渠江明月大桥空心高墩翻模施工方案设计

摘要：本文以渠县渠江明月大桥为例简述门式空心薄壁高墩翻模方案设计、施工工艺及验算，并经现场施工验证方案的可行性。

关键词：空心高墩；翻模施工

中图分类号：U442.5+4文献标识码：A

1 工程概况

渠江明月大桥为飞燕式钢管混凝土拱桥，全长601.5m，其中主桥长356m，孔跨组合为（75+206+75）m；引桥中东西两侧东引桥采用（31+37+30×2）m连续梁，西引桥采用（2×13）m连续梁及（60+26）mT形刚构，通过下牛腿与主桥相连。

其中T构3#墩高25.5m（含盖梁4m），为门式薄壁空心墩，承台顶面标高234.7m，地面标高约232.5m。桥墩墩身设计为矩形截面，外轮廓尺寸4m×3m，内轮廓尺寸2.5m×1.5m，倒角尺寸20㎝×20㎝，整个墩身为空心，墩顶设4m高盖梁。

2 翻模施工方案设计

2.1 方案技术要求

①有足够的强度、刚度承受混凝土的侧压力及倾倒混凝土的振动荷载及其他施工荷载保证施工的顺利进行。

②施工过程中易控制墩身偏心、扭转，能够随时纠正墩身施工误差，保证墩身垂直度。模板和内外作业平台可一次安装，经济、施工方便。

③3#墩为门式空心墩高24.5m，属高墩施工，工期紧张，尽可能地提高模板工程的施工速度，提高施工效率，且做到工程经济最优化。

④施工速度快，尽量减少施工中接茬筋用量，浇筑混凝土表面平整光洁，外观质量好。墩结构钢筋主要为φ32钢筋，其标准长度为9m，施工中应考虑其接茬量及高空悬臂稳定性。

2.2 方案初步拟定

高墩施工中常用的模板施工方法有以下几种：

滑模施工法。滑模由提升架、模板、工作平台、提升系统组成，工期快，但须耗用大量滑升支承杆材料和测量-施工定位的劲性骨架材料，成本较高，在墩高达百米上时，其优势才明显。

提升模板施工法。该施工方法施工控制容易，但施工速度较慢，模板成本高，劳动强度较大，工期不易把握。

爬模施工法。该施工方法实现了节段施工流水作业，劳动强度小，但爬升结构体系复杂，工序较繁琐，成本也较高。

④ 翻模施工法，成本较低，施工速度快，用料少，工艺简单。但施工过程控制和安全保证较难。

综合2.1和2.2所述，通过比较决定采用成本较低，施工速度快，用料少，工艺简单的翻模施工法，并采用塔吊配合施工。同时，塔吊可用于边拱钢管支架的搭设。

翻模设计为三节段大块钢模板、内外工作平台、塔吊、手拉葫芦组合而成的成套模具。外模分为6块边模和6块端模，模板之间用M22螺栓连接，竖背杠均采用[10槽钢，横背杠均采用[18a槽钢，横背杠间距为50cm，竖背杠间距根据空心墩尺寸，初步拟定为50cm，外模模板面均采用5mm厚钢板。内模分为6块边模和12块倒角模，宽度分别为2.3m和1.3m，模板之间用M22螺栓连接，横背杠间距为50cm，边模竖背杠采用[10槽钢，竖背杠间距与外模竖背杠间距对应，内模模板面均采用5mm厚钢板。每节模板顺桥向布置三根对拉筋,横桥向布置四根对拉筋,且对称布置相邻拉筋间距1m，高度走向对称布置三根对拉筋, 相邻拉筋间距0.8m。每节模板均设置工作平台，利用角钢焊接在模板竖背杠上，与模板形成整体，工作平台上铺3mm厚钢板，外侧工作平台沿周边设立防护栏图2.3.1 模板构造图

