复杂地形下的薄壁空心高墩施工控制技术

张全良，张建刚

(1.天津铁道职业技术学院，天津300240;2.中铁六局集团天津铁路建设有限公司，天津300232)

复杂地形下的薄壁空心高墩施工控制技术

张全良1，张建刚2

(1.天津铁道职业技术学院，天津300240;2.中铁六局集团天津铁路建设有限公司，天津300232)

桥梁高墩施工技术是保证桥梁施工质量的基础，薄壁空心高墩一般在几十米到近百米之间，并以施工速度快、建设成本低的优点被山区桥梁广泛运用。本文结合昆玉高速公路薄壁高墩施工实例，探讨复杂地形下的薄壁高墩施工技术，进一步阐述了翻模施工的关键技术，探索了保证薄壁空心高墩线形的控制技术，可为今后类似桥梁的设计、施工、监控提供借鉴。

高速公路 高桥墩 施工技术

随着山区高速公路及铁路建设越来越多，对于地势陡峭、相对落差较大的山岭地区，桥梁建造向着大跨、悬臂、高墩方向发展。高墩一般是指墩身高度在30 m以上，且墩身以空心或薄壁为主，施工过程中，难度较大，需要多种大型机械配合，技术要求高。但其以施工速度快、投资成本低的独特优点在山区桥梁建设中被广泛运用。薄壁空心高墩常见的施工方法主要有滑升模板法、提升模板法、爬升模板法、滑升翻模法和钢管脚手架配合拼装钢模板法等［1-2］。桥梁高墩施工技术是保证桥梁施工质量的基础，本文以昆玉高速公路薄壁高墩施工为例，系统地探讨复杂地形下的薄壁空心高墩翻模施工的控制技术。

1 工程概况

昆玉高速公路起于昆明市官渡区鸣泉村，止于玉溪市高仓，全长85.71 km，是云南第一条六车道高速公路。

本桥段位于云南省玉溪市境内，线路设计速度100 km/h，所处位置为T1，T2级碳化环境，地震动峰值加速度为0.20g，地震动反应谱特征周期为0.45 s。桥梁区段地势复杂，沟壑众多，地表植被发育旺盛，平缓地带均已开垦为耕地，其余地面多为荒地。桥梁空心墩共142个，外坡比均为45∶1，内坡比均为80∶1。所有空心墩墩身均采用圆端形截面，底部实心高度1.5～2.0 m，顶部实心高度1.0 m，最小壁厚0.5 m。墩颈横向宽度8.4～9.2 m，纵向宽度2.8～4.8 m，托盘高度1.5 m。顶帽均采用矩形，横向宽度10.6～11.3 m，纵向宽3.2～5.2 m，厚度0.6 m。

2 薄壁空心高墩施工方案设计

全标段的空心墩分为4个作业面流水施工，空心墩底部1.5～2.0 m实心部分单独一次浇筑完成。在底部实体段施工结束后，每4 m一个循环，按照在13.5 m以下7 d一个循环，13.5 m以上5 d一个循环。墩身钢筋、模板、混凝土由汽车吊负责垂直提升。

空心墩整体采用翻模施工，翻模两端圆形模板采用一次到顶(2 m一节)，平板采用循环施工。在墩身实体段+4 m以下采用搭设外架法，在该位置处设置一个临时进人洞。在墩身内部搭设支架，供操作人员和机具设备的提升，墩身外部采用汽车吊提升模板和混凝土。在外模上悬挂外架平台作为操作平台，空心墩内设环状检查台，采用预留接茬筋后浇筑混凝土。空心墩顶部实体段及顶帽混凝土采用一次浇筑。

2.1 翻模结构施工方法

翻模基本结构由内模系统、外模系统、外挂系统、拉杆系统、内脚手架、外脚手架、提升系统、安全防护系统及拆模系统组成，如图1所示。

2.2 钢筋工程

墩身、承台、基础间连接锚固筋按规范和设计要求连接牢固，形成一体。预埋段钢筋埋入深度65 cm，墩身钢筋与预埋钢筋按50%接头错开配置，接头错开的距离不得少于90 cm。基础、承台混凝土顶面的外露钢筋最小长度为50 cm，最大长度为150 cm。钢筋绑扎作业在固定脚手架上进行，钢筋保护层采用M35砂浆垫块以保证厚度。

