摘 要:具体介绍通过在现场施工中的应用、摸索,探索出无拉杆模板在空心墩施工中的一整套施工工艺。
关键词:客运专线;空心墩;无拉杆模板;施工
1 工程概况
武广铁路客运专线设计时速350 km,无碴轨道,墩身设计为双线矩形实心桥墩和空心桥墩。按照武广公司强制性技术要求,墩身采用无拉杆模板施工。
2 施工技术方案的选择
针对该条铁路客运专线要求采用无拉杆模板,要求标准高、起点高,空心桥墩施工难度大,工期紧任务重的特点,提出了几种方案,经过多方面的经济技术比选,抛开传统的满堂支架法和大型工字钢作背带的定型钢模,采用轻便型钢模结合桁架作围带,经过受力检算,满足了模板的刚度要求,由大型工字钢作背带的定型钢模300 kg/m2减少到了轻便型钢模结合桁架作围带的230kg/m2,减轻了模板的自身重量,利用自身模板桁架作施工平台不用搭设外支架,节约时间加快施工进度。
3 工艺流程
施工工艺流程见图1。
矩形空心桥墩混凝土施工时,分3次浇筑,承台顶实体段和空心段1次,墩顶以下2·5m 1次和支撑垫石部分1次。具体分段布置见图2。
4 模板的设计和加工
为了满足客运专线的施工要求,外模采用可调式桁架无拉杆高精度模板,根据墩身的高度和预埋件位置需求,模板节高主要分为以下几种规格:2·45m(顶层)、2·0 m(标准节)、1·5 m(调整节)、1·0 m(调整节),进行配置,分外圆弧和直线段模板,模板采用钢板和型钢定型加工制作,面板设竖肋和环肋,大块模板整体线形采用桁架式结构和型钢结合进行加固,通过外部的桁架和型钢形成一个封闭的箍圈,从而使自身达到设计刚度,能够满足施工要求,模板拼装见图3。
5 模板安装和拆除
5·1 施工准备
(1)操作人员提前进行培训:混凝土浇筑方法、混凝土浇筑顺序;混凝土振捣工艺;混凝土拆模强度;接茬处理工艺;养护方案。
(2)在承台基础顶面测定中线和十字线、高程,划出墩身底面位置。墩身施工前,承台顶部立模位置内侧要凿除表面浮浆,整修连接钢筋。
(3)钢筋加工和绑扎。绑扎钢筋应在模板安装前进行,先搭设脚手架,利用脚手架绑扎钢筋。钢筋按设计图纸及验标要求,在钢筋加工场进行钢筋下料,并加工成形;钢筋在加工前,首先将钢筋表面油渍、漆皮、鳞锈等清除干净,对弯折的钢筋进行调直。依据图纸设计进行下料,弯制加工,并按图纸钢筋编号对钢筋分类编号存放。墩身施工过程中墩身的竖向受力钢筋与承台的预埋钢筋采取双面搭接焊接,保证焊缝长度满足验标要求。
在钢筋的绑扎过程中,钢筋的交叉点应用铁丝绑扎结实,必要时可用点焊焊牢。为保证保护层厚度≥5cm,在钢筋与模板间设置接触面积小的同强度的塑料垫块。
下实体段顶层钢筋网片绑扎采用角钢或20钢筋作板凳筋固定底层钢筋网,对于下实体段上台的以及下实体超过3m的墩身,板凳筋采用40钢管。在下实体上部钢筋网片上间隔1·5 m左右预留2个70cm×70 cm工作孔,待混凝土浇筑时接近钢筋网片,将钢筋恢复原状并绑扎牢固,封死工作孔。具体位置见图4。
(4)模板处理。在新模板初次使用前,首先应采用磨光器将模板表面油污、杂物清除,直到模板表面发光,无暗黑色斑与锈迹为止。然后在模板表面涂刷TQN-T型脱模剂,以保证易脱模及混凝土外观美观。
5·2 模板安装和拆除
