[摘要]襄渝铁路二线牛角坪双线特大桥2号墩设计为空心薄壁高墩,墩高98m,采用钢支架木梁模板分节施工。介绍了木梁模板结构设计要点、主要特点和施工工艺,并给出了施工实践中形成的具有针对性的注意事项。
[关键词]铁路桥;高墩;木梁模板;施工技术
襄渝线安康至重庆增建第二线工程牛角坪双线特大桥,主桥上部结构为100m+192m+100m预应力钢筋混凝土连续刚构桥,其主跨192m双线铁路T形刚构位居同类桥梁世界第一。该桥2号墩墩身高98m,墩底截面尺寸36·8m×11·0m,墩顶截面尺寸9·2m×11·0m;除墩身底部6·0m、顶部1·2m范围为实心段外,其余部分均为空心结构,内部净空尺寸6·8m×8·0m,墩身壁厚1·5m。
墩身外侧纵桥向正面为垂直面,横桥向侧面为2次变坡面,底部32m段为R=97·34m圆曲线弧面,上部66m段设计为坡度12∶1的斜面;内侧空心部分为直坡。2号墩墩身结构如图1所示。
1 98m高墩模板结构设计
1·1 模板结构组成及特点
该桥98m高墩墩身施工采用钢支架木梁模板体系,主要由10大部件组成(见图2)。每两榀支架及模板组成一个模板单元块,利用墩旁附着式塔吊整体提升安装。
该模板体系的主要特点:①钢支架、模板及施工荷载全部由对拉螺杆、预埋件即承重三角架承受,不需另设脚手架,适合于高空作业;②模板部分可整体后移650mm,以满足绑扎钢筋、清理模板表面及涂刷脱模剂作业要求;③模板可利用锚固装置使之与混凝土紧贴,防止混凝土表面漏浆或出现错台;④模板部分可相对支撑架上下左右调节,使用灵活;⑤利用钢支架斜撑调节长度,可使模板前后倾斜,最大倾角达30°,模板垂直度调整较为方便、可行;⑥各连接件标准化程度高,通用性强;⑦支架上设置悬挂平台,可方便已浇筑混凝土处预埋件的拆除和混凝土表面的修饰。
1·2 平面模板设计
平面模板结构由δ=21mm维萨板(胶合板)、H20木工字梁、钢背楞、拼缝背楞、连接爪、连接芯带、芯带插销及垫板和吊钩组成。模板单元高度4·65m,宽度根据墩身结构尺寸调整;木工字梁长4·57m,最大间距300mm;水平钢背楞最大间距1 250mm,最底端水平钢背楞距离模板底边缘300mm;面板与H20木工字梁通过木螺丝固定,钢背楞与H20木工字梁之间通过连接爪连接,有效将三者连接成整体;模板单元间通过板间芯带将相邻钢背楞连接牢固,从而使整个桥墩各模板单元形成可靠的整体。
设计混凝土最大浇筑高度4·7m,模板设置内拉杆,根据混凝土作用于模板的侧压力,依据文献[1]验算平面模板的面板、木工字梁、钢背楞及连接件的强度、刚度,验算结果均满足规范和施工要求。
1·3 模板钢支架设计
1)设计荷载取值 模板钢支架设计考虑4个操作平台同时承受荷载的工况,以单榀支架为计算单元,上平台设计荷载为5·0kN,中平台设计荷载为1·5kN,主平台设计荷载为5·0kN,悬挂平台设计荷载为1·5kN。新浇筑混凝土侧压力按每次浇筑高度4·7m计算。
2)主三角架受力计算原则 混凝土浇筑时,混凝土对模板的侧压力由对拉拉杆承受,其它竖向荷载由主三角架承受。三角架的主要悬挂构件是爬锥,爬锥需验算其抗拔力和抗剪能力。
1·4 圆弧段模板拉杆设计
