陆家埝大桥薄壁空心墩施工技术
李燕粉
(中铁十五局集团七公司,河南洛阳 471002)
摘要:重点阐述了陆家埝大桥薄壁空心高桥墩双曲可调模板及支架系统以及泵送混凝土施工工艺。采用小块双曲翻模,通过调弧、拼接,可用于不同直径的墩和收坡,且内外模可互换,自下而上反复倒用;内模预埋U形钢筋,作为内模支撑的支架;模板支撑除传统的“内拉外顶”外,另加钢箍支撑,内外模间加内支撑,防止浇注中模板变形。采用泵送混凝土技术,有效控制坍落度,保证混凝土质量。本施工技术不仅操作方便,经济效益明显,而且墩身外观质量可与大块模板相媲美。可供类似工程施工参考。
关键词:薄壁空心墩;双曲可调模板;泵送混凝土;施工技术
中图分类号:U443.21 文献标识码:A 文章编号:1006-3226(2004)02-0107-04陆家埝大桥是渝怀铁路重点工程之一,地处重庆市黔江县山谷地区,全长501.71 m,桥跨布置为15孔32 m后张法简支梁,全桥共16个墩台,除1、2、14号实体圆形桥墩外,3#~13#墩身高度均在30 m以上,最大墩高46 m,设计为内外收坡率不同的圆形空心桥墩。墩顶外径5.0 m,壁厚50 cm,墩内壁收坡率为65∶1,墩外壁收坡率为46∶1。桥位坡度陡竣,施工场地狭窄,大型复杂机具难以就位,钢筋布置为特殊设计,数量比标准设计增加很多,混凝土灌注捣固极为困难,墩高、壁薄、空心,施工难度大。
1 模板设计与工艺
1.1 模板的特点
模板采用小块双曲翻模,其特点是:
(1)可通过调弧、拼接用于各种不同直径的墩和收坡,适应性强。内外模间可互换,自下而上反复倒用,和加工大块模板相比,能节省大量模板,有明显的经济效益。
(2)小块模板拼装方便,便于调整,易于加工。和滑模、爬模相比,结构简单、操作方便、零部件损耗小、便于加工,具有明显的优越性。
(3)通过在模板间加梯形木条调节坡率,并可在梯形木条上钉铁皮环绕整个模板内侧,使每节2 m只有一条竖向缝,且不漏浆,提高墩的美观性。和滑模、爬模相比,墩身外观质量有明显提高,可与大块模板施工质量相媲美。
(4)通过预埋U型钢筋作为内模支撑的支架,可以大大减少脚手架用量。
1.2 双曲翻模工作原理及设计参数
(1)工作原理。通过调节背面的调弧螺栓可以调节模板的曲率(如图1),另外通过在模板间加入梯形木条来收坡,即可满足不同直径、坡率要求。木条宽度宜为4~10 cm,长度同模板长,厚度同模板总厚。
(2)主要设计参数。模板长1.5 m,宽0.3 m,钢板厚2 mm,总厚5 cm(含背面槽钢),左右两侧用9 cm宽槽钢固定。模板背面加3个调弧螺栓,螺杆直径12 mm,一块模板总重20 kg。局部变形不超过3 mm。
1.3 空心墩倒模施工工艺
1.3.1 测量定位
在墩底实心段放出墩身中心点及墩身纵横轴线,以中心点为准吊一条垂球线,模板立到多高垂球线就吊到多高。灌注实心段混凝土时,在中心预埋木桩,在桩上用铁钉放出中心点,以确保中心点的稳定。吊垂球线时要比预计立模高度高2 m左右,并随时派人在底下检查垂球线是否偏离中点。
1.3.2 搭脚手架
从墩底部墩径向外0.1 m搭0.8 m宽双排矩形脚手架,搭架高度比立模高度高2~3 m为宜。双排钢管脚手架每隔6 m设置一层连接钢管或辅助材料,连接钢管紧靠在已浇注的墩身外,再和脚手架连接,根据情况设置部分辅助顶杆,支顶在墩身外,使脚手架和墩身成为一个整体,确保脚手架的稳定。高度大于10 m时,每10 m处和顶部设置缆风绳,加强脚手架稳定性。
1.3.3 立模及绑钢筋
立模和绑钢筋同时进行。考虑到空心墩内外模之间操作空间较小,每次立模高度宜6 m(4节),钢筋高度要超出模板高度,具体长度据实际情况确定。具体顺序为:放线→立外模→外模加固→处理外模板缝→清理外模板面→钉外模内侧铁皮→立1.5 m(1节)内模→内模加固及板缝处理→绑焊钢筋→立下一节1.5 m(共4节)→预埋U型钢筋。
预埋U型钢筋作为内模和内部脚手架支撑用,U型钢筋直径不小于25 mm,每次在第3模顶部梯形木条中均匀埋8个U型钢筋(立第4模时整体旋转一个小角度,使第4模中心置于U型钢筋上),埋入长度40 cm,埋入部分和墩身钢筋绑扎在一起,木条应按U型钢筋尺寸预先钻孔。板缝均用腻子嵌填,板面用40%新机油、60%柴油、1%洗衣粉混合料作脱模剂。
1.3.4 支撑加固
除传统的“内拉外顶”外,内模在预埋钢筋上搭钢管架支撑,每一节模板外侧另加一个钢箍支撑;外模每一节模板外侧加3个钢箍,并在最顶一个钢箍上前后左右各加一条拉索斜拉以保证轴线竖直。内外模之间加对拉螺栓,在浇注混凝土面的上方按墩壁厚加上木条支撑,防止浇注中涨模或模板内缩,造成墩径过大或过小。待混凝土浇至木条高度时拆除木条。
