薄壁空心墩翻模施工工法

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薄壁空心墩翻模施工工法1前言近年来由于高速铁路的兴起，加之普通铁路对线路平顺度要求不断提高，桥梁高墩逐年增多，墩身高度已经由20~50米发展到超百米，甚至近200米，高墩施工亟待标准化、规范化，以保证工程质量和施工安全。另外，在高墩桥梁施工中，墩身工期一般处于关键线路，对总工期有重要影响，所以探索高墩施工效率，加快施工速度也成为需要解决的问题之一。本工法是中铁建工集团在新建辽源至长春铁路工程伊丹河特大桥空心墩桥梁施工过程中形成的，经总结，形成本工法。实践证明，本工法具有优质高效的优点，技术先进，有明显的社会和经济效益。2工法特点2.1本工法在吊车—翻模施工技术、混凝土输送泵一次泵送混凝土技术的基础上，采用了简易外模悬臂施工平台+设置筒内支架方法，并配合1节外模和1节内模，筒内支架“一架三用”，可提高施工效率，降低施工成本，加快施工进度。2.2墩身高度在30米以下使用汽车吊配合翻模施工，速度快、成本低、机动灵活，墩身高度大于30米可采用塔吊。模板在工厂统一加工制作，精度高、可进行多次循环使用。对于泵送混凝土施工，采用汽车输送泵，可多个工作面共用一台，节约成本。施工过程中能够逐节校正墩身施工误差，误差不积累。便于模板及时清理、整修、刷油，混凝土外表面平整光洁。在地面附近预留临时门洞，采用筒内脚手架提供作业人员垂直运输，并设置安全操作平台，保证了人员的安全 ，墩身施工完毕后，拆除筒内脚手架，封堵临时门洞。2.3模板一次性投入少，循环利用率高，经济效益好。2.4墩身外侧无需搭设脚手架，采用角钢悬臂式工作平台，节省人力物力，安全可靠。2.4不需要增加特殊设备，工艺可操作性强，经济合理，易于推广。3适用范围本工法适用于20米以上的空心薄壁桥墩。墩身为等截面或变截面。最优经济高度为30米以上，墩高越高，此方法优势越大。也可以用于类似于桥墩的高耸钢筋混凝土结构施工。4工艺原理将墩身分成等高的节段，分段浇注。根据分段高度，将内、外侧模板设计成与分段等高的3或4节。第一次将全部内外模板安装加固好，一次浇筑完成后，拆除顶节以下模板，将其接于顶节模板之上，继续进行混凝土施工，如此循环，每次浇筑高度约4米，直到墩身完成。用吊车提升物料和模板。使用混凝土输送泵泵送混凝土。墩内设置钢管支架，支撑于墩内实体部分顶面，用于支撑接长钢筋的定位、工人操作平台和墩顶封顶时支撑底模。支架和模板配合使用方法见翻模工艺原理，图4-1。图中1~6）为翻模施工步骤，重复5~6，直到封顶位置。7~8为墩身封顶施工步骤。 4-1翻模工艺原理图5施工工艺流程及操作要点 5.1工艺流程按4节外模施工的工艺流程图（图5.1-1）如下：承台施工接长、定位、绑扎墩身钢筋，搭设筒内脚手架。安装实体段外模，浇注混凝土。接长绑扎实体段墩身钢筋。安装第一个空心部分浇筑段内外模，浇注混凝土。接高内支架，接长、定位、绑扎墩身钢筋。将下面的内、外模翻转至上面，浇注混凝土。是否到达墩顶位置？否是拆除顶节一下内模，安装外模，将内支架调平，铺设封顶混凝土底模。绑扎顶帽钢筋，浇注封顶混凝土。结束结束图5.1-1工艺流程图 5.2施工要点5.2.1准备工作1、模板、支架设计和加工每个浇筑段高度3.0米~4.5米之间。为与9米长的定尺钢筋相适应，每个浇筑段一般定为3米或4.5米高。