摘 要:利雅得瓦蒂纳玛大桥设计为双肢空心高墩加挑臂巨型盖梁,施工采用液压爬架翻模,并且以双肢柱联体平台形式同时进行2个支柱的施工,当施工到墩顶最后一节模板时,再将爬升平台转换为盖梁施工膺架平台,进行盖梁施工。介绍双肢高墩联体平台液压爬模施工技术。
关键词:桥墩;爬模;双肢柱联体平台;盖梁;施工技术
1 工程概述
沙特利雅得环城高速公路哈姆扎延长线瓦蒂纳玛(Wadi Namar)大桥,设计采用双向6车道,桥面宽28.2 m,桥跨布置为8×44.9 m简支梁;2~6号墩高60~72 m,为双肢柱圆端形空心高墩,壁厚75cm,墩顶盖梁采用外伸悬臂挑梁,盖梁钢筋混凝土332 m3,重达860 t。工程特点:①该桥位于中东沙漠地区,属于沙漠季风性气候,施工环境酷热干燥,日最高气温达55℃,地表温度达62℃,且风沙较多。②施工采用商品混凝土,运距较远。③当地缺少塔吊等垂直提升作业大型设备。针对上述工程特点,结合以往的施工经验,开发研制了一套新型高墩施工技术,即联体平台液压自升爬架翻模施工技术,该技术一次性解决了高墩爬升及巨型盖梁的施工难题。
2 施工方案的比选和优化
最初比较的几种常用方案为:
(1)采用满堂脚手架配合翻板模。该方案需2~3层钢模板,层高约2 m,墩身内、外搭满堂脚手架作为工作平台,混凝土的垂直运输采用泵送,模板提升使用塔吊或简易龙门架,人员上下采用脚架螺旋步梯。此方案技术简单,但劳动强度大,费时费力,施工速度较慢。
(2)墩顶支撑顶杆式液压平台翻模施工。设多个顶杆和套管支撑在已凝固的墩身混凝土中,上面支承墩顶平台,以多个穿心式千斤顶作动力。该方法有较成熟的施工经验可借鉴,减少了满堂落地式内外脚手架而配套塔吊和工业电梯,机械化程度高,施工速度较快,混凝土外表质量较好。但是受顶杆稳定性限制,平台抗风稳定性较差,一般模板高度为1.5 m;并且平台顶升及套管抽拔更换工作量大,对混凝土性能要求较高,远距离运送商品混凝土不易保证施工所要求的和易性;此方案设备投入高。
(3)液压自爬模板,又称大坝模板或悬臂模板。如奥地利多卡或德国建利,是利用墩身预埋件作支撑点,模侧千斤顶作动力,模板和轨道实现互爬。此法预埋件较多,结合本案盖梁施工困难,工序及设备投入较多。通过上述比较和优化,结合现场实际情况,另开发研制了一种新型模侧轨道式液压爬架翻模及配套施工技术。它吸收了普通液压翻模和爬模的优点,以墩侧同步液压千斤顶作爬升动力,通过模板的依次翻升逐步升高。结合该桥墩柱双肢柱设计形式,施工以双肢联体平台形式同时进行两个支柱的施工;当施工到墩顶最后一节模板时,将爬升平台转换为盖梁施工膺架平台,再进行盖梁施工。新方案与前3个方案相比只配施工电梯和简易提升设备,无需附加塔吊等设备,可以达到每板3m,具有结构合理、操作简便、安全可靠、施工速度快、造价低等优点。和国外类似的自爬升模板相比,无需大量的预埋螺栓。新方案优势明显,故最终决定采用。
3 爬架翻模工作原理及主要结构设计
3.1 联体平台式液压爬架翻模基本工作原理采用模侧轨道式液压爬架翻模,将支撑点设在已经浇筑混凝土的墩身模板外侧,以已经凝固的墩身混凝土作最终支撑,以墩侧同步液压千斤顶作动力,通过3层模板的依次翻升实现逐渐升高。该桥墩柱施工以双肢柱联体平台形式同时进行两个支柱的施工,当施工到距墩顶剩最后一节模板时,将施工承重由模板转移到型钢牛腿,转换爬升平台为盖梁施工膺架平台,再进行盖梁332 m3/860 t混凝土施工浇筑。爬升平台利用制式器材贝雷梁在墩下拼组,然后整体依次循环爬升,盖梁施工完毕整体吊落,无需高空拼组或分解,作业安全快速。同时,通过平台自备的简易提升设备进行钢筋模板的作业,无需塔吊、缆索吊等专用垂直提升设备,大大降低了施工成本。由于采用大块钢模,使墩身混凝土施工质量有了可靠保证。联体平台液压爬架翻模工艺流程为:立模绑筋浇筑第1、第2节墩身混凝土→安装调试爬升平台→立模绑筋浇筑第3节墩身混凝土→平台爬升至2、3节→拆除第1节模板并支立到第4节位置,绑筋浇筑第4节墩身混凝土→平台爬升至3、4节→依次进行下一个循环,直至墩顶→体系转换,盖梁施工。
