重庆市红旗河沟立交桥墩整体式模板施工技术_

重庆市红旗河沟立交桥墩整体式模板施工技术
   摘要：本文介绍了桥墩整体式模板施工技术的模板计算方法和施工工艺。通过理论计算分析和施工控制，成功地将该项技术应用于重庆市红旗河沟立交工程，为该技术的应用提供借鉴参考。
   1  红旗河沟立交工程概况
   红旗河沟立交工程位于重庆市江北区红旗河沟，是典型的四条主干道交叉的立交桥。本次施工范围为东西干道K0+000~K0+782.433段和南北干道段390m范围内的立交桥工程。
   根据设计，改造后的立交桥为四层立体交叉，主要工程内容有四条匝道和左转转盘，东西向11跨连续预应力箱梁上跨桥，四条人行过街地道接长，以及新建人行过街地道、排水、挡墙等。主线桥为三联（[24+2×32+24）+(21.5+31+21.5)+(24+2×32+24)]连续预应力箱梁，桥全长298m；桥梁下部结构在桥梁分联处设双柱式墩，其余为独立柱式墩，桥墩高6.115m~15.444m，平均墩高10.15m；桥台为重力式桥台，桥墩为嵌岩桩基础。本工程具有建设周期短、时间紧、任务重、分项工程多、工序复杂、交叉干扰大的特点。
   为确保工程质量、缩短工期、减轻劳动强度、提高工效，在施工过程中需采取切实可行的技术措施。其中，桥墩整体式模板施工方案是本项工程重要的创新之一，该项技术的成功应用填补了重庆市市政工程施工的空白。
   2  整体式模板施工技术
   桥墩整体式模板施工技术虽然已尝试应用于一些铁路和公路工程之中，但因缺乏理论设计和完整的施工技术体系而未被大量推广，尤其是在市政工程中可借鉴的成功经验极少。基于本工程的特点和整体式模板施工技术的发展现状，决定使用桥墩整体式模板施工技术，并对其进行理论研究，为该项技术成功应用提供理论保障。
   相比传统的节段式模板施工方法，整体式模板施工技术主要具有以下特点：墩身整体性好，无施工接缝，质量容易得到保证；结构简单，拆装方便，施工机械化程度高，施工速度快，将拼装模板的高空作业改为平地操作，施工安全性高；模板就位准确，操作简便，偏差较小；材料消耗小，总体投资少。铁路和公路工程实践已证明它在中低高度桥墩的应用比常规施工有很大的优点。
   桥墩是一次性浇筑完成，浇筑高度较大，模板要承受较大的侧向压力，应对模板进行专门设计，以满足规范规定的强度、刚度和稳定性。
   3  红旗河沟立交桥墩模板计算
   3.1  模板侧压力计算方法
   至今，混凝土侧压力计算公式多至几十个，但尚未有一种计算办法为世界公认。下面对混凝土侧压力作用过程进行分析，并提出基于侧压力变化过程的模板计算方法。刚浇筑入模的混凝土在振动作用下，具有很大的流动性，类似流体，因此这时混凝土对模板的侧压力最大（但是混凝土具有触变性，只要振动一停止，混凝土的流动性将会丧失，并逐渐沉实。随着水泥的水化热作用不断进行，混凝土凝固成型，侧压力慢慢降低变小。影响混凝土侧压力的因素有：浇筑速度，环境温度，振捣方法，混凝土配合比及其坍落度，水泥品种，外加剂种类，集料种类及其级配，模板刚度及表面粗糙程度，结构配筋情况及断面尺寸等）。但随着混凝土的沉实、凝固，侧压力逐渐减小，即混凝土从入模到终凝的整个过程侧压力在不断变化。由于桥墩浇筑段较长，通常是分次浇筑完成，则入模混凝土的凝固过程并不是同步进行，存在侧压力的非同步变化。实验研究表明[1]，模板上混凝土侧压力是随时间不断变化的，混凝土浇筑结束时产生的侧压力最大，随着混凝土沉实和固结侧压力逐渐下降减小，并趋于稳定值。
   基于侧压力变化过程和本工程施工过程特点，红旗河沟立交桥墩模板设计采用混凝土浇筑受力过程进行设计，并运用有限元软件实现施工仿真。由文献[1]的实测侧压力结果，进行曲线拟合，得到侧压力变化方程如下：

   基于侧压力变化过程的模板计算步骤如下:
   计算侧压力变化方程;
   建立有限元实体模刑
   计算各浇筑段的内力和变形变化过程;
   线性H.加各浇筑段的内力和变形结果;
   绘制内力和变形与时间的关系曲线;
   确定模板最小利的浇筑时间。
   3.2红旗河沟桥墩整体式模板计算
   3.2.1模板计算方法
   相关规范和计算手册并没有明确提出整体式模板设计方法，所以目前主要是采用组介式模板计算公式进行设计。实际上整体式模板的受力特点与组介式模板存在很大差异。整体式模板上侧压力山钢板、纵肋和横肋共同承担，具有对称的荷载和约束边界，整个受力过程处于弹性状态。基于弹性力学理论，模板内力应满足以下“I’-衡方程和边界条件。