每个浇筑段由2节或3节模板拼装而成，每节模板高度1.5米，主要考虑吊装方便。每节模板由2快直板及6块圆端弧模组成（内模或外模），拉杆的设置与模板的强度及刚度相适应。操作平台设置在模板外侧的肋板上，每节模板均设有工作平台，两层平台间采用刚直爬梯相连，平台宽1米，护栏高0.9米。根据内部空间大小，设计钢管支架结构。采用普通的脚手架钢管。钢管架结构设计应符合相关要求。按照顶板施工工况下的荷载标准，对支架进行验算，保证支架的强度、刚度和稳定性。外模悬挑式工作平台大样图如5.2图示： 5.2悬挑式工作平台（单位：mm）2、混凝土搅拌、运输设备混凝土采用拌合站集中拌合 ，运输采用混凝土搅拌运输车，垂直运输采用混凝土输送泵。应根据墩身高度选择混凝土输送泵的型号。3、其他场内道路、水路、电路畅通，配置对讲机。5.2.2筒内支架的安装与翻拆1初次搭设筒内支架落地搭设，高度以能支撑接高的竖向钢筋不倾倒为宜，一般超过接头以上的定尺钢筋高度（9米）的2/3。支架四周与墩身内壁间留50cm间隙，以便拆除、提升内模。顶层的水平钢管向四周挑出，并沿墩身的内外层竖向钢筋增加两排横向钢管，精确定位后固定钢筋的位置和间距。钢筋绑扎后拆除挑出的钢管。钢管架的水平杆上铺设木板形成平台，供作业人员在平台上操作。2支架接高每节墩身浇注混凝土后，及时将支架接高。在内模提升后及时增加支撑与墩身内壁混凝土面顶紧，以减小支架自由高度，增加支架稳定性。支架接高后，作业平台随之升高，以满足作业需要。3调整支架成为封顶的支撑混凝土浇筑到封顶混凝土位置时，拆除墩身内模，在支架上铺设地板的底模。4支架拆除墩身封顶后，拆除全部钢管支架，拆除顺序与搭设顺序相反，自上而下拆除，钢管自下方门洞拿出。5.2.3安装实心段模板，浇注混凝土钢筋绑扎完毕并经监理工程师验收合格后，对墩身各角点放样，弹墨线，沿墨线立模板。模板安装前，应清理干净，并涂脱模剂。 安装模板时注意接缝平整、严密，防止漏浆。紧固拉杆的螺栓，在模板内加内撑，保证混凝土尺寸。模板拼装完成后，采用水准仪对模板伤口水平进行复核，如水平不符合要求必须采用千斤顶进行校正，校正完毕后模板下口采用砂浆予以封堵，以防浇筑时漏浆。模板安装完成后检查钢筋保护层偏差是否符合验标要求，如偏差过大则必须进行调整。混凝土浇筑采用混凝土泵车，浇筑初期混凝土处于较深位置，需仔细振捣才能防止漏振。浇注混凝土时，按照施工规范要求作业。5.2.4空心段首节模板的安装、混凝土浇注实心段混凝土浇筑完成后，待混凝土达到一定强度，即安装上一浇筑段墩身的钢筋。钢筋安装完毕后，拆除实心段顶节以下模板，翻至实心段以上进行上浇筑段模板安装。首先安装定位销，用螺栓将上下模板连接在一起。保持内模与外模平齐，调整模板至准确位置，安装、紧固对穿拉杆。其余工作同首节墩身施工。一般使用吊车提升内模，特殊情况下，利用内支架使用葫芦提升。5.2.5内、外模板的翻转安装待上节混凝土达到15MPa时，即可拆除下节外模。先抽出拉杆，然后卸除模板的连接螺栓，将模板向外拉出。高空作业时，要预先用倒链将模板吊在上面的模板上，并拉紧，防止模板突然脱落。待外模完全与混凝土脱开后，用塔吊微微吊起外模，将倒链解下，然后将模板吊到模板修整处进行修整，待用。待钢筋安装完毕，用塔吊将模板吊起，进行安装。安装方法同前述。5.2.6钢筋的安装竖向钢筋采用直螺纹套筒机械连接方式，如设计无要求也可采用电弧焊焊接，但接头搭接长度、预弯、焊接质量情况必须符合验标要求。