外模板吊装高度视吊装能力并结合墩身施工分段而定,分节或大块板扇用吊车吊装。安装底节模板前,检查承台顶高程及外轮廓线,不符合要求时凿除或用砂浆找平处理,以确保墩身模板位置、高程准确就位。承台顶面与模板联结面平整,无缝隙,防止水泥浆流失,必要时在承台与模板接缝处采取砂浆填补空隙(或者采用双面胶固定厚1 cm聚苯乙烯泡沫板预铺钢模板与承台之间)。模板吊装组拼时,不得发生碰撞,由专人指挥,按模板编号逐块起吊拼接。板缝的处理采用在接缝处夹海绵条或胶带的方法,保证接缝严密、不漏浆,外观平滑顺直。将模板组装好以后,用竖向钢管和桁架用铁丝捆绑连接做成简易围篮,在桁架上面铺设木板,在模板四周搭设成简易工作平台。拆模时严禁使用撬棍猛烈锤击,防止损坏混凝土表面和造成模板变形。拆模时用吊车将模板用钢丝绳牢固连接,松动可调桁架丝杆,拆除螺丝和斜拉杆。模板拆除后,将模板清理干净、上油和分层堆码整齐,层间用方木支垫,避免损伤模板板面。施工中发生变形的钢模板,调校符合要求后方可投入使用。
内膜部分采用定型钢模板。施工中采用搭设整体支撑架的方法固定空心部分模板,步骤如下。
铁道标准设计 RAILWAY STANDARD DESIGN 2008 (4 )
(1)绑扎钢筋至墩顶倒角部分,后将底部倒角模板、木模加固用2道50×50×4、间距50 cm通过螺栓和墩身钢筋拉紧,同时铺设空心段底模和留设布料作业孔。
(2)为防止内模上浮,在模板顶部设[10 cm槽钢于外模连接,同时也采用4~6根12的钢筋穿过内模斜拉到承台混凝土的钢筋上。立内模时为保证混凝土的壁厚,可采用50 cm长方木嵌入顶部内外模板之间来控制混凝土壁厚,待混凝土浇筑至方木位置时将其取出。内模模板标准节段高度可分为为1·5、1·0、0·m。拼装模板时,在墩身内部搭设井式满堂支架,脚手架顶部预留30 cm左右的空间。为了增加模板和脚手架的整体稳定,内模采用对拉对撑,脚手架采用6排横向立杆2排纵向立杆,步距为90 cm×70 cm、层间距为120 cm,用钢管两端通过顶托支撑模板。圆弧部分可弯制相同弧度的钢管对其加固,具体布置见图5。
内模直线部分的面板加固采用双排钢管间距8~90 cm确保模板整体结构稳定。
(3)待浇筑下实体和空心部分后,拆除内模在脚手架上铺设方木,并根据底模下表面高度调整顶丝,使方木在同一高程上(高程为底模下表面高度-15 cm-模板厚度)。
(4)底模拼装在固定好的方木上,并调平固定,接缝采用海绵条处理,保证浇筑混凝土时不漏浆。
(5)人孔施工采用木模,施工时注意与底模的连接预埋和爬梯。空心墩混凝土的浇筑等施工方法同实体墩相同。
6 模板位置调整
模板吊装拼接完成后,模板的校正和固定是施工的关键。校正可采用全站仪用极坐标法投点纵、横十字线进行校合,测量检查模板的中线、模板各部位尺寸、顶面高程、模板表面平整度和板缝间的错台等,并按报检程序请现场监理工程师检校,当模板组拼成形后,所有螺栓不必拧紧,留出少量松动余地。测量后某一模板前后方向偏斜的调整通过手拉葫芦拉至正确位置。通过拉杆的连接作用,把模板固定在设计的几何尺寸上,调整完毕后拧紧全部螺栓,即可浇筑混凝土。铁道标准设计 RAILWAY STANDARD DESIGN 2008 (4