当墩身混凝土浇筑厚度即模板对拉拉杆长度≤3·5m时,对拉拉杆采用通常的对拉螺杆外套32mm×2mmPVC管方法,拉杆周转使用;当对拉拉杆长度>3·5m时,采用对拉螺杆焊接墩身结构20螺纹钢筋作模板拉杆,拉杆的两端焊接长度约300mm的M20螺杆,焊接长度≥200mm。为克服混凝土浇筑时对模板产生的上浮力,墩身底部圆弧段模板拉杆要求径向布置。圆弧段模板拉杆长度>3·5m,且沿圆弧段径向布置,拉杆须在浇筑混凝土前预埋。2号墩墩身底部32m段为圆弧段,第1~4节共18·35m高采用预埋拉杆固定模板。自第5节开始,模板倾角>77·1°,混凝土浇筑时模板上浮力较小,采用对拉拉杆固定模板。圆弧模板预埋拉杆采用25螺纹钢筋,端部设200mm弯钩,预埋于混凝土内,锚固长度≥1 000mm。拉杆与预埋拉杆焊接连接,焊接长度按规范要求处理。第1节墩身混凝土浇筑用预埋拉杆在承台混凝土浇筑时预埋,自第2节墩身施工开始,预埋拉杆均在其上一次的混凝土中预埋,预埋拉杆数量和间距根据计算确定。
2 模板施工流程
2·1 墩身分层浇筑节段布置
整个墩身分21节浇筑,浇筑总高度95·5m,墩顶2·5m高与0号块混凝土一起浇筑。除墩身底节实心段混凝土浇筑高度4·7m,第21节混凝土浇筑高度4·35m外,其余19节混凝土浇筑高度均为4·55m。
2·2 模板支架提升轨迹布置
所谓模板支架的提升轨迹就是模板支架在每个墩身节段施工时的安装位置,即每次浇筑混凝土模板支架爬锥所安装的位置。墩身主平面模板单元数量由墩身底节的6个单元变化到墩身顶节的2个单元,支架间距3·0m;墩身侧面模板单元数量均为3个,支架间距为2·44m和1·8m。
2·3 模板单元块安装位置布置
2号墩墩身模板共分为18种模板单元,其中外模10种,内模8种,模板高度均为4·65m,模板安装就位后与已浇筑混凝土搭接高度为10cm,模板宽度根据墩身结构尺寸确定。模板单元间通过芯带连接成整体。由于墩身侧面上下等宽,外模宽度设计为与墩身结构宽度相等,墩身大面模板外包侧面模板,大面模板共6种,侧面模板4种。内模由4种平面模板和4种角模配合使用。
2·4 内模倒角模板设计
该桥墩空心段四角设500mm×500mm倒角,两个侧面均为直坡。墩身高度范围净空尺寸尽管没有变化,但内模4个倒角模板设计要经特殊处理,保证模板的整体性和混凝土表面质量。内模板共分为10块,其中直面模板6块,倒角模板4块,模板接头设置于墩身直面部位,倒角部位采用整体模板,保证了内模的整体刚度和墩身内部净空尺寸的精确。内模倒角模板大样如图3所示。
2·5 模板爬升作业流程
1)首次提升作业 首次混凝土浇筑完后,拆除模板及支架,清理模板表面杂物。利用墩旁塔吊吊装爬架及平台,按设计要求将爬架平台悬挂于相应的预埋爬锥上吊装模板就位;通过可调斜撑调整模板的垂直度;通过锚固装置使模板下沿与已浇筑混凝土结构表面紧贴,确保不漏浆。
2)循环提升作业 ①墩身混凝土浇筑完毕,经混凝土养护,绑扎下一施工节段墩身钢筋,待混凝土强度达到设计拆模要求后,松开模板锚固装置,调节模板支架上的后移装置,将模板相对支架整体后移约650mm,清除模板表面杂物,涂刷脱模剂;②利用墩旁塔式吊机将模板装置整体提升一个节段高度,并固定于下一施工节段预埋锚固件上,在爬架下安装悬挂平台,然后拆除可周转的预埋件;③检查墩身钢筋及各预埋件安装符合设计要求后,调节模板平移装置,将模板前移,使模板下沿紧贴已浇筑混凝土结构表面,并调整模板垂直度,安装对拉拉杆固定模板;④经检查合格后浇筑本节段墩身混凝土。重复以上步骤,分节浇筑墩身混凝土直至墩身施工完毕。