利用墩内钢管支架，定位、固定钢筋。在设置钢劲性骨架的墩身施工时， 可利用劲性骨架定位、固定钢筋；也可以加工可提升的钢支架，置于内外层竖向钢筋之间，用以固定、定位钢筋。宜使用9米定尺钢筋，因4.5米高的浇筑段与之配合比较合理。5.2.7泵送混凝土按照相关规范、规程设计和试验确定混凝土配合比。混凝土缓凝时间3~5h。一小时坍落度损失不超过30mm。按照墩身高度选择混凝土输送泵型号，配备混凝土提升斗作为备用，在落灰点设置串筒。开始泵送前，先搅拌同水灰比砂浆，打入泵中润管，再紧接着泵送混凝土。砂浆数量根据泵管长度而定，一般为1m3，润管砂浆不得打入墩身。沿墩身四周均匀灌注混凝土，施工人员在平台上振捣混凝土。5.2.8垂直度控制采用全站仪进行施工放样和检测，每级混凝土浇筑前测量模板四角的平面坐标，如有偏差，调整之。墩身随高度的增加，在收到烈日照射的一侧混凝土受热胀冷缩影响发生膨胀，导致墩身发生侧向弯曲，伊丹河特大桥30号墩身在25米高度时（7月份），清晨与正午测量定位同一点时偏差达到12mm。为避免日照的影响，混凝土浇筑前的模板检验与精确定位均在日照影响最小时进行，一般安排在早晨日出之前。模板初步定位时，由测量人员根据测量时日照情况预估偏位值进行预偏定位。5.2.9混凝土养生采用包裹塑料薄膜和喷养生剂对混凝土养生。5.3劳动组合工长3人、技术员2人、安全员2人，钢筋工24人、架子工6人、模板工24人、混凝土工12人、电工1人、辅助工人10人、起重工6人， 吊车司机6人，共计96。6材料与设备6.1材料所需材料见表6.1-1。材料表表6.1-1序号材料名称规格型号单位数量备注1外侧模板特殊设计套6定型钢模，厚度100mm。2内侧模板特殊设计套6定型钢模，厚度100mm。3脚手架钢管Φ48mm*3mm吨50配相应数量扣件。4密木网㎡30005木板50mm厚m³205方木100*100mmm³10用于顶板混凝土的底模支撑。注：上表中材料数量是按照伊丹河特大桥6个墩身同时施工施工配置。6.2设备所需主要设备见表6.2-1。主要设备表表6.2-1序号设备名称规格型号单位数量用途1吊车25t台3物料的垂直提升2混凝土搅拌机2*HZS-90套1混凝土搅拌生产3混凝土泵37M台1混凝土垂直输送4正装铲车ZL50台1拌合站上料 5混凝土运输车8m3台6混凝土运输6手拉葫芦5t台8调整和固定模板7水泵扬程150米以上台2混凝土养生、冲洗清理8全站仪TC1610台1平面测量9水平仪NI004台1水平测量10发电机150kVA台1备用电源注：上表中设备数量是按照伊丹河特大桥6个墩身同时施工配置，其中混凝土生产设备、测量仪器为共用。所需辅助设备见表6.2-2。辅助设备表表6.2-2序号设备名称规格型号单位数量用途5钢筋切断机加工GJ40台1钢筋加工6钢筋弯曲机GW40台1钢筋加工7混凝土振捣器HZ250台12混凝土浇筑8电焊机BX-300台8钢筋加工10滚丝机台1钢筋加工注：上表中材料数量是按照伊丹河特大桥6个墩身同时施工配置。7质量控制7.1质量控制标准7.1.1所用支架和模板等材料应符合现行的有关国家标准。7.1.2按照《铁路桥涵施工技术规范》要求控制钢筋、混凝土和结构尺寸的施工质量。7.1.3钢管支架和钢模板设计按照《铁路桥梁钢结构设计规范》(TB10002.2-2005)及《铁路混凝土与砌体工程施工规范》(TB10210-2001)要求执行；钢管支架安装和拆除按照相关规范要求执行。 