3.2 主要结构设计
联体平台液压爬架翻模主要由4部分组成,即模板轨道系统、联体贝雷平台、液压爬升系统和工作吊架。模板轨道系统:模板主要由背模、左右侧圆弧模、内模组成,背模主要支承提升架的重力,依靠穿墙拉筋固定在混凝土墩壁上。背模上焊有2条竖向钢轨形成滑道,模板标准节高3 m。模板及桁架荷载通过对拉穿墙拉筋抗剪和墩壁摩阻力传递到混凝土墩身上。联体贝雷平台:贝雷桁架为提升模板作业时的工作平台,由标准万能杆件加工组拼而成,总重为42 t。桁架通过特制的牛腿立柱与背模滑道钢轨相连,松开固定销栓,桁架可沿背模轨道上下滑动而不致脱开,并可在背模轨道的任意位置固定。盖梁施工时桁架承受全部施工荷载,并通过支撑牛腿支撑在墩身预埋件上。爬升提升系统:平台爬升利用支撑在墩侧模板上的4台30 t液压千斤顶进行,爬升速度不可太快,提升操作要求4点同步。模板翻升定位和钢筋提升通过平台上的提模门架和起重扒杆进行,并辅助32 mm竖向钢筋连接。施工吊架及防护:墩内、外侧均设有可提升的轻型工作吊架,吊架挂在桁架上并可随平台的提升而升高。为保证施工人员的安全,平台上外侧边缘设有防护钢围栏,吊架侧面及下面设双层柔性防护网。防护网由高强纤维密织网制成,可有效防护人员或工具坠落。
4 关键技术及创新点
4.1 双肢联体液压平台
(1)联体平台液压爬架翻模以空心墩已凝固的混凝土墩壁为承力主体,通过特制锚固螺栓及墩周粘结力来传递荷载,其整体稳定性较墩顶支撑式平台大大提高;同时较一般网架式爬模减少了L形支架连接及大量的预埋铁件。
(2)联体平台一举两用,既为立模绑筋浇混凝土提供了宽阔的作业平台,当其爬升到墩顶后又可转化为盖梁施工平台,满足860 t巨型盖梁施工需要;平台由2组6片200型制式贝雷梁及联合牛腿拼组而成,贝雷梁为制式器材,成本较低。
(3)平台上自备简易提升设备,可以满足钢筋模板的作业需要,无需塔吊等大型设备。平台上设遮阳棚,有水桶和常备医疗箱,吊架上共设有5层工作台以满足操作需要,侧面及底部设全封闭安全护栏和柔性安全网,作业安全可靠,施工人员的上下利用1部工业电梯,混凝土垂直运输采用混凝土输送泵。
4.2 墩侧竖向多点同步液压提升系统
竖向多点同步液压提升系统,以双墩身侧面4个切点为单支点,对称布置4台双作用液压千斤顶,设1台中央总控泵站,通过分集流阀控制各顶同步。千斤顶最大行程为1 250 mm,同步精度为2%。
4.3 主要技术性能特点
(1)联体平台功能灵活实用,抗风稳定性强,作业安全可靠。
(2)无需塔吊或索吊,且平台构件采用贝雷架器材可多次利用,大大降低了工程成本。
(3)无需墩顶拆装平台,也无需高空安装膺架。
(4)液压顶升省工省力、施工速度快,按每天8h工作时间计,无需加班即可实现每2天1板3 m。3班作业可达1天1板。
(5)该技术配套施工电梯及混凝土输送泵,施工高度不受本身限制。
(6)该技术无需抽拔顶杆套管,对混凝土性能要求较低。
5 结 语
双肢高墩联体平台液压爬模施工技术目前正应用于沙特利雅得瓦蒂纳玛大桥的施工,施工进展顺利,实践证明该方案非常成功。与传统液压翻板模相比,该联体平台液压爬架翻模施工技术,既节省了塔吊和墩顶平台的成本费用(1套节约造价约120万元),又减少了大量空中作业,经济效益显著;正常施工速度可达1.5~3 m/d,安全快速;墩身混凝土质量好,受到国际施工监理的好评,社会效益良好。该联体平台液压爬架翻模施工技术可根据墩身结构特点进行改造,能够适用于各种截面单双或多肢高墩及其顶部盖梁施工,且墩身高度可大大提高,如大跨度斜拉桥主塔施工等,其推广应用前景广阔。
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