   弹性力学有限元求解方法：有限元求解弹性力学问题得到的是近似解或逼近解。鉴于有限元法的基本方程是代数方程组，远比求解偏微分方程组容易，当分析结构很复杂时这种优势更明显。整体式模板结构复杂，本文通过有限元软件实现受力分析。
   3.2.2  计算参数
   主线跨线桥下部结构为圆角方墩，除4#、7#分联处的桥墩外，其余为8根1.6m×1.6m等截面圆角方墩。在分联处共有4根上大下小花瓶式的圆角独柱方墩，截面尺寸为：上端为3.15m×1.6m，下端为1.6m×1.6m，墩高为6.115m~15.444m。本文仅以高10.294m、1.6m×1.6m等截面圆角8#桥墩为例，桥墩施工分三次浇筑完成，每次浇筑段长3.5m，计算内容分为相邻浇筑段间隔20分钟和没有间隔时间连续浇筑两种情况，计算参数如表1。

   3.2.3  有限元模型
   为了避免因简化而导致计算误差，本文利用有限元软件AN SYS建立有限元实体模型进行模板计算，如图3所示。本文运用APD L语言编写了整体式模板在侧压力变化作用下的计算分析程序，采用荷载步命令实现了模板随侧压力变化的内力、变形变化计算过程。模板采用空间实体单元模拟（AN SYS中Solid45单元），材料为均质各向同性的A3钢，根据上面力学分析确定实体模型边界条件。
   3.2.4  计算结果分析
   整体式模板是由纵、横肋和钢板焊接而成，其几何形状很复杂，最大结构尺寸与最小结构尺寸相差很大，因而模板的应力分布非常复杂。为了能够更容易说明整体式模板的力学规律，本文对模板横向位移（模板刚度）进行分析研究。按照组合式模板计算公式得到最大位移为1.475m m（<[w]=1.75m m），运用有限元实体模型不考虑侧压力变化一次性施加最大侧压力情况的最大位移为0.535 m m，而基于侧压力变化过程的最大位移为0.457m m，横向位移变化曲线如图4、图5所示。
   图4为基于侧压力变化过程的模板横向位移的变化过程，分次浇筑过程中间间隔20分钟情况。可以看出，模板的变形过程是时间的函数，从浇筑开始至一次浇筑段完成时变形增大到最大，随着时间的推移，变形逐渐降低减小。模板各截面的最大位移是出现在浇注段结束之时，但最大变形比不考虑侧压力变化一次性施加最大侧压力时计算的结果要小。各截面的位移变化有所不同，可以看出当完成三次浇筑段时，第三段的中间部位（5h/6）位移最大，在实际浇筑第三段时应控制好浇筑速度，以保证施工安全。
   由图5可以看出，延迟浇筑时间对模板的变形影响范围和程度很小，这是由于模板一次浇筑段较长，侧压力增加只会影响浇注段附近局部段，对整个模板内力调整影响不大，也就说明混凝土连续浇筑对模板的安全性影响不大，只需控制好浇筑速度就能保证整体式模板安全。
   目前各种侧压力公式存在比实测值偏大2倍~3倍的共同特征。据调查，在最快浇筑速度和极强烈内部振捣情况下，模板侧压力很少超过60kPa。模板最大侧压力等于液化高度与混凝土容重的乘积，对于连续浇筑、振捣的混凝土液化高度为2.3m~2.5m，液化高度远小于立模高度，由此可得出施工过程中不可能出现超过70kPa侧压力情况。另外，目前侧压力计算公式并未考虑侧压力变化非同步性以及组合式模板计算方法并末考虑模板整体受力特征，囚而按组介式模板计算方法得到的安全系数偏小。
   根据模板实际的强度和刚度安全储备，红旗河沟立交桥墩浇筑过程中通过适当提高混凝土浇筑速度，保证了施工进度，也解决了偶尔囚运送商品混凝土延迟的影响。
   4  红旗河沟立交桥墩施工
   4.1钢筋制作及安装
   桥墩钢筋骨架的制作严格按照设计图纸和施工技术规范的要求进行。等截而部分钢筋骨架提前在公司钢筋场地次加工成刑，对于上部为变形段的桥墩分二次加工成刑，然后运送至施工现场用汽车吊吊装就位。在运输过程中，为保证钢筋骨架小变形，在骨架内焊接环向钢筋和}字形加固筋。安装钢筋骨架时必须保证保护层厚度和竖向受力钢筋间距满足设计要求，且保证钢筋骨架的中心与桩位中心一致。现场骨架主筋接长采用机械连接，接头按规范错开。桩基钢筋安装时，应预埋墩柱钢筋并插入桩内1.5m，预埋筋上端按施工规范留出接长钢筋的错头搭接长度。
   4.2  整体式模板设计、制作、吊装定位及拆除
   4.2.1  模板的制作与吊装
   红旗河沟立交主线跨线桥共11跨计2台12墩（分联处为双柱墩），其中墩高大于10m的有8个墩。
   因此，在本工程采用整体模板施工技术过程中，首先考虑到由于整体式模板较大，施工安全和混凝土浇筑过程中模板刚度、强度控制是工程施工中的重要环节，主要包括模板设计、连接方式、材质、制作精度、运输、保管、吊装、支设和拆除。

