1、徐天良 何华中 79m空心薄壁高墩施工技术设计与研究2379m空心薄壁高墩施工技术设计与研究徐天良 何华中摘要：根据济邵高速公路大店河大桥主桥 79m 空心薄壁高墩的施工实践，对空心薄壁高墩施工中的新工艺、新技术的应用等进行论述，对空心薄壁高墩垂直度控制、测量监控等进行论述总结，供类似工程参考。关键词：薄壁高墩 悬臂模板设计 直螺纹连接 高墩监控 施工技术1 前言随着我国交通事业的大发展，特别是改革开放以来高等级公路建设的飞速发展，对路线指标的要求、造价与路线环境的配合日趋提高，桥梁结构正向大跨、薄壁、轻型、整体方向发展，高墩大跨径预应力混凝土连续刚构桥得到了广泛的发展。以大店河大桥为研究对象
2、，大店河大桥是河南省济（源）邵（原）高速公路河南省济源市通往山西省运城的高速公路的大桥，该桥全长738m，主桥桥跨结构为（66+12066） m 预应力混凝土连续刚构，下部结构为矩形空心薄壁高墩，6墩高 77.5m，7墩墩高 79m,墩身截面尺寸 6.66.0m，壁厚 90cm；横隔板每隔 26m 设置一道。左、右幅墩身设置系梁 1 道。主要工程数量钢材 1520t， C50 砼数量 6800 m3。2 空心薄壁墩的施工设计2.1 垂直运输机械选择大店河大桥高墩施工的突出问题是垂直运输。由于高度和地形的限制,79m空心薄壁高墩施工技术设计与研究 徐天良 何华中24垂直运输采用履带式和轮胎式起重
3、机无法满足施工要求，所以选择施工机械尤其重要。考虑到该桥主墩高、跨度大、钢筋用量大，每个主墩安装一台 80 型塔吊，安装一部施工电梯供人员上下，每个辅墩安装一台 60 型塔吊。2.2 施工流程承台施工预埋墩身主筋模板安装第一次砼浇筑第二节钢筋安装模板上升及安装加固砼浇筑横隔板施工墩身封顶施工左右幅联系梁施工2.3 模板设计主墩施工采用悬臂模板施工，分节浇注，每节高度4.5m，依次施工，6#墩分18 次浇注，如下图2 1所示，高墩垂直度采用全站仪在两岸山顶布置三角网进行控制。2.3.1 外模模板由于主桥墩为直方墩，截面没有明显的变化，结构简单，模板可以直接倒用，阳角处使用阳角斜拉座 45斜向将两
4、块模板拉接在一起，保证阳角处不漏浆。模板高度 4.65m，浇筑高度 4.5m，施工时上挑 50mm，下包 100mm，能有效的防止错台和漏浆，设置对拉拉杆，抵消砼的侧压力，防止跑模。徐天良 何华中 79m空心薄壁高墩施工技术设计与研究25图 21 模板施工流程图79m空心薄壁高墩施工技术设计与研究 徐天良 何华中26图 22 外模板设计图模架结构如下图所示，为模板的基本组成部分，本工程采用斜撑式主背楞。如下图爬架主要由：斜撑主背楞、主梁三角架、吊平台等组成。外模面板均采用 21mm 厚的胶合板，内模设置对拉拉杆，抵消砼的侧压力。徐天良 何华中 79m空心薄壁高墩施工技术设计与研究27图 23
5、模板拐角加固示意图模架结构如图 2-4 示，模板的基本组成部分，本工程采用斜撑式主背楞。详细可参照悬臂模板设计方案。如下图爬架主要由：斜撑主背楞、主梁三角架、吊平台等组成。图 24 模板设计结构图混凝土作用于模板的侧压力，根据测定，随混凝土的浇筑高度而增加，当浇筑高度达到某一临界时，侧压力就不再增加，此时的侧压力即为新浇筑混凝土的最大侧压力。侧压力达到最大值的浇筑高度称为混凝土的有效压头。通过受力检算，均满足设计施工规范要求，可以使用。检算结果如79m空心薄壁高墩施工技术设计与研究 徐天良 何华中28下：、墩身砼作用于模板的设计总荷载为 52.3KN/m2;、面板最大应力为 7.59N/mm2