2.3 模板工程

安装模板前对模板进行清理、打磨，以无污痕、锈蚀为标准，刷脱模剂(模板漆)，并用塑料薄膜覆盖。钢模到现场后先进行试拼，对细部错台和拼缝进行处理。局部的错台通过打磨找平，拼缝采用建筑专用双面胶带填塞找平。钢模板表面平整度按照同一板面2 mm控制，拼缝处错台按照1 mm控制。拼装完成后对模板的总尺寸进行复核。加固措施采用内撑和外加拉杆形式，拉杆采用φ20钢筋，外套硬质PVC塑料管，保证薄壁厚度误差＜5 mm。安装好后，检查轴线、高程，保证模板在灌筑混凝土过程中不变形、不移位。拆模时留有一节模板作为安装上层模板时的支撑。拆除模板时由下往上逐块拆除。

2.4 混凝土工程

混凝土浇筑分三阶段进行，分别为墩底实体段、墩身空心薄壁、墩顶实体段。首先精确测放出基础(承台)墩身中心线，沿墩身内外轮廓线施作一层3～5 cm厚的砂浆水平带，作为模板找平层。在浇筑完底节墩身后，进行表面洒水养护，同时进行内脚手架搭设，以及第2段墩身钢筋接长工作。在墩身混凝土强度达到设计强度70%时，进行底部2节模板的拆除和提升工作，留本节上面一块作为下一节墩身模板支撑，如此循环直到墩顶实体段完成。拆除模板时注意拆模的顺序，拆下的模板要清扫干净、有序堆码以利下一次使用。

混凝土分层浇筑厚度不超过30 cm。采用振动器振捣密实，不可漏振和过振。每层混凝土振捣时插至下层混凝土5～10 cm，以确保新旧混凝土结合良好。串筒拆除采用边浇筑混凝土边拆除的方法，串筒距离已浇筑混凝土顶面高度在2 m以内。结构混凝土浇筑完成后，及时养护，以防止混凝土内外温差过大产生裂纹。拆模后用无纺土工布包裹养护，养护时间不得少于14 d，若气温较低，养护时间适当延长。如进入冬季施工，必须包裹进行保温养护。

图1 翻模基本构造示意(单位:cm)

3 墩台内外脚手架设计

脚手架立杆基础必须坚实，并具有足够承载力，以防不均匀或过大沉降。当支撑在基础顶面时，基础必须达到设计强度等级;当支撑在地基土上时，应加设垫板或枕木，垫板应有足够强度和支撑面积，并为中心承载。地基土应坚实，并设有排水措施。双排脚手架应设置纵向剪刀撑和横向斜撑，保证脚手架具有足够的纵向和横向整体刚度。在脚手架和墩台之间，必须设置足够数量、分布均匀的连接件，防止脚手架横向失稳或倾覆，并能可靠传递风荷载。

本工点采用双排脚手架，搭设高度45 m。搭设尺寸为:立杆纵距1.50 m，立杆横距1.05 m，立杆步距1.50 m。采用钢管类型为φ48×3.5，连接件采用二步三跨，竖向间距3 m，水平间距4.5 m。施工均布荷载为3 kN/m2，脚手板共铺设22层。

3.1 脚手架荷载标准值

脚手架荷载标准值包括静荷载、活荷载和风荷载。静荷载标准值包括承受的结构自重、脚手板的自重、吊挂的安全设施荷载等。

风荷载标准值以基本风压为基准，考虑结构系数、风荷载高度变化系数和风荷载体型系数［3］。

3.2 脚手架最大搭设高度的计算

不考虑风荷载时，采用单立管敞开式、全封闭和半封闭的脚手架可搭设高度按照下式计算

式中:NG2k为构配件自重标准值产生的轴向力，NG2k= 8.794 kN;NQk为活荷载标准值，NQk=2.363 kN;gk为每m立杆承受的结构自重标准值，gk=0.151 kN/m。

经计算Hs=68.45 m。

脚手架搭设高度Hs≥26 m时，按照下式调整且不超过50 m。

考虑风荷载时，采用单立管敞开式、全封闭和半封闭的脚手架可搭设高度按照下式计算

式中:Mwk为计算立杆段由风荷载标准值产生的弯矩，Mwk=0.076 kN·m。

经计算Hs=71.063 m。同样经调整后脚手架搭设高度限值［H］=50 m。

4 薄壁空心高墩线形控制技术

薄壁空心高墩施工难度大，技术要求高，如何控制高墩的垂直度就成为控制施工质量的关键环节。由于墩身是在动态中成型，而且是高空作业，施工精度控制十分复杂。空心墩线形控制主要通过施工测量来进行，控制内容包括:空心墩中心定位测量、空心墩高程测量、空心墩中线垂直度测量、空心墩坡度控制。

