空心薄壁高墩施工技术研究与应用

摘 要：本文结合任家沟大桥的施工实践，介绍了空心薄壁高墩的施工技术及应用，在施工中有效的保障了工程的顺利进行，取得了良好的社会效益，希望对同类工程项目有一定的借鉴作用。

关键词：空心薄壁；高墩；爬模

中图分类号：TU74 文献标识码：A

一 工程概况

我局承建的C13合同段位于攀枝花仁和区金江镇，起止桩号K44+558～K50+760.654，路线全长6.203km。设计行车速度80km/h；路基宽24.5m，其中桥梁结构有中桥75.84m/1座、大桥2048.02m/7座，互通式立交一座。

其中任家沟大桥为空心薄壁高墩，任家沟大桥左半幅为4-25m+5-40m+25m，左半幅为25m+5-40m+25m的T形梁。大桥0#、10#台采用桥台，1#、2#、3#为直径1.5m的圆孔桩柱式墩，4#、9#为直径1.8m的方孔桩柱式实心墩，5#、6#、7#、8#墩柱为薄壁空心墩，由于处于冲沟中，墩柱最大高度达到56.5m，最小高度34m，墩身为变截面空心薄壁墩，坡比为1:80，墩柱间设有工字形系梁2道。

二 高墩施工方案设计

由于墩身较高，最高达到56.5m，为解决高桥墩施工，又便于运输的经济适用型模板，在总结滑升模板、翻动模板、爬升模板各自特点的基础上项目部确定采用高墩翻转模。该项技术具有施工速度快、工程质量好、安全、劳动强度低、经济效果好等优点，缺点为施工控制麻烦，需要固定专人进行高程、平面位置、施工安排、材料准备、机械调度等工作。

1、垂直运输机械

根据施工现场情况，总共有4排薄壁空心墩，空心墩纵向间距为40m。安排两台塔吊，用于塔吊臂长范围内材料的垂直起吊和水平运输，塔吊臂长可达50m，在本项目中，为了保证塔吊相互之间干扰少，第一台塔吊安放在6#墩，负责5#和6#墩台的材料吊运与模板安装；第二台安放在7#墩，负责7#和8#墩台的材料吊运与模板安装。

2、翻模方案

（1）翻模施工介绍

翻模即翻升模板，由大块钢模板与支架、钢管脚手架工作平台组合而成（施工中随着墩柱高度的增加将支架与已浇墩柱相连接，以增加支架的稳定性）。模板高度施工时第一节模板支立于基顶，第二节模板支立于第一节段模板上。当第二节混凝土达到一定强度时，拆除第一节模板并将模板表面清理干净、涂上脱模剂后，用吊车或塔吊将其翻升至第二节模板上。此时全部施工荷载由已硬化并具有一定强度的墩身混凝土传至基顶。依此循环，形成接升脚手架钢筋接长绑扎拆模、清理模板翻升模板、组拼模板中线与标高测量灌注混凝土和养生的循环作业，直至达到设计高度。

根据现场情况，我部拟采用的模板规格为：纵向4.0m长，2m高，横向2.6m长，2m高。模板采用定型钢模，按照每节墩身两套（节）配置。

（2）外模板设计

外模板根据工地的实际情况，根据塔吊的实际能力，采用2m为一节，每根墩身安排两套模板。模板大面采用5mm厚的钢板制作，纵向模板尺寸为400cm*200cm，横向模板尺寸为260cm*200cm，在钢板的背面用[20槽钢作为骨架，中间采用[12槽钢作为横肋和竖肋，横肋间距为32cm一道，竖肋的间距采用32cm一道，不足模数的，排在最外边。在模板立面上方外侧焊接操作平台，端头和中部按1.2米间距开孔作为以后对拉加固用。见下图：

（3）内模板设计

因为对内模外观质量要求不高，为保证结构设计尺寸，同时考虑到内模施工空间狭小，且拆除时无落点存放，墩身空腔上部采用竹胶板拼装，墩身空腔上部采用木模板固定，不再取出。内模支撑采用钢管上架活动地脚螺旋对顶，纵横向成井字型架立。为防止内模底模在浇筑过程中上浮，在模板顶面加上横支撑加以固定，防止底模浮起。