杆并挂安全网，可供操作人员作业、行走，存放小型机具。

3 翻模施工工艺

浇注混凝土高度为4.5m，每节模板2.25m，施工时第一节模板支立于墩身基顶上，第二节模板支立于第一节模板上，第三节模板支立于第二节模板上。待第一次混凝土浇筑完毕终凝后，绑扎第四层钢筋。绑扎完毕后，利用塔吊和手动葫芦拆除第一节模板，并将其分别翻升至第四层，再绑扎第五层钢筋，拆除第二节模板，将其翻升至第五层。以后每次浇筑4.5米高度混凝土，形成钢筋绑扎、拆模、翻升立模、测量定位、接长泵送管道、浇筑混凝土、养护和标高复核的循环作业，直至达到设计高度。

为使施工空心墩内外模板对应，先沿墩身边线位置砌台座，以便在台座上立模，台座高度拟为15cm。

在基顶面设计位置开始绑扎钢筋，待第一节4.5米高钢筋绑扎完毕后，先安装第一节模

板，并检查模板垂直度，测量校核标高。检查完毕后，继续绑扎第二、第三节钢筋，并安装二、三节模板。立模板时，将模板贴紧垫块，穿上拉筋并拧紧，保证模板的结构尺寸。在拉筋外套PVC管，以增加拉筋倒用次数。

施工至墩顶后，墩顶仍保留3个节段模板，待墩身混凝土强度达到规范要求时，拆除模板。拆除时按先底节段，再中节段，最后顶节段的顺序进行。

4 模板检算

4.1 模板侧压力计算

混凝土作用于模板的侧压力，一般随混凝土的浇注高度而增加，当浇注高度达到某一临界值时，侧压力就不再增加，此时的侧压力即为新浇注混凝土的最大侧压力。侧压力达到最大值的浇注高度称为混凝土的有效压头。

采用内部振捣时，新浇注的混凝土作用于模板的最大侧压力，可按下列二式计算，并取两者的较小值：

混凝土的侧压力计算分布图形如图4.1.1所示：

其中，—新浇注混凝土对模板的最大侧压力（kN/㎡）；

—混凝土的重力密度（kN/），取为25 kN/；

—新浇混凝土的初凝时间（h），可按实测确定。当缺乏实测资料时，可采用计算；

—混凝土的温度（℃）；取为22℃。

ν—混凝土的浇筑速度（m/h）；浇筑为25/h，即为2.8 m/h。

—混凝土侧压力计算位置处新浇注混凝土顶面的高度（m）；H为浇筑混凝土高4.5m。

—外加剂影响修正系数，不掺加外加剂时取1.0；掺具有缓凝作用的外加剂时取1.2；

—混凝土坍落度影响修正系数，当坍落度小于30mm时，取0.85；50~90mm时，取1.0；110~150mm时，取1.15；

—有效压头高度（m）。

3号墩身用混凝土为C40，要求坍落度140~180mm，掺加一定量的减水剂，浇筑混凝土温度取为常温22℃。则=55.68kN/㎡，=112.5 kN/㎡，取两者计算的较小值即F=55.68 kN/㎡，侧压力作用有效压头高度=2.2m。

根据规范，当采用溜槽、串筒或导管时，倾倒混凝土产生的荷载标准值为2.00kN/m2。

4.2 钢板验算

模板结构构件中的面板属于受弯构件，按简支梁或连续梁计算。本工程中全部竖杠间距相同，任取最底层一段进行强度、刚度计算。强度验算要考虑新浇混凝土侧压力和倾倒混凝土时产生的荷载；挠度验算只考虑新浇混凝土侧压力。

