北方铁路薄壁空心墩滑模施工
摘要:赤大白地方铁路施工中,由于工期较紧,采用翻模进行空心墩施工时,机械成本大,安全性差.经过多方比选,采用滑模施工.笔者和施工单位共同研究,在南方施工已有经验的基础上,采取了相应的措施,取得了北方铁路空心墩滑模施工的成功经验.
1 工程特点
赤大白地方铁路是一条赤峰往北300多公里的运煤专用铁路线,位于内蒙赤峰至大板至白音华煤田之间.其中,灰通河特大桥位于赤大白地方铁路的北部,在线路的曲线上,桥型结构基础部分为钻孔桩;下部结构为空心薄壁高墩,最高空心薄壁墩55米,桥墩截面两端为半圆,中间为1.5米直线段,墩身壁厚下部90厘米左右,墩身壁厚上部60厘米左右,墩身外坡比40:1,内坡比62:1;上部为32.7米预应力T梁.灰通河特大桥地处北方寒冷地带,最低温度零下30多度.6月后雨季来临,雷电频繁,大风和雷电都不利高空作业,根据业主对工期的要求,施工恰恰安排在4月到7月期间,在这种特殊气候下施工空心薄壁高墩,采取何种施工工艺呢?
2 施工方法的比选
经过多次方案比选,最后我们选择了滑模施工.因为如果用翻模施工,一套内外钢模板要投入150多吨钢材,100多万制作费用,仅模板摊销,一个墩就要30多万,桥墩超过30米时,一般吨位吊车不能够完成调送任务,用塔吊配合吊装因为风大,而且一个塔吊只能进行一个桥墩施工,拆装作业量大.所需要塔吊数量很多,一个墩从下到上每次只能施工6米,一个墩从下到上要9到10次才能浇完,施工完一个墩要2个多月时间,工期太长,配合施工的吊车或塔吊费用很高,而滑模每天平均滑升5米左右,10天左右可滑到顶帽以下,低温时要12天,6月以后天气转暖每天可滑升6米,8天可滑到墩顶实心段位置,包括滑模支架安拆、顶帽施工,不到一个月时间就可完成一个墩,在25米高度内可以使用吊车,也可以不用吊车,全部由滑模自身吊装系统完成,省掉了吊车配合,无论是工期还是安全、费用方面,滑模都比翻模更有优越性,所以我们选择了滑模施工方案.
3 对滑模模板的要求
北方地区风大,温度低,砼凝固时间长,既要求滑模有较强的抗风能力,又要求满足砼较长凝固时间的条件,为此在模板的设计作了这样的处理,普通滑模模板高度一般为1.5米左右,这次将模板高度设计为2.5米,并且要求钢模外支撑型钢具有较强的刚度,这样既提高了抗风能力,又可延长砼在模内的时间,每米浇筑时间为5小时左右,有了这多出来的1米模板,这样砼在模内的凝固时间比原来的滑模就多了5小时,缩短了滑模等待砼凝固时间,弥补了低温砼凝固时间太慢的不足.整个滑模重量为8吨左右,包括滑模液压爬升系统,上下工作平台,内外模板及调节杆,围栏和吊架,工作平台上的3台卷扬机提升架.
4 对砼要求
由于是在北方地区春节低温季节施工,对砼必须要求具有防冻要求.4月下旬晚上最低温度还会出现零下10度的可能,直到6月初才会在晚上没有负温,因此需要在砼中加入适当数量的早强性防冻剂,为了缩短砼凝固时间,提高砼强度,亦可采用在砼中加入适量早强剂的方法,以减少凝固时间,但那可能对钢筋产生一定的腐蚀作用,我们没有采用,只是加入了早强性防冻剂和早强性高效减水剂,并严格将砼坍落度控制在4-6厘米,在25米高度内用吊车吊装,25米以上用滑模自身提升架上的卷扬机吊装,避免泵送砼坍落度过大,砼强度增长太慢的缺点.砼运输用翻斗车而不是砼输送罐车,因为砼输送罐车在砼坍落度4-6厘米时不容易倒出料来,而且5个小时上升1米只需要10立方左右的砼,没有必要用砼罐车,只需要2台农用翻斗车配合即可.
5 滑模安装
滑模安装在墩身下部进行,由于滑模比较高,所以先要在墩身下部搭设4米高的支架,并在往上滑一段高度后安装内外工作挂篮.
6 滑模拆除
滑模拆除时间在墩身滑到墩顶部以下4米高度时进行,将原先已经安装在滑模上面的墩顶提升架固定在墩顶,利用墩顶提升架吊装拆除滑模,接着安装墩内顶模和外模,以便施工墩顶4米实心段.在滑模滑到上面检查入孔位置时,及时安装入孔模板,在24小时后拆除入孔模板.
7 钢筋和砼吊装
在滑升过程中,安装了14个6吨的穿心式千斤顶,爬杆由每根长6米外径5厘米、壁厚3毫米的钢管焊接接高并打磨光滑,每米钢管重量与原来滑模上所采用的25毫米圆钢重量相等,但刚度比圆钢大得多.