3 模板施工方法
3·1 模板组装顺序
①在平台上拼装模板单元,保证模板表面平整度满足设计要求,并安装吊钩;②组装主背楞桁架;③首次浇筑混凝土时安装模板预埋件;④组装三角架和后移装置,安装平台立杆和悬挂支座;⑤首次混凝土拆模后,安装受力三角架及模板,第2次浇筑混凝土;⑥提升模板及支架,安装吊装平台,再次浇筑混凝土。
3·2 预埋件安装
模板预埋件组件是模板及支架的主要受力结构,每片模板支架仅设计一个预埋高强度螺杆和爬锥,所有荷载均由其承受,因此要求位置准确、安全可靠。预埋件组件结构如图4所示。
预埋件组件安装步骤:①按设计要求组装预埋件系统,用螺栓将其固定于模板上;②混凝土浇筑完毕,卸下M36×65螺栓,移开模板;③将悬挂支座利用受力螺栓安装于爬锥上;④模板安装就位;⑤安装定位销轴,确保模板与悬挂支座牢固连接;⑥混凝土浇筑完毕后再次提升模板和支架,在悬挂平台上卸下受力螺栓、悬挂支座和爬锥,以便再用。
3·3 模板安装位置调整方法
模板与已浇筑墩身节段的搭接长度为10cm,有利于模板与已浇筑混凝土间紧密接触,防止浇筑混凝土时漏浆。模板单元安装就位后,先调节模板支架斜撑螺杆,将模板调整到垂直位置;再拧紧后移装置的齿条和拉杆,将模板及支架前移,使之与已浇混凝土密贴;最后检查模板垂直度,通过斜撑螺杆调整模板垂直度满足设计要求。
安装模板单元间连接带,将模板连接成为整体,再安装对拉拉杆固定模板。
3·4 模板拆除
混凝土浇筑完毕后,待混凝土强度达到10MPa时,开始拆除模板。拆模时,先卸下拉杆螺母,抽出拉杆,卸下背楞连接芯带,将模板后移或吊走。如模板上有预埋件定位螺栓,应先拆卸定位螺栓。
3·5 模板施工作业注意事项
①同一模板单元的两榀桁架之间可用48mm钢管连接,使得操作平台安全可靠;②预埋件安装位置要求准确无误,浇筑混凝土前由专人复检,确保误差≤1mm;③模板每次拆除后必须清理面板上附着的杂物,并在浇筑混凝土前涂刷脱模剂;④模板安放于地面时,其面板不可直接接触地面,应用方木抄垫;⑤模板单元提升时,应起吊主背楞上的专用吊具;⑥混凝土浇筑前,应检查模板的后移装置,将模板与已浇筑混凝土面密贴;⑦模板单元安装到位后,安装背楞芯带及楔形销,将各模板单元连成整体;⑧混凝土浇筑前,检查对拉螺杆安装质量;⑨混凝土浇筑时,经常检查模板单元上各连接螺栓的松紧情况,发现问题及时处理;⑩模板拆除时混凝土强度≥10MPa;○11当遇雷雨或风力在五级以上时,不得进行作业;○12严禁上下平台同时作业;○13严防高空坠落;○14严禁在模板支架上堆放重物。
4 结语
1)该木梁模板体系集模板、钢支架、混凝土修饰平台及安全设施为一体,结构简单,受力明确,尤其适用于高墩高空作业。
2)模板系统采用木工字梁竖肋、竹胶板面板、型钢背楞和钢支架结构,整体刚度大、自重轻、安装位置调整灵活,能保证混凝土结构尺寸精确。
3)模板组件通用性强,接长、接高方便,安装简便,能有效地减少高空作业工作量,提高工作效率。
4)该桥墩分节施工平均作业周期6·5d,节段最短施工周期为4·0d,平均施工进度指标0·8m/d,浇筑混凝土指标106·2m3/d。
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