4.1 空心墩中心定位测量

采用极坐标控制测量法［4］。包括外模定位控制、内模定位控制和混凝土浇筑过程中的墩身轴线控制。

外模定位控制要求:每个墩身施工前，由测量人员用全站仪在基础顶面测设出墩身的十字中心线，以及两端圆弧的圆心、圆弧与直线的交点，并设置好横、纵向护桩，便于立墩身模板时放样墩身底口的轮廓线。在墩身立模时，用墨斗线在基础顶面弹出墩身底口轮廓线，依据轮廓线安装模板。每安装一节模板，就用全站仪对该节模板进行纵、横轴线、几何尺寸的测量复核。复核无误后，再进行下节模板的安装，确保每节模板位置的安装正确。

内模定位控制要求:在空心墩底节实体段混凝土施工完毕后，用全站仪将墩身中心点引测至实体段顶面并保护好，该点和已复核过的外模内壁作为此后内模安装时几何尺寸、平面位置校核的依据。内模安装步骤及检验方法同外模。

混凝土浇筑过程中的墩身轴线控制技术:首先要求浇筑过程中派专人不间断检查墩身模板的支护及螺栓连接、拉杆加固情况，确保不发生因加固不牢产生的跑模、偏移现象。其次，严格控制混凝土的浇筑速度，每小时不大于1 m高度，防止浇筑过快产生模板偏移现象。最后，在施工过程中，每浇筑1 m左右高时，用垂球检查一下模板的平面位置情况，如有超出规范要求的偏移，要立即暂停混凝土浇筑，采取措施纠偏，直至符合规范要求后，再继续进行混凝土的浇筑。

4.2 空心墩高程测量

在墩身立首节模板前，先用高强度等级砂浆垫层将墩身底面找平，然后开始模板安装，每安装一节模板，就对其顶面标高进行测量，高程达到设计标高后，再进行下节模板的安装。采用水准仪测设法与全站仪三角高程法相结合进行空心墩高程测量。在空心墩施工初期水准仪测量不受墩高影响时，采用水准仪测量。在使用水准仪测量受到墩高影响时，采用全站仪三角高程法进行墩身高程测量。测量时，盘左盘右要进行三个测回测量，取三个测回的平均值作为最终高程值。并且在墩身高程测量结束后，与大桥一个水准控制点进行联测，以检验三角高程测量的准确性。

4.3 空心墩中线垂直度测量

中线垂直度测量采用自动安平激光垂准仪。激光垂准仪安装在空心墩实体段顶面上，并设牢固的保护罩。墩内平台顶上设激光接收靶，能显示光斑并捕捉斑心，激光斑心即是桥墩中心，进行墩身的竖向轴线传递。通过激光垂准仪将桥墩中心准确地引至工作平台上，不仅简化繁琐的测量工作，而且中心控制准确、可靠。模板每提升一节，对模板的位置检查一次，以控制桥墩的纵横向偏移和扭转。

4.4 空心墩外观线形及坡度控制

试拼检查:空心墩外观线形及坡度主要由加工好的定型钢模来控制。为保证定型钢模线形及坡度的准确，在立模前要进行模板的试拼工作，对试拼好的模板进行几何尺寸测量，以此来检验模板的线形及坡度。

立模时检查:将试拼合格后的模板运至施工地，依据事先测设好的立模轮廓线，安装好模板，然后用全站仪在模板顶上测设出该模板顶截面的两端圆弧顶点、圆弧与直线的交点，检查这些点与最上面一节模板本身的两端圆弧顶点、圆弧与直线的交点是否重合、偏差多少，以此控制墩身的线形及坡度。

施工过程控制:主要检查模板的加固情况，控制混凝土的浇筑速度，防止跑模。

5 结论

复杂地形下的薄壁空心高墩选用合理的施工工艺十分重要，采用翻模法进行桥梁高墩施工具有操作方便、易掌握、成本低、工期易得到保证等特点。本文通过昆玉高速公路薄壁高墩施工实例，系统地阐述了施工方案的设计理念以及空心高墩质量控制技术，可为复杂地形下类似的薄壁空心高墩的施工提供参考。

［1］陈国琛，孙士成.铁路桥梁薄壁空心高墩施工技术［J］.科学与财富，2011(7):351-352.

［2］周进福，行英杰，吴巨超.铁路薄壁空心墩盖板封顶的施工［J］.铁道建筑技术，2012(增2):52-53，74.

［3］中华人民共和国交通部.JTG/T F50—2011公路桥涵施工技术规范［S］.北京:人民交通出版社，2011.

［4］张铮.138 m双薄壁空心高墩翻模施工技术［J］.铁道建筑，2005(3):1-3.

(责任审编赵其文)

U443.22

B

10.3969/j.issn.1003-1995.2015.05.13

1003-1995(2015)05-0050-03

2014-09-02;

2015-03-12

张全良(1967—)，男，河北霸州人，副教授。