右,步距控制在1.2m左右,并布设剪刀撑来提升支架的稳定性[6]。为方便后期拆除和钢筋绑扎,搭设临时长竹排在内脚手架局部位置,模板翻升施工后再拆除。为避免内模板拆除和混凝土泵送时对架体造成的较大扰动,可在内模未拆除的部位,控制横向钢管端部与内模距离为50cm,内模拆除后,再通过墩身内部和钢管的联合作用进行稳定锁定,以提升脚手架的稳定性。

2.5 墩帽施工

当支撑模板翻升到最后一段空心段时,需要格外注意以下问题,其一是混凝土需要浇筑到上部倒角位置,也就是圆端型薄壁空心墩墩顶实心段以下位置;其二是拆除的内模,需要从上部孔洞内吊出,墩顶实心段的高度为3m,要采取分段浇筑的方法,先浇筑0.5m,再浇筑2.5m。墩顶段施工采用预制盖板封顶施工法,预制钢筋混凝土盖板板厚20cm,盖板尺寸根据墩顶空心段尺寸外扩40cm。该施工法借助预制好的盖板当作封顶的底模,完成浇筑后,盖板与墩身形成一个整体[7]。

2.6 混凝土浇筑及养护

由于本段墩身普遍较高,外模拆除后,通过高压水枪对混凝土洒水,及时采用人工对塑料薄膜进行覆盖,塔吊吊设吊篮配合。塑料薄膜内应保证有凝结水,若温度小于5℃时,严禁浇水,直接包裹塑料薄膜。对内部混凝土采取间断洒水养护,确保混凝土面湿润。

对于实心段墩身在混凝土浇筑时,需先预埋测温探头,以随时监控墩身温度。为保证浇筑均匀,需在墩身等间距布设4个串筒,且每次浇筑高度为4m,混凝土借助串筒入模板,避免离析。浇筑混凝土前,需清理干净墩身杂物。为保证混凝土的质量,要做到边浇筑、边通过插入式振动器进行振捣,其移动距离控制在30cm 内,与侧模间距8cm。分层浇筑,每层厚度40cm,先将每层料扒平再振捣。禁止振动棒横拖混凝土。因墩身混凝土分节浇注,为确保相邻两段墩身接缝良好,需控制好每节混凝土顶面高度,且待其强度达到2.5MPa后进行人工凿毛,以保证混凝土外观美观。实心段部分根据测温记录,及时调整养护方法。对于墩身顶部实心段浇筑时,速度要适中,控制每小时30m3,并设专人监测支架,发现异常及时汇报处理。混凝土墩身允许偏差如表1。

3 断层破碎带圆端型薄壁空心墩翻模施工质量控制

圆端型薄壁空心墩翻模施工和常规墩身施工有很大不同,因此,需要结合施工中遇到的问题,采取对应的控制方法,以更好地保证施工质量。

3.1 墩身垂直度控制

在断层破碎带圆端型薄壁空心墩翻模施工中如何有效控制墩身垂直是施工的重难点之一,常规墩身竖直度控制方法无法很好地应用在圆端型薄壁空心墩翻模施工中。为解决这一问题,工程采取了吊锤线和全站仪相互结合的控制方法。由于圆端型薄壁空心墩高度大,模板翻升次数多,为对墩身的垂直度及中心位置进行有效控制,采用三维空间定位法。当模板安装完后,先采用全站仪测量坐标,并和理论坐标进行对比,控制误差在10mm内,若误差过大,接着通过千斤顶来调整。再用不同的后视点重新测量校对,以确保结果的一致性。

3.2 墩身实体段控制

第一次混凝土浇筑高度达到2.0m后,就全部转为实体段,为确保实体段施工质量,立好墩身外模,先对约1m的实体段浇筑混凝土,强度达3MPa后,进行混凝土凿毛处理,清理掉散落的混凝土。再以已经浇筑完成的1m实体段设为支撑点,安装调整块及对拉杆,吊装内模板。后经现场监理工程师检验,达标后再浇筑圆端型薄壁空心墩调整段混凝土。

3.3 墩顶段施工控制

当断层破碎带圆端型薄壁空心墩浇筑完成之后,对盖板混凝土四周和顶面进行凿毛处理,并进行平整度检测,达标后将盖板吊装到空心段顶部,保证盖板能够覆盖顶部全部的空心截面。布设墩顶实心段钢筋,促使纵向和横向钢筋能够和盖板四周的纵向和横向钢筋相互连接[8]。墩顶实心段高度均为3m,在进行实心段混凝土浇筑中,要先浇筑50cm,先四周后中间浇筑,等混凝土面整体漫过盖板顶面之后,再进行中心位置混凝土浇筑。待先浇筑的混凝土强度符合标准后,再浇筑剩余的250cm墩顶混凝土。

4 结束语

综上,结合砖房子双线特大桥背景实例,对断层破碎带铁路桥梁工程圆端型薄壁空心墩翻模施工进行了详细分析,结果表明,现代化铁路桥梁工程对桥墩施工质量和稳定性有极高要求,常规桥墩施工技术具有很强的局限性,而且适应范围有限,难以满足铁路桥梁施工的要求。而圆端型薄壁空心墩翻模施工在施工效率、安全性、质量等方面有非常显著的优势,值得在铁路桥梁工程施工中大范围应用。