7 浇筑混凝土
混凝土使用掺加高效减水剂和粉煤灰的耐久性混凝土,坍落度控制在14~16 cm(输送泵)。在浇筑现场每隔一段时间对混凝土的均匀性和坍落度进行一次检查。混凝土拌和采用自动计量拌和站集中拌和,运输采用输送车。采用混凝土输送泵混凝土布料车进行混凝土灌注。浇筑前,先对支架、模板、钢筋和预埋件进行检查,把模板内的杂物、积水清理干净,模板如有缝隙,必须调整填塞严密。混凝土应分层连续浇筑,每层厚度不超过30 cm,且在下层混凝土初凝前浇筑完成上层混凝土。泵送混凝土出料口与浇筑面的距离控制在2m以内。同时注意纠正预埋件的偏差,保证混凝土密实和表面光滑整齐,无垫块痕迹。混凝土浇筑期间设专人观察支架、模板、钢筋和预埋件等的稳固情况,发现松动、变形、移位时,及时处理。
采用插入式振动器振捣密实。插入式振动器移动间距不超过振动器作用半径的1·5倍,与侧模保持10~15 cm的距离,且插入下层混凝土5~10 cm,每一处振动完毕后边振动边徐徐提出振动器,避免振动器碰撞模板、钢筋及其他预埋件。振捣时间一般控制在10~15 s以内,观察到混凝土不再下沉、不再冒出气泡、表面泛浆,水平有光泽时可缓慢抽出振捣器。
8 拆模、养护
8·1 墩顶面抹面、养生
在混凝土浇筑完成后,对混凝土裸露面及时进行抹平,等定浆后再抹第二遍进行压光。混凝土浇筑完初凝后先洒一遍水然后覆盖和裹紧土工布和塑料布,采用洒水养生,养护时间为14 d。
8·2 拆模及混凝土养护
当混凝土的强度达到6~8MPa时,表层混凝土与环境之间的温差均不大于15℃时,方可拆除。模板拆除采用吊车配合,拆除时保护好墩身棱角等易损部位。混凝土养护采用自然蒸养的方法,墩身模板拆除后,先包裹一层土工布,然后再包裹一层塑料布,塑料布的接缝处采用胶条封闭,再用细铁丝捆紧,保证要有足够的水分以及塑料膜无破损、无透气,养护时间不少于14 d。
9 高性能混凝土施工质量的过程容易出现的质量通病以及原因分析
客运专线混凝土施工采用的是高性能耐久性混凝土,混合料中的各种组分密度差异及多种细骨料混合,当搅拌不均匀、浇筑、捣固工艺不规范,容易使混凝土拌和物产生离析、泌水、不均匀体积收缩,混凝土结构产生不同程度的裂纹、砂面、水印,不但影响其表面美观,有的裂纹还可能危及到结构的强度。墩身常见的缺陷主要表现为: (1)砂面、水印; (2)气泡多; (3)颜色不一致; (4)两边对称裂纹; (5)不规则裂纹; (6)表面脱皮。
9·1 出现砂面和水印
出现砂面和水印的起因与混凝土拌和物不均匀、有离析现象、凝固时间长并与灌筑速度没有配合好、捣固工艺不规范等有关。正确的混凝土混合料有效搅拌时间应不少于3min,才能充分拌匀掺合料和发挥减水剂的作用。如用搅拌输送车运送混凝土拌和物,途中运输车搅拌时间不超过30min,即混凝土拌和物在拌和机的搅拌时间可以缩短,但不少于2min。泵送灌筑混凝土入模坍落度以14~16 cm为宜。采用插入式振动器其振捣棒距模板10 cm,混凝土入模(每层)捣固前应将混凝土拌和物钯平,并使模板边周围的混凝土比中间稍高出10 cm左右,然后再振捣,每处振捣的时间不宜过长,不使混凝土离析。
9·2 混凝土表面气泡多