   对于断面尺寸较小的桥墩，混凝土浇筑平面比较小，如何控制混凝土浇筑质量是非常关键的技术问题。
   桥墩墩身模板采用钢模厂加工的定型大钢模，考虑到墩身高度和运输及成本，共加工6套（其中7m、8m长各加工一套，3m加工二套，变形段加工二套）。每套模板截面由4片组成，用双螺帽螺栓紧固连接。在桥墩模板安装前，先在桥墩四周搭设钢管脚手架操作平台。对于等截面墩柱用汽车吊将模板整体吊装就位，在模板上部四方用钢丝绳、花篮螺栓进行校正，确保桥墩安全牢固、定位准确。对于上部为变形段的桥墩，采用汽车吊现场吊装组合拼装，模板安装精度达到规范要求。安装定位后再用水泥砂浆将接缝处补平、打光，再刷脱模剂。每次墩身混凝土浇筑过程中项目部指派专人对模板的纵横轴线和垂直度及变形情况进行定位观测，以防模板变形爆裂。整体式钢模加工钢板厚度为5m m，每隔1.2m高度设1道加劲肋以加强刚度。
   4.2.2  模板制作精度要求
   外形尺寸：长、高：允许偏差：0，-1m m；板端偏差：≤0.5m m；
   连接配件的眼孔位置允许偏差：孔中心与板面的间距：±0.3m m；板端中心与板端间距：0，-0.5m m；板长、宽方向：±0.6m m；
   板和板侧挠度：±1.0m m。
   4.2.3  模板安装精度要求
   模板标高允许偏差：±10m m；
   模板内部尺寸允许偏差：±2m m；
   轴线偏差：5m m；
   模板相邻两板表面高差：1m m；
   模板表面平整：5m m。
   4.2.4  模板观感质量要求
   模板的强度、刚度及稳定性符合施工规范要求；板面之间平整、接缝严密、不漏浆，保证结构外露面美观，线条流顺。由于公司制定了高于设计和技术规范标准的质量要求，故使模板制作安装及墩身混凝土浇筑质量得到有效的控制。
   4.2.5  模板的拆除
   模板拆除前，先松四方的花篮螺栓及缆风钢丝绳。桥墩侧模板在混凝土抗压强度达到2.5M Pa且保证其表面及棱角不致因拆除模板而损坏时拆除。拆除时从上向下逐步拆除模板的螺栓连接，再用汽车吊对每块模板逐步吊装拆除。
   4.3  混凝土浇筑及养护
   在浇筑前，要求供应商提供水泥、砂、石等原材料的检验报告及混凝土的配合比报告，合格后方允许浇筑。认真检查模板的牢固性及缝隙是否堵好，模板清洗干净并用清水湿润，不留积水，使模板缝隙严密。根据前面模板力学分析可知，可以适当提高浇筑速度，但当浇筑高度在2h/3以上时应降低浇筑速度，保证施工安全。严格按照施工规范执行，以控制混凝土浇筑质量。混凝土采取分层浇筑，每次混凝土浇筑厚度控制在30cm~40cm，中间留适当的间隔时间。混凝土搅拌时间应适宜，时间控制在1m in～2m in；为防止混凝土“离析”，浇筑时挂串筒，浇筑时边浇边取，串筒距混凝土浇筑顶面不超过2m；混凝土入仓后，使用正确的振捣方法，掌握合适的振捣时间，每点振捣时间为20s～30s。合适的振捣时间由下列现象来判断：混凝土不再显著下沉，不再出现气泡，混凝土表面出浆且呈水平状态，混凝土将模板边角部分填满充实。
   本工程施工季节处于炎热夏季，因此浇筑混凝土时尽量避开高温时段，选择一天低温时一次连续浇筑完成。浇筑混凝土前先用水润湿钢模降温。混凝土脱模后用湿麻布把外露面缠起来，麻布处整个用塑料膜包紧，至少7天保持潮湿状态，最后用Q TL桥梁专用涂料对桥墩外表进行装饰。
   5  结束语
   本文通过理论计算分析，确保了模板使用安全，为整个浇筑过程安全控制提供了理论保障。混凝土施工综合采用混凝土浇筑质量控制措施，效果很好，所有墩身表面光滑，颜色均匀一致，无蜂窝麻面，无裂缝，整体浇筑的安全和质量问题得到很好解决，实现了安全优质快速施工的目标。本工程实施效果表明，整体式模板与节段式模板比较，在施工速度、施工效果和施工投资等方面优势明显。

文章来自：滑模机械网

文章作者：信息一部

『新闻推荐』

『关闭窗口』

网站建设 | 广告刊登 | 汇款说明 E-mail: admin@chinasfm.com 技术支持:简双工作室
电话：0371-69131532 传真：0371-63942657-8001
版权说明：本站部分文章来自互联网，如有侵权，请与信息处联系