向程彬

(广西桂鹿高速公路有限公司,广西 桂林 546100)

0 引言

在桥梁设计施工水平持续提升的背景下,墩柱高度不断增加,矩形实心薄壁高墩成为桥梁施工主要用类型,且具有墩身截面大、结构轻便的优良特点。但矩形实心薄壁高墩对模架稳定性具有较高要求,传统翻模施工方法无法满足矩形实心薄壁高墩施工稳定性要求。而利用小自重、低成本、便捷安拆的液压爬升模架施工技术,有望提高桥梁矩形实心薄壁高墩稳定性。因此,探究液压爬升模架施工技术在桥梁矩形实心薄壁高墩施工中的应用具有非常突出的现实意义。

1 工程背景

某工程为新建工程,桥梁平面为直线,面宽20.5 m,桥长1 317 m,桥跨组合为5×(4×40)m+3×40 m+(70+130+70)m+3×40 m。其中主桥上部结构为3跨连续钢构箱梁,主墩为双薄壁矩形实心高墩,墩身为C50混凝土,钢筋为φ32 mm、φ16 mm、φ12 mm的HRB400钢筋;过渡墩为薄壁实心墩,墩身采用C40混凝土,钢筋为φ28 mm、φ16 mm、φ12 mm的HRB400钢筋。

工程位于低纬度南亚热带向中亚热带过渡带,地震动峰值加速度<0.05 g,地震谱特征周期为0.35 s。区域气候温和,雨量丰富,季节分布不均,全年日照在1 531～1 672 h,年均气温为20.2 ℃,降雨高峰期(5～6月)月均降雨量为250～300 mm。工程建设区域内发育河流,流域面积为7 592 km2,两岸支流坡降陡峭,集流速度快,最大流速达到4.44 m/s。区域内地下水为松散层孔隙水、基层裂隙水、碳酸盐岩溶水,赋存于基岩裂隙、岩溶裂隙内。因主桥跨越段为水环境敏感区,对地形地貌、水质具有较高要求,在整个施工期间需严格落实绿色施工理念,集中堆放液压爬升模架施工废弃物,降低液压爬升模架施工对周边环境的负面影响。

根据桥梁矩形实心薄壁高墩特点,拟采用液压爬升模架施工技术。液压爬升模架施工技术简称为爬模技术,包括爬升模架、爬升设备几个部分。液压爬升模架施工主要是在液压顶升系统提供动力,促使模板架体、导轨之间形成互爬,实现液压爬架的稳步上升。在技术应用过程中,导轨、爬架互不关联,均以埋件支座为支撑,可一次组装整体爬升,操作便捷,安全性能高且材料损耗率低。

2 桥梁高墩液压爬升模架施工技术

桥梁矩形实心薄壁高墩液压爬升模架施工时,先按照普通模板施工方法处理墩身首节段,并增设预埋锥销,浇筑首节墩身混凝土后拆除模板并安装下架体(含爬架、刮板),再处理第二节墩身,包括支模、预埋锥销安装、模板加固、混凝土浇筑、上架体安装、拔出锥销、模板后移、刮板安装、锥销加固、受力吊杆锚固、第一模刮板拆除、第一模爬升、受力方销安装、受力吊杆卸载、埋件安装、模板加固、混凝土浇筑等。整体作业循环开展,直到墩身全部处理完毕。处理流程见图1。

图1 液压爬升模架施工流程示意图

由图1可知,墩身钢筋、模板安装料为现场集中制作成型,经塔吊安装;混凝土则为拌和站统一配置运输至墩位送料入模。

2.1 施工准备

2.1.1 场地准备

在液压爬升模架施工前,技术人员应根据施工方案贯通施工便道,对现场土地进行平整。同时,因工程受自然条件限制,材料进场运输难度大,加之高空模板受力自成体系,矩形实心薄壁高墩定位难度大,应预先修筑栈桥,为矩形实心薄壁高墩施工提供平台[1]。之后根据设计图纸,计算高程面轴线点与轮廓点,利用全站仪放出墩身纵轴线、横轴线、墩身模板大样控制线,并在承台上标注,为后续操作做好准备。同时,以网电为主、以自发电为辅,完善现场电力资源使用体系。

2.1.2 材料准备

在施工前,技术人员应组织机械材料进场。在机械进场后,申请验收,验收后及时调试,为机械设备应用于液压爬升模架施工提供依据。在水泥、钢模板、爬架等材料进场后,进行检验,确认合格后整齐堆放到预先设计的场地[2]。

2.1.3 施工交底

在施工前,技术人员应组织基层操作人员熟悉液压爬架施工图纸与矩形实心薄壁高墩施工要点,全面开展技术交底,促使基层操作人员熟悉矩形实心薄壁高墩液压爬升模架的内容与技术要点,确保现场施工可控在控。

2.1.4 试验段施工

在正式施工前,设置一段试验段,有序开展钢模板组拼、脱模剂涂刷、钢筋绑扎、混凝土浇筑、爬架安装等作业,确定最佳施工参数,控制混凝土保护层厚度与钢模板组合方式,为正常爬架施工的开展提供保障。