6、13N/mm 2、模板挠度为 0.35mmw=0.7mm、木工字梁最大应力为 5.8N/mm213N/mm 2、面板和木工字梁的组合挠度为 0.847 w=3mm2.3.2 内模设计内模采用 P1512（150120cm） 、P3012 （30cm120cm）和PJG(异型模板) 构成，变截面段模板采用木模加工。详见 6、7墩内模支撑体系图。图 25 墩身内模异型模板示意图2.4 钢筋直螺纹连接技术徐天良 何华中 79m空心薄壁高墩施工技术设计与研究29墩身使用钢材 1520t，其中主筋采用 32 螺纹钢，断面钢筋为 365 根，主筋连接采用新工艺直螺纹连接技术。钢筋的绑扎严格按图纸中的位置、
7、间距以及规范中规定的允许误差进行。2.4.1 钢筋等强直螺纹连接技术概述直螺纹套筒连接是通过钢筋端头特制的直螺纹和直螺纹套管咬合形成整体的一种连接方式。如下图所示：图 26 钢筋等强滚扎直螺纹联接标准接头示意图2.4.2 钢筋直螺纹连接的工艺流程 .所加工的钢筋应先调直后再下料，切口端面与钢筋轴线垂直，不能有马蹄形或挠曲。下料时，不得采用气割下料。.加工丝扣的牙形，螺纹必须与连接套的牙形、螺距一致，有效丝扣内的秃牙部分累计长度小于一扣周长的 1/2。.已加工完成并检验合格的丝头要加以保护，钢筋一端丝头戴上保护帽，另一端拧上连接套，并按规格分类堆放整齐待用。.钢筋连接时，钢筋的规格和连接套的规格
8、一致，并确保丝头和连接套的丝扣干净、无损。79m空心薄壁高墩施工技术设计与研究 徐天良 何华中302.4.3 质量要求及检验（1） 、质量要求需满足钢筋机械连接通用技术规程 （JGJ107-2003） 滚压剥肋直螺纹连接验收标准 ；、丝头：牙形饱满，牙顶宽度超过 0.6mm，秃牙部分累计长度不应超过一个螺纹周长。外形尺寸含螺纹直径及丝头长度应满足图纸要求。、套筒：套筒表面无裂纹和其它缺陷，外形尺寸包括套筒内螺纹直径及套筒长度应满足产品设计要求。、连接：连接是要确保丝头和连接套的丝扣干净、无损。被连接的两钢筋断面应处于连接套的中间位置，偏差不大于 1p（p 为螺距） ，并用工作扳手拧紧，使两钢筋
9、端面顶紧。（2） 、质量检验加工人员加工时逐个目测丝头的加工质量。检查标准应符合表 2 中的规定。每加工 10 丝头应用相应的环规和丝头卡板检测 1 次，并剔除不合钢筋直螺纹连接的工艺流程图徐天良 何华中 79m空心薄壁高墩施工技术设计与研究31格产品。自检合格的丝头，再由质检人员对每种规格加工的丝头随机抽样检验，以一个工作班生产的丝头为一个检验批随机抽样 10，且不得少于 10 个，按表 2 作钢筋丝头质量检查。如有一个丝头不合格，应加倍抽检，复检仍有不合格丝头时，即应对该批全数检查，不合格的丝头应切去重新加工，经再次检验合格后方可使用。已检验合格的丝头应戴上塑料帽或连接套和保护塞加以保护。
10、表 2 丝头检验标准单位:mm项目 量具名称 要 求外观质量 目测牙形饱满，牙顶宽度 0.6mm，秃牙部分累计长度不应超过一个螺纹周长。丝头长度 卡尺钢筋丝头螺纹的效旋合长度用专用丝头卡板检测，标准型接头的丝头长度公差为+1p，见图 2.螺纹中径通端螺纹环规止端螺纹环规通环规能顺利旋入整个有效扣长度，而止环规旋入丝头的深度不大于3p（ p 为螺距） 。见图 3.图 27 钢筋丝头检查示意图79m空心薄壁高墩施工技术设计与研究 徐天良 何华中32图 28 主筋直螺纹连接2.4.4 钢筋等强滚轧直螺纹连接技术优点（1）接头强度高：等强级接头， 100%发挥钢筋强度，能达到 钢筋机械连接通用技术规程
