沁河大橋高墩施工工藝總結(jié)

劉 磊,高 睿

(黑龍江省公路勘察設(shè)計院)

1 工程概況

1.1 氣候、水文、地質(zhì)

(1)氣候

本橋所在地區(qū)屬暖溫帶大陸性季風氣候,冬冷夏熱,四季分明。降水集中在每年 6、7、8、9四個月,年平均降水量600.3mm,年平均氣溫為 14.3℃,最冷為 1月,平均氣溫為0.2℃,最熱為 7月份,平均氣溫為 27℃。本區(qū)年平均風速為 2.2m/s,平時最大風速 20m/s,極大風速為 22m/s。

(2)地形、地貌

本橋位于沁河上游,出山口處,橫跨河谷兩岸為太行山東端中低山區(qū),地形復(fù)雜,地勢高差變化極大。

1.2 工程概況

太澳國家重點公路濟源至?xí)x城(省界)段高速公路 K11+524.4沁河大橋,起訖樁號為 K11+148～K11+900.8,全長 752.8m,下部結(jié)構(gòu)為鉆孔樁基礎(chǔ),鋼筋混凝土薄壁空心墩身,上部結(jié)構(gòu)為 50m預(yù)應(yīng)力混凝土T型梁,采用裝配式部分預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)及簡支結(jié)構(gòu)。

本橋為鋼筋混凝土薄壁空心墩身,半幅 1個,全橋 14個墩共計 28個墩身,最高墩身 50.4m,結(jié)構(gòu)尺寸有 2.5m×6.5m、3.0m×6.5m兩種,壁厚分別為 0.5m×1.0m、0.8m×1.0m;均屬于高空作業(yè),工作面狹小,且本橋地處太行山脈邊緣,冬春季風力大,施工難度高;工期又緊,僅為 26個月,并經(jīng)過兩個冬季,因此墩身施工速度成為了本橋能否按期完工的制約因素。

2 施工方案

豎向鋼筋焊接、模板、工作平臺及提升設(shè)備的施工是橋墩墩身施工的關(guān)鍵工作,直接影響到墩身的施工進度和蓋梁等后續(xù)工作的正常進行,根據(jù)高墩施工的經(jīng)驗,結(jié)合本橋的特點,擬定了以下方案進行比選。

2.1 鋼筋焊接工藝

2.1.1 方案一：電弧搭接焊

工藝原理：鋼筋焊接前將兩鋼筋搭接端部預(yù)先折向一側(cè),使兩接合鋼筋軸線保持在一直線上,并用兩點定位焊縫固定;施焊時,引弧在搭接鋼筋的一端開始,收弧在搭接鋼筋端頭上,弧坑填滿;焊縫長度：單面焊接不小于 10d,雙面焊接不小于 5d,焊縫寬度不小于 0.7d,并不小于 10mm,焊縫深度不小于 0.3d,并不小于 4mm(d為鋼筋直徑);焊接過程中及時清渣,確保焊縫表面光滑平整。

2.1.2 方案二：電渣壓力焊

工藝原理：在近 80V空載電壓的作用下,鋼筋端頭起弧熔化,同時電弧熱熔化周圍的 431焊劑,形成一定深度的電渣池;將上鋼筋緩緩插入渣池中,此時電流直接通過渣池,產(chǎn)生大量的電阻熱,將鋼筋端頭迅速而均勻熔化,當其熔化量達到一定數(shù)值(約 20mm)時,在焊機斷電的瞬間,對鋼筋施加擠壓力(約3000N),使上下鋼筋對接,把焊口部分熔化的金屬、熔渣等雜質(zhì)全部擠出,形成焊接接頭,然后及時清除焊渣,確保焊縫表面光滑。

經(jīng)分析,方案一電弧搭接焊適用面較大,工藝較成熟,存在鋼筋及焊條等的損耗大,用電量高,造成工程成本高;焊接速度慢;工作面要求高等缺點;方案二電渣壓力焊具有操作簡單,電焊人員經(jīng)過短期(7d左右)培訓(xùn)就可上崗;鋼筋損耗少、用電量低,降低工程成本;焊接速度快,適合豎向鋼筋焊接;因此本橋施工采用方案二,且結(jié)合單根鋼筋長度 9m,擬采用每 4.5m焊接一次。

