特大桥空心墩封顶施工工艺及受力分析

刘卫峰 （安徽省海通建设集团有限公司，安徽 合肥 230088）

1 工程概况

某特大桥全长1746m，孔跨布置为53m－32m简支T梁，本桥结构型式：桥台采用双线T型桥台；桥墩采用圆端形实体墩和圆端形空心墩两种型式；基础除53#台采用明挖扩大基础外，其余墩台均采用钻孔桩基础，钻孔桩共593根。承台及桩基础采用C35混凝土，桥台台身和实体墩墩身及托盘采用C30混凝土，空心墩墩身及托盘采用C35混凝土，墩台支承垫石采用C50混凝土。共有混凝土约97730m3。全桥共有空心墩38个，其中最高空心墩60.5m，超过50m的有24个。本文以该桥最高空心墩为例进行阐述，空心墩平板段设计440cm，顶部圆端直径580cm，墩顶实心部分高110cm，在与实体段部分衔接过渡段采用50cm×100cm的倒角。

某特大桥空心墩统计表 表1

2 工艺概述

采用在空心墩上倒角上铺设事先预制好的钢筋混凝土盖板，形成底模，为了减轻钢筋混凝土盖板的承受荷载，顶部实心段分两次浇筑：首先浇筑0.5m，待已浇筑段混凝土达到一定强度后，再浇筑顶部2.4m（包含0.6m实心段和顶部托盘顶帽）。后浇筑混凝土重量依靠已浇筑0.5m高实心段钢筋混凝土结构支撑。先浇筑段与后浇筑段混凝土经过养护后形成一个整体共同作用。钢筋混凝土盖板连同桥墩混凝土一起成为桥墩的一部分，无须取出，待下一个墩顶再预制相同的盖板。封顶示意见图1。

图1 空心墩封顶示意图（单位：cm）

图2 空心墩顶形状及尺寸（单位：cm）

3 施工工艺

3.1 盖板预制

3.1.1 盖板结构尺寸

根据空心墩顶部空心段尺寸及封顶面积设计出所预制盖板的结构及尺寸，盖板可根据其封顶面积的大小及吊装难易程度将其整体或分段预制。

该桥最高空心墩顶为圆端形，圆端半径r为2.932m，平段长为440cm，如图2所示。封顶混凝土盖板较桥墩顶空心段外均延长10cm，作为担板。由于面积较大，盖板采用分段预制，设计板厚为15cm。钢筋保护层厚度取15mm。盖板预制分段形状及尺寸见图3。

图3 盖板分段预制形状及尺寸（单位：cm）

3.1.2 受力分析及钢筋布置

①盖板上部需承受荷载计算

钢筋混凝土自重荷载

混凝土分两次浇筑，盖板只承受0.5m高的混凝土自重荷载P1

P1=(1.922×3.14×2+4.4×3.833)×0.5×24=480.12kN

钢筋混凝土盖板自重P2

P2=(2.022×3.14×2+4.4×4.033)×0.5×24=165.5kN

振动器振捣产生荷载P3，荷载集度取1kN/m2

P3=(1.922×3.14×2+4.4×3.833)×1=40kN

倾倒混凝土产生的荷载P4，荷载集度取2kN/m2

P4=(1.922×3.14×2+4.4×3.833)×1=80kN

终上所述，盖板上部承受的荷载为

P=P1+P2+P3+P4=480.12+165.5+80=765.62kN

则顺桥向线荷载为（取1m板宽）

q=765.62/(4.4+1.92×2)/3.833=24.24kN/m

则跨中弯矩为

M=ql2/8=24.24×3.8332/8=44.52kN·m

②盖板钢筋布置

查钢筋混凝土结构计算表得：

AS=1256mm2φ 16@160mm

分布筋按每米板受力钢筋截面积的15%布置

0.15 ×1256=188.4mm2

分布筋采用φ 8@200mm

盖板钢筋布置图见图4、图5、图6。

3.1.3 混凝土浇筑

为不影响封顶，盖板的预制可在墩身施工的同时进行，预制地点可在墩身附近选择场地或在专门预制场预制好后运输至桥墩处。盖板预制混凝土强度等级选择为C35，与上实心段混凝土强度等级相同。

盖板预制成型主要经过钢筋绑扎、立模、浇筑、振捣和养护等几个环节。振捣采用平板振动器，混凝土振捣应保证混凝土密实，同时制作同条件混凝土试件，以检验混凝土的抗压强度。

3.2 盖板吊装

吊装前应对盖板进行混凝土强度检测，用回弹或试压试件。盖板浇筑完成后应及时养护，保证混凝土强度达到设计强度的80%以上时才可以吊装。吊装采用塔吊吊装，每块盖板预制过程中在四角均埋设4个吊环，吊环采用直径20mm的一级钢筋，吊环弯心直径2.5d，底部与主筋焊接牢固。吊装时用4条等长的钢丝绳一头分别悬吊4个吊环，另一头挂入吊钩上，然后起吊安装，吊装时必须保证盖板水平，不得倾斜。盖板起吊到位安装时，盖板两边担板尺寸必须相等。可在上倒角上部用墨线弹出盖板位置。盖板吊装示意见图7。

4 结 语

铁路桥梁空心墩封顶施工中如采用搭设满堂脚手架和预埋牛腿的方式，不仅费时、费工、费料，而且施工周期长，并且施工支架过高难以保证结构的安全可靠。采用钢筋混凝土预制盖板进行封顶施工，墩身高度不受限制，而且施工过程省工、省时、操作简单，施工安全风险大大降低。缺点是顶部荷载大，混凝土无法一次浇筑完毕，需分次浇筑，盖板无法重复利用，每个桥墩封顶需预制新的盖板。

该桥空心墩封顶原方案设计为预埋型钢牛腿，经实际实施情况看，该方法施工正常周期需10d以上，且工人在狭窄的空间内操作，拆模难度较大，工人均从下往上拆除支架，安全风险较大。改为预制盖板封顶后，仅需半天就可以将盖板安装到位，充分验证了该施工方法的可行性和优越性，并可为其它类似工程提供参考。

图4 板一、六钢筋平面布置图

图5 板二、三、四、五钢筋平面布置图

图6 板二、三、四、五钢筋正立面布置图（单位：cm）

中南建筑设计院.混凝土结构计算图表[M].北京:中国建筑工业出版社，2002.