11、(JGJ-107-96) 中 A 级接头标准。（2）连接速度快：套筒短，螺纹扣数少，使用方便。连接时将套筒套在钢筋上用普通扳手拧紧即可，大大降低劳动强度，节约时间。（3）应用范围广：适用钢筋任何位置与方向的连接，也可用于弯曲钢筋及钢筋笼不能转动的场合。（4）适用性强：接头质量可靠，现场施工时，风、雨、停电状态，水下、超高环境均适用。（5）节材、节能、经济：在同等级的钢筋连接中，比传统焊接节省连接用钢材 60%左右。（6）适应环保要求：施工中无明火，在易燃、易爆、高处等施工条件下尤为安全可靠，可全天候施工。2.5 混凝土施工混凝土设计标号为 C50 高性能混凝土，由拌和站拌和，水平运输采用混凝土
12、罐车，垂直运输采用 80 型输送泵。泵送入模，每次浇注高度徐天良 何华中 79m空心薄壁高墩施工技术设计与研究334.5m，为防止混凝土离析，混凝土自由倾落高度不得超过 2m。2.5.1 混凝土配合比设计针对混凝土泵送难，和易性差，颜色灰白的问题，施工中优化了混凝土配合比，在保持原来配合比、坍落度的前提下，采用“双掺”技术，增加适量粉煤灰和减水剂，这使得混凝土的颜色更均匀，和易性更好。2.5.2 混凝土的浇注浇注混凝土前，先将墩身内杂物清理干净。混凝土的振捣采用插入式振动器，振动器的移动距离不超过振动器作用半径的 1.5 倍，与侧模保持50100mm 的距离；混凝土分层浇注，每层厚度控制在 2
13、030cm ，每放一层料时先将料扒平再开始振捣，振捣顺序为：先振捣倒角处，再从两边向中间振捣，振捣时间控制在 20s 左右，以混凝土不再下沉、不再冒气泡、表面呈现平坦、泛浆为准。在混凝土的振捣过程中有现场技术人员严格控制。为保证混凝土的外观质量，在混凝土的浇注过程中进行混凝土的质量控制，保证混凝土具有良好的和易性、流动性，并控制混凝土的坍落度基本相同，以保证混凝土表面颜色一致；混凝土浇注过程中有专人看护模板，防止螺栓松导致跑模影响混凝土质量。3 高墩垂直度控制及施工监控施工难度大，技术要求高，如何控制高墩的垂直度就成为控制施工质量的重中之重79m空心薄壁高墩施工技术设计与研究 徐天良 何华中3
14、4由于墩身是在动态中成型，而且是高空作业，施工精度控制十分复杂，墩身过大的偏差势必对该桥的性能和线形有着较为显著的影响。为此必须对高墩施工的精度给予足够的重视，以确保主梁的最终顺利合拢。3.1高墩垂直度测量现在常用的高墩垂直度测量控制方法主要有两种：其一是采用全站仪平面测量控制；其二是激光垂准仪全站仪联合测量控制方法。根据我部及项目的实际情况，采用第一种进行测量控制。其方法是：1、建立桥梁施工测量控制网。薄壁高墩控制测量根据设计院交桩橛点进行大地四边形网进行控制，控制网见图 31 （测量控制网和高墩测量控制示意图） ，经过反复联测，该控制网能满足二等导线网联测的要求。高墩墩身控制采用在承台顶面
15、放出墩身四个角点（A、B、C、D）进行模板控制点，模板安装完后，在对四个角点、轴线控制测量点（Z1、Z2、H1 、 H2）检查测量，根据理论放线坐标进行放线，求出实际的偏差值x、y ，要求满足 x2mm，y2mm，每节测量消除测量误差积累。徐天良 何华中 79m空心薄壁高墩施工技术设计与研究35图 31 测量控制网和高墩测量控制示意图3.2 影响高墩测量精度的因素及控制方法影响高墩施工精度的因素主要是自然因素和人为因素两类，自然因素主要指风载、太阳辐射及升温、降温造成的温度荷载；人为因素主要指施轴线控制点AB CDZ1Z2H1 H2O高墩四角测量控制点拉杆79m空心薄壁高墩施工技术设计与研究