混凝土混合料在搅拌过程中都引进一些气泡,掺加外加剂也引进一些气泡,混凝土内气泡含量一般为2% ~4%。混凝土灌注时要求模板要光滑,均匀涂刷脱模剂。混凝土灌筑每层厚30 cm捣固1次,混凝土入模应先钯平并使模边周围稍高出10 cm再振捣,振动棒距离模板10 cm,点与点之间距离15~20 cm,快插慢拔,每一处的振动时间一般为10~15 s,最多不要超过20 s。在振动过程中气泡即沿着模板边向上排出,其速度为2 cm/s。振动过后应用捣固锤或人工踩模边混凝土,将个别还滞留在模边的气泡完全排尽。
9·3 混凝土表面颜色不一致
一是模板本身有污垢(如铁锈或涂刷过多的油);二是混凝土拌和物干稀不匀。模板应清理干净,涂擦一层薄薄的脱模剂即可,前后灌注的混凝土拌和物坍落度不均匀误差控制在≤±2 cm。
9·4 构筑物两边对称裂缝
一般是灌注的混凝土面积比较大,用2个串筒送料,振捣时没有先钯平而用振捣器赶浆,致使粉煤灰浆集中形成稀浆与混凝土分离,不均匀收缩且凝固慢,此处稀浆强度很低,稍加有点温差就容易产生裂缝。要求振捣前应用布料工具将混凝土钯平后再振捣。
9·5 混凝土表面不规则的裂纹
温差裂纹。内外温差小,出现小缝;内外温差大则会出现较大的缝。
9·5·1 原因
混凝土内温度高,与环境气温、骨料、拌和水温度以及每立方米混凝土中的水泥用量多少有关。控制混凝土凝固温度应力裂缝:混凝土内外温差≤25℃,最好控制在<20℃。
9·5·2 混凝土养生降温方法
(1)内降:适用于大体积混凝土施工降温。方法是在混凝土界购物内安设冷却水管,但要注意控制通过水管内的水温与混凝土的温差≤20℃。
(2)外保:适用于混凝土体积不太大,但内外温差较大。灌注混凝土时,模板外设保温层,使混凝土热量向外散发时蓄集在模板边,可减少混凝土内外温差。
(3)内降外保:内通冷却水管,外加保温层。
9·6 防止混凝土表面脱皮
(1)选用好的脱模剂,涂抹时一定要均匀,不能漏涂。
(2)灌注混凝土前先将模板面的旧灰渣清除干净,并涂好脱模剂再灌注混凝土,避免旧灰渣粘在混凝土面影响光面。
(3)适当晚些拆模,待表面混凝土的抗拉强度增长到大于混凝土面与模板面的粘结强度才能拆模。混凝土表面与模板面的粘结强度可根据模板面的实际情况预先进行拉拔试验测定,按试验结果作依据进行施工控制。实验证明,混凝土的抗拉强度约为抗压强度的1/10,拆模时为不使混凝土表面粘模,则等到混凝土的抗拉强度大于混凝土表面与模板面的粘结强度时才能拆模。
垫石混凝土施工:垫石混凝土施工方量小,垫石混凝土的模板待墩身混凝土凝固后再架立。在混凝土灌注之前,测量班精确测定垫石的平面位置及高程。特别注意锚栓孔的预留(采用符合尺寸圆木,在浇筑过程中控制圆木的位置,保证其设计位置符合架梁要求),预留孔影响的钢筋,可以调整钢筋,不可截断;支座垫石的高程误差控制在(+0/-5mm)内。
10 结论
目前的墩身施工实践证明,上述模板、支架的设计以及混凝土的施工工艺是科学的、合理的,取得了良好的质量效益和经济效益,在类似的空心墩施工中具有借鉴意义。(图略)
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