内模在外模架设好后开始架设，为保证墩身壁的厚度，内模与外模之间，采用Φ12的螺纹钢筋焊接成“I”与壁厚同长度的钢筋进行支撑。

（4）翻模施工原理

模板施工时，先安装最下2米高的模板，待混凝土浇筑完成后，安装上面钢筋，钢筋安装好后，架立内模，再在原来的外模上方架立一道2米高模板，等到这道模板的混凝土浇筑完成后，拆除下面的模板，往上面架立，完成一个循环。逐次循环一直到墩身顶面。

每一节段墩身混凝土浇筑完毕且强度达到20Mpa以上，方可进行翻模施工。翻模时，保留上层模板不松动，作为翻升后模板的承力部分，然后，将下层模板松动拆除并滑出，利用塔吊将模板吊起，打磨校正后放置顶层模板相应平面位置上，将模板与周围模板接连。重复以上操作至墩身浇筑完成。

翻模施工应注意每层模板就位时，及时处理模板拼缝，调整垂直度，做到层层控制，避免多种偏差积累，同时，应加大模板刚度，避免翻模过程中模板的扭曲和变形。

（5）翻模施工工艺控制要点

翻模施工翻升时，在模板靠上口的位置用挂钩起吊，以避免塔吊起吊模板时，碰撞上层模板而翻转倾斜，造成危险，同时给顶部落模、立模造成不便。

由于翻模施工为分节段浇筑混凝土，在浇筑下一节段时，上一节段浇筑的墩身混凝土已硬化并发生收缩，与模板之间产生一定的缝隙，不仅造成节段的错台较大，而且，最主要的是，浇筑混凝土时，水泥浆下漏，影响墩身外观。

在实际施工中，采取以下四项措施以解决此问题。

一、每一阶段浇筑混凝土时，混凝土只浇筑至顶层模板口下方10cm处，能更好的防止因施工缝与模板缝水平导致漏浆。

二、在顶层模板距模板口下方15cm处设置一拉杆，在浇筑下一节墩身混凝土前，将此拉杆再次紧固，减小混凝土与模板间的缝隙。

三、在缝隙产生后，用原子灰将水泥浆支撑细条状封堵缝隙，同时，在浇筑最初几盘混凝土时，适当减小坍落度。

四、事后处理措施，在翻模后，清除粘附在墩身上的水泥残浆，并用水清洗。

3、施工流程

（1）钢筋制作及安装

因墩柱高度较高，薄壁墩的四角竖向设置∠75×75×8的角钢劲性骨架，每3m高设置一道拉结角钢，型号为∠75×75×7，形成一个封闭的骨架。钢筋安装进行两阶段控制，第一阶段控制主筋接头、主筋间距、箍筋间距在规范规定范围内，同时控制钢筋数量，避免出现少筋现象；第二阶段在完成模板安装定位后，再次检查、调整内外层钢筋间距及保护层厚度。钢筋采用塔吊小数量提升到位，再连接安装。

（2）立模

模板利用塔吊进行提升与安装。相邻两模板之间接缝加一层海绵胶条作为密封，防止漏浆，并用螺栓紧固。模板的固定和调整通过拉杆和两层模板之间的连接螺栓实现。模板拉杆处孔眼采用棉纱缠绕或双面海绵胶条缠绕，防止漏浆。在浇筑底部两节墩柱混凝土时，模板的校正采取拉缆风绳的方式，从第三节开始，采用预埋于底节顶面砼中的预埋扣环进行。从第一节墩柱定位准确后，每上一节模板均用10kg垂球控制其垂直度，然后再用全站仪与水准仪复核模板的四角坐标及高程。