2.2 模板方案

2.2.1 方案一：爬升模板

(1)工藝原理：以空心墩已凝固的混凝土墩壁為承力主體,以內(nèi)爬支腳機構(gòu)的上下爬架及液壓頂升油缸為爬升設(shè)備的主體。通過油缸活塞與鋼體間一個固定一個上升,上下爬架間也是一個固定一個作相對運動,從而達到爬架和外套架、下爬架和內(nèi)套架交替爬升,最后形成爬模結(jié)構(gòu)整體的上升。

(2)爬升工藝：配置兩層大模板或組合鋼模,按一循環(huán)一節(jié)模板施工。當上一節(jié)模板灌注完畢,經(jīng)過 10h左右養(yǎng)生,便可開始爬升,爬升就位后拆除下部一節(jié)模板,同時進行鋼筋綁扎,并把拆下的模板立在上節(jié)模板之上,再進行混凝土灌注、養(yǎng)生、爬模爬升等工序;按此循環(huán),兩節(jié)模板連續(xù)倒用,直到澆筑完整個墩身。

2.2.2 方案二：翻板模

(1)工藝原理：翻板模施工是由兩節(jié)模板交替往上安裝,然后澆筑混凝土,其要求在已澆筑的混凝土強度達到 10～15MPa后,始可在已澆混凝土的模板上立模。

(2)施工工藝：模板均采用廠制定型鋼模,每套模板分2節(jié),下部一次支立 2節(jié)模板,一次澆筑;在混凝土強度達到規(guī)范要求后,拆除下部 1節(jié)模板,同時進行鋼筋綁扎,在混凝土強度達到 10～15MPa后,把拆下的模板立在上節(jié)模板之上,再進行混凝土灌注、養(yǎng)生等工序;如此循環(huán)作業(yè),直至完成橋墩墩身混凝土施工任務(wù)。

經(jīng)分析,方案一爬模體系中上下層模板拼接為交插式,模板重疊使接縫處凹陷,影響美觀;該成套模板投入較大,以后工程中使用率較低;方案二工藝簡單、成熟,墩身分節(jié),如此既能減少費用支出,又能保證外觀質(zhì)量;因此本橋施工采用方案二,且結(jié)合豎向鋼筋每 4.5m焊接工藝,每套模板分4節(jié),每節(jié)高度 1.5m,下部一次支立 4節(jié)模板,一次澆筑6m;以后每次支 3節(jié)模板,每次澆筑 4.5m高墩身,以加快施工進度。

2.3 工作平臺和提升設(shè)備

2.3.1 方案一

抱墩式腳手架搭設(shè)工作平臺、萬能桿件門式吊機提升模板、鋼筋及混凝土輸送泵灌注混凝土施工。

工藝原理：在墩身外側(cè)采用碗扣式鋼管雙排搭設(shè)抱墩式腳手架,立桿間距為0.9m,橫桿步距為 0.6m,雙排用 0.6m鋼管連接,豎向間隔 4.2m設(shè)米字型斜桿,每次拼接最大高度為 12m,每隔 5m與墩身設(shè)連接抱墩桿件,經(jīng)檢算安裝高度滿足實際最大高度 50.4m,扣件、桿件受力均符合扣件、桿件容許應(yīng)力范圍。在灌注混凝土面的高度處雙排腳手架間搭設(shè)竹耙或木板做工作平臺;在墩身一側(cè)用腳手架搭設(shè)門式吊機,高于墩身,且隨墩身的增高而增高,并與雙排腳手架連成一體,利用卷揚機提升鋼筋、安拆模板及周轉(zhuǎn)材料等;混凝土灌注采用混凝土輸送泵灌注。

2.3.2 方案二

模板外側(cè)焊牛腿搭設(shè)工作平臺、塔式吊機垂直提升模板、鋼筋和灌注混凝土施工。

工藝原理：在鋼模板的外側(cè)焊接 1.2m高的牛腿,牛腿頂面與模板頂面平齊,采用 70mm×70mm×5mm角鋼焊接而成,牛腿寬度為 60～70cm,在同向的牛腿上搭設(shè)竹耙或木板形成工作平臺;牛腿外側(cè)安裝三層Φ12鋼筋護欄,在護欄鋼筋上安裝防護網(wǎng)。墩身施工時,塔式吊機與墩身采用附著式加固,在塔式吊機與墩身間用鋼管焊接拼裝成行走平臺(寬60cm,護欄高 120cm)。行走平臺設(shè)為可活動式,根據(jù)墩身施工高度隨時進行安裝拆除。施工時,塔式吊機提升鋼筋、安拆模板及周轉(zhuǎn)材料,提升混凝土料斗灌注墩身。