2.2 灯笼架安装

准备工作完成后,根据矩形实心薄壁高墩四周位置,利用[10槽钢立杆、[10踏步承重梁、3 mm厚花纹钢板组成2层灯笼架(2 m×2 m)。灯笼架承重梁与墩身钢筋底部周边延伸钢筋焊接,四角位置则固定膨胀螺栓,防止灯笼架倾覆[3]。同时,在灯笼架踏步上20 cm位置围护踢脚板,顶部周边设置φ8 mm钢管焊接而成的护栏,护栏高度为1.2 m,配合周边密目网,避免施工期间杂物掉落。

2.3 钢筋安装

钢筋安装是高墩爬升模架施工至关重要的一步。根据钢筋安装要求,技术人员应凿毛承台墩身位置(或施工缝位置)混凝土,促使新鲜混凝土面出露。进而利用水冲洗的方式,清除混凝土屑、杂物,校正墩身预埋钢筋竖直度、平面位置[4]。

现场准备完毕后,检验进场钢筋等级、型号、外观、规格以及出厂质量检验报告单、合格证,确认钢筋外观无损伤、油污、锈迹、弯折、变形等问题。根据钢筋加工要求,统一进行钢筋表面处理与锯切下料操作。初步加工后,利用直螺纹套筒连接钢筋主筋,安装时最小拧紧扭矩值与钢筋直径存在一定关系,具体见表1。

表1 直螺纹套筒连接钢筋主筋拧紧扭矩取值表

钢筋连接后,将其运输到现场,根据规范利用塔吊安装。在该桥梁矩形实心薄壁高墩每节浇筑高度为4.5 m时,避开6级及以上大风、雷雨、夜间,根据设计图纸位置与规范,有序安装主筋。主筋骨架长度偏差≤±10 mm,高度与宽度偏差≤±5 mm。主筋安装定位后,利用石笔绘制主筋上箍筋间距,逐根绑扎,箍筋间距与构造箍筋间距偏差≤±10 mm。若需拼接钢筋,则先将钢筋对准轴线,再利用管钳扳手扭紧,促使直螺纹套筒内2丝头在中央位置顶紧,且接头长度区段≥500 mm,总面积小于总截面积的50%,同一根钢筋接头数量≤2个[5]。

在钢筋绑扎后、模板安装前,技术人员可以利用相互错开的梅花形布置方式设置混凝土垫块。垫块分散布置,布置数量为≥4个/m2,控制保护层厚度偏差≤±10 mm。

2.4 模板安装

桥梁矩形实心薄壁高墩施工用模板为定型钢模板,每一节模板长4.61 m,安装方式为塔吊吊装第一节、第二节,爬模整体提升其他节。在第一节、第二节吊装前,技术人员应均匀打磨模板外表面,除去锈迹。处理后,均匀涂刷脱模剂。脱模剂涂刷完毕后,对照设计图纸,对墩柱中心点、模板边线进行放样。根据放样点,将一层砂浆铺垫在低节模板、承台之间,铺垫层厚度为3 cm,规避立模时浆液渗漏问题。

第一节、第二节模板吊装方式为2点吊起法,需要先将溜绳均匀布置在模板下端并与模板重合,再利用撬棍调整模板丝扣,逐步紧固全部螺丝,并利用φ25 mm精轧螺纹钢、双螺母分别加固模板、拉杆。在下部固定后,利用钢丝缆绳固定模板上端,缆绳、模板之间维持角度为45°～60°。同时,将双面胶粘贴到模板与模板接缝,形成外观规则的模板。

在模板安装后,根据前期放出的墩身模板大样控制线,对模板位置进行校正核对,确定模板平面位置精确度与垂直度均与设计要求相符。

2.5 混凝土浇筑

在混凝土浇筑前,对桥梁矩形实心薄壁高墩身防撞护舷、爬架推销等预埋件进行检查。确定预埋件位置无误后,复核墩身高程、平面坐标、模板垂直度、平整度等。复核后,将模板内多余杂物清除,并封堵模板孔洞、缝隙。同时,利用清水润湿表面。

在第一节混凝土浇筑时,利用吊机提升料斗法(或泵送混凝土),进行操作,浇筑高度为4.5 m。因混凝土自由倾落高度>2 m,设置串筒设施,经传串筒将混凝土输送到模板底部,分层对称浇筑,每层浇筑厚度≤30 cm[6]。同时,以振捣棒作用半径为间距,均匀插入5～10 cm振捣,每一振点振捣时间为20～30 s,确保表面混凝土不再下沉且无气泡冒出。浇筑到顶层(稍微超出模板顶)时,利用木抹子抹平,获得一条上节段、下节段平齐接缝。

混凝土浇筑后,轻轻敲击转动预埋锥销,同时包裹塑料薄膜,包塑养护。在混凝土达到设计强度(≥2.5 MPa)后,拔出锥销并向后移动模板,获得挂板安装空间,插入锥销锚圈,为爬架安装提供良好环境。拆模时,一般需要借助塔吊吊起模板一侧顶部,从上层到下层分层拆除,确保拆模期间混凝土表面完整。