7.2质量保证措施7.2.1采用钢尺测量、复核检查混凝土尺寸；对墩身壁厚应采用设置模板内撑、紧固拉杆的方法予以限定；7.2.2在每一节施工时，不要求测量标高，用模板高度控制；封顶施工时，采用全站仪对测法予以精确测量，确定高程；7.2.3采用全站仪对每节墩身进行坐标法放样控制墩身平面偏位误差。也可采用垂准仪对每节模板定位。为避免日照引起墩身侧移的影响，施工放样和复核时应选择在日照影响最小时进行。7.2.4相邻浇筑段之间的施工缝是整个结构的薄弱环节，必须严格按照施工规范进行处理，防止有害物质侵蚀墩身主筋，破坏结构安全。7.2.5严格按照《公路桥涵施工技术规范》的规定进行钢筋、模板、混凝土作业。8安全措施8.1安全管理建立了安全交底、监督检查、事故处理、考核奖惩制度，由专职安全员监督各个部门的安全职责和监督检查、考核，定期召开的安全生产小组会议决定重大问题，并由各部门执行，安全员将此增列入监督检查内容，进行日常管理。根据危险源辨识的结果，工程部制定安全交底卡，将模板安装拆除、钢筋定位安装、混凝土浇筑等安全规程逐项进行安全交底。安全员对检查出的安全隐患跟踪整改结果，不达到要求不许施工。根据每月的安全检查纪录，评定各个桥墩施工工区的安全工作，评定结果计入月度综合考核之中。8.2安全设施及设置8.2.1密目网 在墩身的外侧平台沿护栏安装一圈密目网，其高度可以使上下平台空间间全部被罩住。在模板边角处，防护网连接在一起，不留空档。8.2.2操作平台每节外模的背面安装固定的操作平台，模板拼装后平台形成环形，便于通行，在固定位置设置钢爬梯，供人员上下。墩内侧的钢管支架上用木板搭设操作平台，用于内模安装、拆除、混凝土修整、钢筋定位、安装、混凝土浇筑等作业。8.2.3爬梯在墩身内测利用筒内支架搭设折返式楼梯，供施工人员上下使用。楼梯两跑之设折休息平台，平台尺寸为0.6m*1.2m，上铺5cm厚脚手板，楼梯两侧设钢管扶手，高度0.9m。8.2.3隔离区用隔离网将墩身周围的一定区域隔离为禁入区，墩身施工期间禁止入内，仅允许在非施工期间，由专人负责清理区域内的落物。隔离区随墩高增加而扩大。8.3安全注意事项8.3.1筒内脚手架接高时，按照要求设置连墙件，不可超过要求的间距；立杆接长采用一字扣件，不得采用十字扣件；8.3.2安装模板时，将模板固定后方可解除吊绳；8.3.3拆除模板时，用钢丝绳系在吊钩上，并将模板用倒链吊在上面的模板上，防止模板脱落时的剧烈晃动，模板完全脱开后，再起吊；8.3.4每个高空作业人员必须配备安全用品，并正确使用；8.3.5遵守安全用电和机械操作规程；8.3.6如果道路必须通过隔离区，则要搭设防护通道；8.3.7模板的操作平台上必须设置护栏，并加防护网。 9环保措施9.1执行《环境管理手册》及程序文件的要求，建立环境管理体系，严格遵守国家和地方政府下发的有关环境保护的法律、法规和规章；9.2在施工和作业场地内，合理布置，做到标牌齐全、清楚，各种标识醒目，施工场地整洁文明；9.3施工废水需沉淀处理，达到排放标准后才可排放；9.4施工场地、道路要硬化，并做到经常洒水，防止扬尘；9.5固体废料集中回收、堆放和处置。10效益分析10.1经济效益10.1.1由于该工法采用常规材料、设备，通过优化模板设计、支架设计和施工组织，做到了支架和模板用量少，施工速度快。