經(jīng)分析方案一工藝簡單,且是成熟工藝,但腳手架搭拆速度較慢,平均每 2.5m需要 6個人工;腳手架需用量大,1個墩(按 50m計算)需 50t;萬能桿件門式吊機利用卷揚機吊運鋼筋、模板施工進度較慢;混凝土輸送泵灌注混凝土?xí)r,對混凝土的和易性要求很高,高墩泵送混凝土容易堵管;另外本橋共計 28個墩,工程量大,施工時間長,由于腳手架、輸送泵等租金高,使工程成本大幅度提高;方案二方便快捷,施工速度快、投資少、效率高。因此本項目后續(xù)墩身施工采用方案二。

根據(jù)以上分析,結(jié)合沁河大橋墩身的實際,通過施工前多種方案比選,施工中進一步優(yōu)化,最終選擇了豎向鋼筋每4.5m電渣壓力焊接一次、模板外側(cè)焊牛腿搭設(shè)工作平臺、塔式吊機垂直提升、每 4.5m翻板模翻板一次的施工工藝,既確保了工程的質(zhì)量和安全,又加快了施工進度、降低了工程成本,確保了本橋墩身的截點工期。

3 施工工藝

3.1 塔式吊機安裝

每個墩身配備一臺塔式吊機。塔式吊機均布置在橋軸線位置,對稱布置,附墻桿分別錨固在兩個薄壁墩身上,并盡量靠近內(nèi)側(cè)邊,塔式吊機基礎(chǔ)采用鋼筋混凝土澆筑,基礎(chǔ)設(shè)在原狀土地基上,人員從塔式吊機內(nèi)上下,由行走平臺進入工作面。

3.2 鋼筋的加工及綁扎

鋼筋采用現(xiàn)場焊接、綁扎。豎向主筋在加工場集中制作成 4.5m長,現(xiàn)場采用電渣壓力焊接接長。施工過程中隨時用垂球檢查鋼筋骨架的垂直度,并及時調(diào)整,同時檢查骨架尺寸和保護層厚度。同時注意墩身中預(yù)埋件的埋設(shè)。

3.3 模板的制作、安裝

根據(jù)墩身結(jié)構(gòu)尺寸 2.5m×6.5m、3.0m×6.5m,壁厚0.5m×1.0m、0.8m×1.0m;外模制作成 3.35m×1.5m、1.5m×1.5m和 1.0m×1.5m三種,內(nèi)模制作成 2.05m×1.5m、1.0m×1.5m和 0.28m×1.5m(角模)三種,均采用大塊鋼模拼裝。在鋼模板的外側(cè)焊接1.2m高的牛腿,牛腿頂面與模板頂面平齊,牛腿用 70mm×70mm×5mm角鋼焊接而成,牛腿寬度為 60～70cm,在同向的牛腿上安裝寬木板形成施工平臺,平臺包圍整個墩身。牛腿外側(cè)安裝三層Φ12鋼筋護欄,護欄鋼筋上下層間距為 40cm,在護欄鋼筋上安裝防護網(wǎng)。

模板采用 8套平行流水施工,每套 4節(jié),每節(jié)高度1.5m,下部一次支立 4節(jié)模板,一次澆筑 6m;在混凝土強度達到規(guī)范要求后,拆除下部 3節(jié)模板,同時進行鋼筋綁扎,在混凝土強度達到 10～15MPa后,把拆下的模板立在上節(jié)模板之上,再進行混凝土灌注、養(yǎng)生等工序;如此循環(huán)作業(yè),直至完成橋墩墩身混凝土施工任務(wù)。

鋼筋綁扎完畢經(jīng)檢驗合格后進行模板的安裝,模板拼裝之前先將模板打磨清除干凈,涂抹脫模劑。立模前將模板外側(cè)邊線用砂漿找平,找平層用水平尺抄平,以方便立模。模板安裝時用塔式吊機將模板就位,先拼裝墩身一個面的外模,然后逐次將整個墩身的第一節(jié)外模板組拼完畢。外模板安裝后吊裝內(nèi)模板。每節(jié)模板安裝時,在兩節(jié)模板之間安裝8mm厚橡膠條,防止模板接縫處的漏漿。