钢箍采用 20圆钢,拉索采用 30钢丝绳,保证有足够的加固强度。箍先用拉紧器大致拉紧,再通过在钢箍和模板间嵌入木条来收紧(见图2)。
2 泵送混凝土浇筑
2.1 原材料及配合比
施工前对砂、石、水泥、钢材等原材料的产地进行考察,对原材料进行试验检查,保证原材料合格;碎石采用硬质岩石灰岩打制的粒径5~40 mm碎石,洁净无杂质,级配良好;砂选用经冲洗的洁净河砂,含泥量≤1%;外加剂选用正规厂家产品,并经检验合格;墩身混凝土使用同一厂家、同品种、同标号水泥、同品种脱模剂,以保持混凝土外观颜色一致。混凝土在自动计量拌合站拌合,保证混凝土的拌合质量;墩身C20混凝土,水灰比0.55,配合比1∶2.21∶3.3,外加剂0.75%,每立方米水泥用量340 kg,砂750 kg,石1126kg,水187 kg,外加剂减水泵送剂2.55 kg,砂率40%,坍落度12±2 cm。施工中严格控制混凝土的坍落度,避免因坍落度过大、过小造成堵管。
2.2 施工流程
(1)施工准备。首先在模板上方以脚手架为支撑搭设四个溜槽,溜槽坡度不宜大于30°,每个溜槽35cm宽。模板内侧铁皮表面刷脱模剂,清理已灌注混凝土表面的杂物。
(2)泵送混凝土浇注。配管设计尽量减少管道的长度,少用弯管和软管。垂直向上配管时,地面水平管长度不宜小于垂直管长度的1/4,垂直管以每节管不少于1处固定于墩身上,管子与固定物之间安装木垫块作为缓冲,垂直管下端设钢支撑以承受垂直管的重量;水平输送管每隔10 m,用台垫加以固定,便于排除堵管、装拆和清洗管道。炎热季节用湿草袋加以遮盖,避免阳光直射;定期检查管道,特别是弯管等部位的磨损情况,以防爆管。正式泵送前,泵送同标号的砂浆润滑管道。因故停泵时间应不超过初凝时间的一半,同时应每隔10min正反各泵一次。每次泵送完毕,应及时用海绵塞、水冲洗输送管。浇筑速度保持在5~10 m³/h为宜,且每个溜槽浇筑0.5 m³左右即换下一个溜槽,以保持模板四面的受力均匀。
墩身混凝土水平分层浇筑振捣,分层厚度30~40 cm(即插入式振捣器作用长度的1~1.5倍),振动棒移动间距为400 mm左右,振捣时间为10~30 s。连续浇筑时如因故中途停灌,灌注面应立即整理成水平面,并做接缝处理,禁止斜面接缝。
(3)拆模养护。强度达到70%即可拆模。拆模后立即开始养护,养护期不少于7 d。养护方法为洒水并覆盖塑料薄膜。阴雨天可只洒水,视气温而定,原则上要保持湿润。但如果采用的脱模剂以柴油为主,则不可覆盖,只能增加洒水次数,避免混凝土表面发黑。
3 托盘顶帽施工
托盘顶帽结构尺寸变化较大,预埋件预留孔较多,施工时应加以重视。对托盘顶帽结构尺寸变化处,尽量采用定制整体异型模板,以减少模板块数,增强模板整体性。托盘顶帽模板加固、调整采用交叉斜拉杆配以顶部水平内撑,以使整个加固系统受力明确,结构稳定。墩台托盘外伸较多时,设置三角形托架做底模支撑。顶帽预埋件包括检查设备及悬灌梁托架用预埋件等,施工中应提前对模板位置进行复测,根据轴线位置在模板上钻出孔洞,安放预埋件,必要时与墩台顶钢筋焊接定位。认真阅读图纸,统计预留孔数量、尺寸及位置,制作内模,立模时按记录逐个安装内模,加固牢靠。
4 安全措施
(1)高空作业安全设施如安全网、安全带等须设置完善,每完成一模循环检查一次。
(2)由于工作环境均为钢材(如脚手架、模板、钢筋),故必须严格按安全标准设置电路,每完成一模循环检查一次。
(3)因内模支撑钢管架搭设于预埋钢管上,所以必须在预埋钢管下部挂安全网,与墩内壁形成封闭面。
(4)在空心墩内外模板间工作的工人,工作空间较小(一般为50~80 cm),周围又有钢筋、铁丝等尖锐物,必须穿帆布工作服以防挂伤。
5 技术经济效果
按每次施工6 m墩身计算,只需要7.5 m内外模板,比传统整体模板要节省30~40 m内外模板。由于双曲模板可以调弧,同一套模板可以用于不同坡率、不同直径的桥墩,该大桥采用双曲模板比传统倒模节省投资近百万元。内模支撑钢管架采用预埋U型钢筋作基础,可节省大量钢管。以7#墩为例,仅此一项就节省近20 t钢管,减少投资7万元。
陆家埝大桥有11个空心墩采用了双曲模板,从3#~13#墩依次施工,保持2~3个墩同时施工,充分利用场地和周转材料。按照该方案施工,平均每天施工3 m,缩短了工期。墩身尺寸、位置、坡度、混凝土强度全部符合规范[1,2]要求,外观光滑平整,接茬顺直,局部收缩裂纹在0.1 mm以下(验标规定为0.2mm)[2],达到优良标准。
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