由前述模板方案拟定数据可知，内外钢模板竖楞间距均为l= 500 mm，且竖楞数为 8,钢板为8 跨，钢板按均布荷载作用下的简支梁进行计算，如下图4.2.1所示。

=5.2*10mm

=8.32* 10mm

4.2.1钢板强度验算

钢板按均布荷载作用下的简支梁计算,最大跨中弯距：

其中， M—钢板计算最大弯距(kN·mm)；

l--计算跨度(竖楞间距)，l=0.5m；

q--作用在模板上的侧压力线荷载，它包括新浇混凝土和倾倒混凝土所产生的侧压力q=31.06kN/m；

钢板最大应力按下式计算：

其中， σ--钢板承受的应力(N/mm2)；

M--钢板计算最大弯距(N·mm)；

W--钢板的截面抵抗矩 ；

f--钢板的抗弯强度设计值(N/mm2)； f=205N/mm2；

经计算,钢板的最大应力计算值：σ = M/W = 189.9N/mm2

4.2.2钢板挠度验算

最大挠度按均布荷载作用下的简支梁计算，挠度计算公式如下：

其中， ω—钢板最大挠度(mm)；

q--作用在模板上的侧压力线荷载(kN/m)，不考虑混凝土倾倒荷载，q=30.6 kN/m；

l--计算跨度(竖楞间距): l =500mm ；

E—钢板弹性模量（N/mm2）：E = 2.1×105N/mm2 ；

I—钢板截面的惯性矩(mm4)；

钢板最大容许挠度: [ω]=2.5mm；

钢板的最大挠度计算值: ω = 2.28mm,满足要求

4.3钢板竖背杠计算

模板结构构件中的竖背杠属于受弯构件，按连续梁计算。

本工程柱高度为2.25m,柱箍间距为500mm，竖楞为大于 3 跨，因此按均布荷载作用下的三跨连续梁计算。

本工程中，竖楞采用[10槽钢，宽度48mm，高度100mm，截面惯性矩I和截面抵抗矩W分别为:

W = 39.7cm3；

I = 198.3cm4；

4.3.1 抗弯强度验算

支座最大弯矩计算公式：

其中， M--竖背杠计算最大弯距(N.mm)；

l--计算跨度(横背杠间距): l =500mm；

q--作用在竖背杠上的线荷载，它包括新浇混凝土和倾倒混凝土时产生的侧压力,q=15.53Kn/m；

最大应力按下式计算：

其中， σ--钢板承受的应力(N/mm2)；

M--钢板计算最大弯距(N.mm)；

W--钢板的截面抵抗矩 ；

f--钢板的抗弯强度设计值(N/mm2)； f=205N/mm2；

经计算,钢板的最大应力计算值：σ = M/W = 9.8 N/mm2

4.3.2 挠度验算

最大挠度按三跨连续梁计算，公式如下:

其中，ω--竖背杠最大挠度(mm)；

q--作用在竖背杠的线荷载(kN/m)：不考虑倾倒混凝土荷载，q =15.01kN/m；

l--计算跨度(柱箍间距)，l =500mm ；

E--竖背杠弹性模量（N/mm2），E =2.1×105N/mm2；

I--竖背杠截面的惯性矩(mm4)；

允许挠度为[]=2.5mm。

计算挠度=0.15mm，满足要求。

4.4 钢板横背杠计算

横背杠计算和竖背杠计算方法相同，这里不再赘述。

4.5 对拉螺栓检算

模板拉杆用于连接内、外两组模板，保持内、外模板的间距，承受混凝土侧压力对模板的荷载，使模板有足够的刚度和强度。

模板拉杆计算公式如下：

P=F·A

P——模板拉杆承受的拉力（N）；

F——混凝土的侧压力（N/m）；

A——模板拉杆分组的受荷面积（m），其值为A=a×b;

a——模板拉杆的横向间距（m）；

b——模板拉杆的纵向间距（m）。

考虑模板拉杆受荷面积的最不利情况为a=1m，b=0.8m，则P=44.54kN。查《简明施工计算手册（第三版）》有：M22对拉螺栓容许拉力[F]=47900N，即验算满足要求。

5 施工效果

经过工程实际施工验证了方案的可行性。实践证明，该工艺保障了施工质量、施工进度、施工安全。翻模施工工艺经济有效，施工工艺发展成熟，结合工程实际，该方法起到了节约资源的目的。有效地解决了滑模施工要求的连续性、施工组织的复杂性及混凝土外表质量差的不足，解决了高墩安全施工易发生人员坠落的危险。

图5.13#墩施工图

参考文献

[1]简明施工计算手册/江正荣,朱国梁编著.—3版.—北京：中国建筑工业出版社，2005

[2]简明公路施工手册/杨文渊，徐 犇编.—2版.—北京：人民交通出版社，1999.8

[3]张志传.高墩翻模模板设计及加工工艺[J].安徽建筑，2005（3）

[4]张永胜.高墩翻模施工[J].山西建筑，2004，30（15）