10.1.2常规方法施工速度为0.8-1.0米/天，采用本工法，根据本工程应用情况统计，正常施工时，每3~4天完成一节混凝土浇筑（4.5米），施工速度可达到1.3米/天。以施工30米高墩为例，一般工期要33天，采用本工法则工期至少可以缩短10天，施工速度提高显著。10.1.3通过设置内支架，利用常用的脚手架材料，做到了“一架三用”，节省了钢材材料消耗。经与常规的型钢支架相比，减少钢材消耗达到40%~50%。10.1.4由于施工速度快，节省了吊车、混凝土搅拌、运输等机械设备费用。而且由于高墩一般为控制工期的部位，所以墩的工期缩短直接带来总工期的缩短，节约管理费用。10.2环保节能10.2.1本工法与常规方法相比，不会产生额外的废弃物，所以对环保没有增加不利影响。 10.2.2用于本工法可以减少钢材消耗，节约钢材，所以做到了节能降耗。10.3社会效益10.3.1高墩一般是桥梁控制工期的部位，所以墩的工期缩短直接带来总工期的缩短，工程提前投入使用，可产生巨大的社会经济效益。10.3.2利用常规材料、设备，有利于充分利用现有社会资源。减少了能源、材料。10.3.3模板和支架设计较为复杂，前期准备工作量大，但施工操作方法简单，熟练的工人经培训容易掌握，便于推广应用。10.3.4施工方法简单，便于操作，安全性高，有利于减少对施工人员的伤害。11应用实例11.1应用实例：伊丹河特大桥11.1.1工程概况伊丹河特大桥是新建辽源至长春铁路工程上的一座特大桥，位于吉林省四平市伊通县境内，该桥全长1877.12米，为单线铁路桥，跨径布置为57*32米。其中有40个桥墩为等截面薄壁空心墩，墩高为：25-27m。墩身混凝土强度等级C35。11.1.2主要施工情况采用翻模法施工混凝土。内、外模均为为四节（每节高度1.5m），交替翻转提升。墩内设钢管满堂支架，用于钢筋定位、操作平台和浇筑隔板混凝土的支撑，墩身外侧设置悬挑式工作平台。混凝土的搅拌和运输。设混凝土拌和站集中拌合，实际的生产能力为40m3/h。用混凝土运输车进行水平运输，混凝土泵车进行垂直输送。模板：配备6套模板，每套4节（含内、外模），6个墩身同时施工， 倒角模板单独加工成型，接缝处预留2~3cm间隙，密封条封堵，便于拆模。内支架：内支架用于固定钢筋及作为浇筑隔板的平台。采用扣件式脚手架。落地搭设，高出混凝土顶面5~6米，四周留50cm间隙，用于拆除、提升内模，在内模拆除后及时增加支撑与混凝土面顶紧，增加稳定性。竖向钢筋采用电弧双面搭接焊工艺。采用全站仪进行施工放样和检测，每级混凝土浇筑前测量模板横纵轴线的平面坐标，如有偏差，调整之。混凝土浇筑前的模板检验与精确定位均在早晨7点之前进行。根据施工作业的特点和工作量，将工人分为模板拆装、钢筋制安、混凝土浇筑9个班组（每个工种配备3个专业工班），现场作业分配的作业时间和人员数量为：钢筋制安24人；模板安拆24人；脚手架安拆6人；浇筑混凝土12人。6个墩身同时施工，各工班流水作业。11.1.3应用效果墩身施工安全、稳定、快速完成。空心墩施工速度能够达到1.3米/天。该工程因基础施工延误的工期得到挽回。混凝土和结构尺寸质量优良，墩身垂直度符合施工规范要求。未出现安全事故。在内支架设计施工和模板设计加工上节约了钢材消耗，通过缩短工期，节约了管理费，取得很好的经济效益。用于高墩施工工期的缩短，产生了很好的社会经济效益，受到建设单位和监理单位的好评。