模板安裝完后對模板進行檢查,首先檢查模板的接縫及錯臺,模板的接縫控制在 1mm以內(nèi),模板的錯臺控制在2mm以內(nèi);用鋼尺檢查模板的幾何尺寸,拉線檢查模板的順直度,用鉛錘儀校正模板的垂直度。施工中嚴格控制軸線偏位在 1cm以內(nèi)。如果有不合格的情況,進行調(diào)整。

3.4 混凝土的施工

混凝土全部由拌合站集中拌和,混凝土運輸車運送,由塔式吊機提升灌注,插入式振搗棒振搗。澆筑混凝土前,對支架、模板、鋼筋和預(yù)埋件進行檢查,符合設(shè)計要求后方可澆筑。模板內(nèi)的雜物、積水和鋼筋上的污垢須清理干凈。混凝土在整個平截面范圍內(nèi)按 30cm水平分層進行澆筑。每放一層料時先將熟料扒平再開始振搗,振搗順序為：先振搗搗角處,再從兩邊向中間振搗,振搗時間控制在 20s左右,以混凝土不再下沉、不再冒氣泡、表面泛漿為準。分節(jié)墩身混凝土澆筑完成后,在混凝土強度達到 2.5MPa以上時鑿除混凝土表面的水泥砂漿和松弱層。

鑿毛完畢后,即進行下一循環(huán)的鋼筋綁扎。待已澆筑混凝土抗壓強度達到 2.5MPa,拆除底層模板。底層模板采用人工配合塔式吊機拆除,最上層一節(jié)模板不動,作為下一墩段的持力點,拆除的模板用塔式吊機直接吊到最上層一節(jié)模板上。當鋼筋綁扎完畢,拆除的模板清除板面上的混凝土、涂刷脫模劑后,用塔式吊機將模板安放就位,即進入下道工序。在混凝土澆筑完成,收漿后予以覆蓋和灑水養(yǎng)護或采用噴涂養(yǎng)護劑養(yǎng)護。當混凝土面有模板覆蓋時,在養(yǎng)護期間經(jīng)常使模板保持濕潤。

為保證混凝土的外觀質(zhì)量,在混凝土的澆筑過程中進行混凝土的質(zhì)量控制,保證混凝土具有良好的和易性、流動性,并控制混凝土的坍落度基本相同,以保證混凝土表面顏色一致。

3.5 施工測量與控制

(1)墩身的平面控制。

墩身在施工前根據(jù)施工設(shè)計圖紙放出墩、臺身四個角,在施工過程中,每澆筑 4.5～9m高墩身后,對墩身的軸線編位、平整度等進行檢測,發(fā)現(xiàn)問題及時調(diào)整,始終保證結(jié)構(gòu)物的各項指標在規(guī)范允許范圍內(nèi)。

(2)墩身高程測量。

依據(jù)施工中設(shè)立的臨時水準點,用精密水準儀直接進行墩身高程測量。測量精度嚴格控制,使其必須符合測量規(guī)范要求。施工中所用的臨時水準點,誤差控制在施工規(guī)范內(nèi)。

(3)墩身垂直度測量。

墩身施工在 20m高度以下及無風狀態(tài)時采用懸掛錘球或用經(jīng)緯儀垂直投影來測量,施工高度達到 20m以上或無法用錘球量測時必須用經(jīng)緯儀進行平面位置或軸線偏位的測量,使其施工誤差控制在施工規(guī)范內(nèi)。

4 結(jié)束語

本項目實踐證明,在高橋墩身施工中豎向鋼筋焊接采用電渣壓力焊、模板采用翻板模、模板外側(cè)焊牛腿搭設(shè)工作平臺及塔式吊機垂直提升的施工工藝,既確保了工程的質(zhì)量和安全,又加快了施工進度、降低了工程成本,是高橋橋墩施工中一種有效的、安全的方法;隨著我國高速公路的發(fā)展和西部大開發(fā)的進行,高大橋的不斷出現(xiàn),還需要我們進一步學(xué)習(xí)和研究,并不斷的實踐、應(yīng)用。