2.6 爬架安装

爬架模板安装高度为4.61 m,施工高度为4.5 m,仅在长边布置爬架模板对拉杆(见图2)。一个桥梁矩形实心薄壁高墩布置8榀,单根拉杆运行抗拉强度≥100 kN。首次拆模且混凝土达到10 MPa及以上后,进行预埋爬锥设置;根据预埋爬锥所在位置,借助钢刷清理表面并均匀涂抹黄油;依据预埋爬锥销孔水平基线,在同一轴线设置附墙装置,相邻附墙装置中心距误差在<2.0 mm;在已焊接模板定位套内安装预埋爬锥,安装深度≥430 mm;同时,根据受力位置孔位加强要求,将钢筋网片设置到安装位置。重复以上操作,进行受力吊杆与爬升架体安装[7]。

完成附墙装置安装并确定油箱焊缝完好且电机正常运转、油量达到80%及以上后,选择足够起重力的塔吊,先提升2 cm,确定受力点正常后,平稳吊起已在地面组装的爬架(两爬架中心距与首次预埋爬锥中心距误差、对角线误差均≤1 mm),在主次平台安装。主体吊装后,利用φ25 mm精轧钢与φ28 mm钢筋组成的端头拉杆,锚固四周围护端头与短边安全梁、防坠保险楔。安装模块安装完毕后,在平台上放入首次浇筑模板。模板放入后,借助塔吊平稳吊装模板,确定模板均衡受力。必要时,将斜撑杆、U型锁卡分别焊接到后移架悬臂位置、后移架交叉位置。同时,为获得平整的模板接缝,在利用不同规格槽钢处理主背筋的基础上,利用U型连接件+插销连接钢模板与主背肋。

在第二次浇筑混凝土达到拆模强度的同时,根据施工方案,选择光线充足、风级<6级、非雷雨天气,使长边外模依托爬架模板整体向后方移动6.0 m±1 mm,此时液压泵压力≤7 MPa。后移长边外模后,将模板上杂物清除,同时借助插销锁紧后移装置,将短边模板悬挂到长边模板上。在固定位置插入受力吊杆与附墙装置,连接无误后前移模板,促使模板、混凝土表面相距20 cm,完成第一次爬升。爬升参数见表2。

表2 液压爬升参数表

第一次爬升到位后,循环拔出爬锥销→拆模→安装刮板→插入爬锥销→安装爬架与短边安全装置→安装受力吊杆→校正模板→爬升操作。每次操作均需要清理模板,均匀涂刷脱模剂,稳固预埋件系统。根据模板拉杆孔位置,贴近混凝土表面移动模板,并借助线坠调整模板垂直度,确定模板垂直度与要求相符后插入后齿轮销,穿入套管与拉杆,逐一紧固对拉螺杆。再次检查模板垂直度,确定模板垂直度无误后,进行每一根斜支撑紧固。紧固后,拆除模板,将全部穿墙螺栓、阳角斜杆与拉杆、后齿轮销拆除,向后移动模板后插入后移插销。为保证整个模板安装安全进行,技术人员应根据施工方案同步安装扶手、安全网、梯笼,直到预设工作高度。

进入尾声时,拔出前一个模锥销,完成液压爬升施工。液压爬升施工结束后,借助塔吊拆除模板以及主平台上的模板桁架系统、液压装置、配电装置、主平台跳板、液压控制泵站及其他构配件,之后拆除爬锥、主梁三脚架、平台等并进行预埋件孔封堵。整个过程中,应打包拆除液压系统油管主控油站,避免配件遗失。若现有设备无法满足起重条件,则分段拆除上架体,确保拆除作业安全开展。

3 施工效果

桥梁矩形实心薄壁高墩的液压爬升模架施工效果良好,可突破自然条件限制以及作业面多、设备与材料无法顺利进场、资源配置不一、模板受力自成体系致高墩定位控制难等难题,有效解决不确定风险因素,顺利达成质量、进度、安全、文明、环保方面的施工目标以及工程合同要求。在质量方面,工程达到国家现行工程质量验收标准,实现质量创优模板;在进度方面,工程在总工期限度内完成施工任务,阶段工期控制效果较佳;在安全方面,工程施工期间未发生安全事故;在文明环保方面,工程临时工程数量较少,沿线生态环境及自然景观保护得当,实现文明环保施工目标。

4 结语

综上所述,液压爬升模架适用于桥梁矩形实心薄壁高墩施工。在标准节浇筑高度一定的情况下,施工技术人员可以按照普通模板施工方法进行第一节墩身浇筑。在完成第一节墩身浇筑后拆除模板,进行爬架安装,开展第二节墩身浇筑,并安装上架体,爬升第一模,爬升到位后卸除受力吊杆,加固模板,循环作业,直到完成矩形实心薄壁高墩施工。