（3）混凝土浇筑

混凝土浇筑采用塔吊提升，设计料斗为1.2m3，振动棒人工振捣。采用料斗将混凝土经溜筒放到浇筑位置，并注意溜筒底距离浇筑的砼的高度不能超过2m，以免离析。浇筑过程中混凝土按先横向，后纵向的顺序浇筑，并且纵横浇筑时对称进行，每层厚度不超过30cm。墩柱施工过程中应特别注意预埋件的正确定位埋设。混凝土浇完后，立即覆盖进行养护；拆模后应立即用塑料薄膜包裹，进行湿润养护，同时可避免上一节段墩身混凝土浇筑时污染已浇筑的下部墩身。

三 爬模施工比较

1、爬模施工简介

爬模是爬升模板的简称，国外也叫跳模。它由爬升模板、爬架(也有的爬模没有爬架)和爬升设备三部分组成，爬模是现浇竖向钢筋混凝土结构的一项较为先进的施工工艺，在山区铁路施工中被普通采用。它是在建筑物或构筑物的基础上，按照平面图，沿结构周边一次装设一段模板，随着模板内不断浇筑混凝土和绑扎钢筋，不断提升模板来完成整个建(构)筑物的浇筑和成型。它的特点是：整个结构仅用一个液压滑动模板，一次组装；爬升过程中不用再支模、拆模、搭设脚手和运输等工作，混凝土保持连续浇筑，施工速度快，可避免施工缝，同时具有节省大量模板、脚手材料和劳力，减轻劳动强度，降低施工成本，施工安全等优点。由于具备自爬的能力，因此不需起重机械的吊运，这减少了施工中运输机械的吊运工作量。在自爬的模板上悬挂脚手架可省去施工过程中的外脚手架。综上，爬升模板能减少起重机械数量、加快施工速度，因此经济效益较好。

2、爬模的构造

爬模的基本构造主要由网架工作平台，双悬臂双吊钩塔吊、内外套架、内爬支脚机构、外挂L 形支架、液压顶升及控制系统，模板及支撑系统，以及配电设备组成。（见下图）

（爬模施工示意图）

3、爬模施工工艺流程

爬升循环工艺流程：墙体砼浇筑完成后移模板安装导轨支座提升导轨提升支架平台预埋件固定在模板上绑墙体钢筋闭合模板浇筑墩体砼。

4、液压爬模工作原理

导轨依靠附在爬架上的液压油缸进行提升，导轨提升到位后与上部爬架悬挂件连接，爬架与模板体系则通过顶升液压油缸沿着导轨进行爬升。

液压自动爬模系统爬升的工作原理如下：

①、起始浇筑段中，按照设计位置埋设锚锥，并保证其位置准确；

②、砼达到强度要求后拆模，以起始段中预埋的锚锥为支点拼装系统；

③、调整模板位置，保证定位精度，进行浇筑工作并埋设锚锥；

④、拆模，操作动力装置控制器爬升轨道，使其上部与挂在预埋锚锥上的悬挂件固接，固定爬升轨道；

⑤、操作动力装置控制器爬升爬架，带动系统爬升至下一工作节段；

⑥、支模，并重复上述工作流程。

四 翻模与爬模施工经济效益比较

1）翻模施工主要经济指标：

①翻升模板费用：6400*80=512000元

②塔吊费用：26000*2*12=624000元

（注：包括租赁费、进出场费、安拆费等）

2）爬模施工主要经济指标：

①爬升模板费用一致。

②塔吊费用一致。

③液压系统费用：8*8*24000=1536000元

（注：共8套模板，每套模板配8个液压系统，一个液压系统24000元）

经计算，翻模比爬模模板费用节约1536000元。

五 结论

由于市场竞争激烈，丽攀高速公路桥梁中标单价较低，任家沟大桥造价较正常报价降低17%，按照施工总进度计划安排，任家沟大桥最迟完成工期为2011年12月，不属于关键路线，施工方案主要考虑经济性与安全性，经过对比翻模施工与爬模施工两种经济指标，项目部采用翻模施工技术，在保证工期和质量安全的前提下，最大限度的节约了施工成本。