在25米高度内用吊车在墩外进行吊装钢筋、砼,超过25米用滑模工作平台上面的3台卷扬机提升砼,吊装钢筋,其中2台卷扬机在墩内提升砼,1台卷扬机在墩外提升钢管和钢筋.为防止墩外大风刮得摆动不定,用一根绳子捆扎并安排人员在地面拉稳,以免碰撞桥墩和滑模架.在桥墩的下部倒角位置预留了一个入口,70厘米宽,1.2米高,将砼倒入砼桶中,桶的直径60厘米,高80厘米,每桶装0.2立方砼,2台卷扬机每小时可吊装20桶左右,即每小时可吊装4立方,可供应40厘米高度墩身的砼,完全能够满足滑模滑升进度要求,桶可自动翻倒,在洞外装满砼后在滑道上由人工推进墩内,挂上吊钩,由卷扬机吊运到滑模工作平台上面,倒在集料平台上由溜槽分摊到墩周围滑模内,分层震捣.在施工过程中墩内外不用搭设钢管支架,也不需要塔吊,吊装系统由滑模工作平台上的卷扬机解决,人员由预埋在桥墩内壁上的检查梯上下,在浇筑墩身砼时,将长25厘米的塑料管预埋在墩壁内侧,待滑模滑到上面后,人站在滑模内工作台的下吊篮内,将塑料管头找出,灌进早强砂浆,将U型检查梯钢筋插入,待砂浆凝固后就可供人员上下了,8小时砂浆强度完全可以满足要求,检查梯安装高度紧跟滑模其下,在滑升高度下1米左右,达到砼强度并可供人上下的检查爬梯在滑模下2米.
8 墩顶施工
滑模施工到墩顶实心段时,将一台卷扬机留在墩顶提升架上,作为墩顶施工吊装用,拆除滑模,安装墩内顶模,墩顶实心段有4.1米,墩顶提升架高度有6米,高出墩顶2米,墩顶支架由4支100的角钢组成,与滑模承力钢管焊成一体,浇筑在砼内的角钢不作回收利用,提升架顶面安装有1台2吨的卷扬机,可旋转360度,最大吊件墩顶外模重1吨,能抗8节风力.为了安全起见,超过7节大风时停止吊装作业,高出墩顶面的提升架和卷扬机在施工完一个墩后要周转到第2个、第3个墩,由于工期特别紧,3个月时间,一套滑模只能周转3次,一套模板费用大约8万元,折旧后余值不少于4万元.
9 钢筋接高
为了减少钢筋接头,每根钢筋长度为9米,为了避免钢筋受自身重量和风力影响下东倒西歪,在滑模平台上方5米高处设置了钢筋定位圈,钢筋接头用无缝钢套管连接,错开接头布置.
10坡度调整
墩身外坡比40:1,内坡比62:1,滑模在滑升过程中外模要不断内收,内模也得不断调整尺寸,因此在滑升过程中需要不断调整尺寸,靠收紧安装在滑模支架上的内外调节螺杆来完成.
11垂直度控制
滑模在滑升过程中受风力、模板与砼粘结力、砼浇筑高度、操作平台荷载、千斤顶爬升力等因素的影响,经常发生滑偏现象,为及时发现和纠正滑偏现象,着重进行过程控制,白天用全站仪测量观测,晚上主要靠中心大垂球对中,并且依靠安在操纵平台上的水准连通管直接观测,最后滑到墩顶中心偏差控制在2厘米范围内.
12墩身内外侧面收光
由于滑模在滑升过程中不断收紧,在墩身内外侧面模板接头处难免留下滑痕,将影响墩身外观,需要及时人工收光,在滑升内外平台下方安设有工作吊篮和钢筋围栏,并用安全网围成一圈,由专人抹光.并安装水管在已达到强度的墩身内外及时淋水养生.
13安全措施
高空施工期间风力较大,安全问题较为突出.在滑模工作平台周围设置钢筋围栏和安全网,高空作业人员必须系安全带,在进入洞内外人员进出范围的上方搭设安全棚,以防高空落物砸伤人员,并在墩身周围10米范围设置钢管围栏,防止行人进入.在上下人员爬梯外围设置钢筋围栏,上下爬梯时一律系安全绳,尤其是在墩顶施工期间,在墩外设置围栏,并系上安全带,上班首先检查安全情况,不符合安全要求的一律不准上墩作业.既要进行岗前安全教育,又要采取经济手段,严禁违章作业,所有电器必须安装漏电保护器,工作平台必须结构牢固,以确保安全.
14机械配合
10米高度内由12吨吊车配合施工,16米高度内由16吨吊车配合施工,25米高度内由25吨吊车配合施工,25米高度以上由滑模自带卷扬机吊装施工.如遇停电,备有150KW发电机.
15夜间、大风施工
夜间施工不仅要在滑模顶安装照明灯,在墩内外都要有足够的照明.大风天气有一定规律,重点作好防范工作,防止滑模偏位,要保持模内1.5米以上高度的砼,为确保人身安全,每天要检查围栏和工作架是否牢固,7节大风以上时可以暂时停止砼吊装施工,但仍然要保持每小时往上5厘米滑升速度(防止滑模和砼过分粘结,造成滑动困难),大风过后继续恢复施工,低温时最多停工时间不得超过8小时,常温时不得超过4小时.
16适用范围
主要适用在40米以上的高墩.滑模施工无论在速度还是费用、安全上,用滑模施工高墩都具有一定的优越性,滑模制作速度快,模板投入费用低,重量轻,所需要配套的吊车台班少,如果一开始就启用自身提升系统,需要吊装设备更少,尤其在25米以上一般吊车高度不足以满足施工要求时,主要靠滑模自身的吊装设备,不需要另外吊车配合,如果工期可以再长一些,周转次数再多些,速度和经济效益将更加充分显现出来.但如果墩身高度只是在30多米,除了墩身下部3米,墩顶4米,滑升高度只有20多米,中高度墩吊车够得着,此时滑模和翻模相比,滑模进行拼拆需要一定的时间,并要预埋钢管,因此在中高度桥墩施工中就不一定采取滑模施工方案.
滑模施工需要一批具有施工经验的技术工人进行操作,要进行岗前技术培训,由于是高空作业,所以对操作工人的身体素质要求较高,为减少施工人员上下班爬上爬下次数,一般采取每天两班倒作业,在滑升过程容易滑偏,要密切关注,随时进行纠偏.
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