16、徐天良 何华中36工过程中工人的操作不当等，以及材料、施工设备等的不对称放置从而对墩身产生不对称荷载，致使墩身产生挠曲变形，从而使墩身轴线发生偏差，影响墩身的施工质量。3.2.1由自然因素产生的轴线偏差1)风载引起的墩身轴线偏差分析当墩身较高时，整个墩身结构的刚度相对而言就变得较小。当结构承受水平方向的外力时将会引起过大的水平位移，从而对墩身的施工精度产生较大的影响。在最不利风载作用下可使墩顶产生较大位移，表 1 为某桥墩身结构在不同高度时的计算最不利墩顶位移值。2)日照温差作用引起的墩身轴线偏差分析有关日照温差作用对高墩施工精度的影响，国内尚缺乏这方面的研究资料，不过可从其他相似结构的实测资
17、料来分析，如高烟囱的实测资料，由表2 可知，由于日照温差效应引起的结构物中心偏移值不容忽视。偏移值的大小与结构物的柔度系数和温差成正比，墩身结构的截面尺寸直接决定着其柔度系数，从大店河大桥6号墩身温差实测资料来看，最大温差可达23 ，势必引起墩顶较大的位移偏差，因此必须对日照温差效应给予足够重视徐天良 何华中 79m空心薄壁高墩施工技术设计与研究373）自然因素引起的墩身轴线偏差的控制方法墩身轴线放样时选择在无风或微风时刻，以减小因风载引起的轴线偏差；为了避开日照温差效应引起的墩身弯曲变形，测量时间规定在上午6：30 9： 00，下午 5：007：00，施工过程还可以采用水雾降温法以减小由日照
18、温差引起的轴线偏差。3.2.2 由人为因素引起的墩身轴线偏差的控制方法人为因素主要是由于混凝土浇筑不同步，模板安装加固不到位，及其施工机械、钢筋材料等造成偏载引起，消除这些因素，主要断面砼施工必须同步进行，浇筑砼前必须对模板进行检查复核，测量轴线是否准确，四个角点是否满足测量偏差要求，不断复核，不断调整纠偏。3.3 高墩施工监控主桥高墩在墩身施工过程中，影响因素较多，为了保证墩身施工质量，需对墩身不利截面混凝土应力进行监测，同时要考虑到墩的自身弹性和非弹性压缩变形以及温度、风力、上部施工等荷载对墩的影响。3.3.1 高墩垂直度监控主桥 6、7墩高度都较大，在施工过程中，墩身垂直度的控制是一个值
19、得关注和重视的问题。墩 柱 垂 直 度 质 量 控 制 对 于 结 构 线 形 、 变 位 、施 工 安 全 、 T 构 合 拢 、 结 构 内 力 等 都 有 重 要 意 义 ， 在施工过程中必须对墩身垂直度进行监控。测试方法：每 20m 高度作一监测断面，每监测断79m空心薄壁高墩施工技术设计与研究 徐天良 何华中38面在墩的桥轴线方向和横向的几何中心设置一个测点，实测墩的垂直度。采用全 站 仪 控 制 模 板 的 四 角 坐 标 及 墩 身 纵 横 向 轴 线 偏 差 。3.3.2 墩身关键截面应力测试计算分析表明，墩底截面为关键截面，需测试墩底截面在主梁 T 构施工阶段各施工段悬臂灌注
20、混凝土前后及施工临时荷载下的受力变化，实现体系两悬臂的自平衡，控制墩底倾覆弯矩，指导悬臂施工，保证施工体系的安全。在桥梁合拢前后墩底截面测试可以给合拢体系转换后桥梁结构的应力重分布分析提供数据。测试方法：在每个主墩上选取承台以上不同高度的墩身变截面处埋设钢弦应变计进行应力监控。以测试在施工荷载下，特别是混凝土浇筑、梁体预应力张拉阶段( 监控部位桥墩) 、合拢前后的受力变化，以指导悬臂施工及桥梁合拢。3.3.3 标高、墩顶位移测试通过墩顶位移测试，结合对墩身应力及温度变化的测试，分析高墩墩顶温度荷载位移效应。结合施工控制计算，综合分析合拢次序对高墩墩顶位移的作用，适时会同设计，提出建议的调整方案
21、，为施工措施（是否施加预顶力或预拉力及施加的时机）提供依据。对各主墩墩顶埋设位移长期观测点，采用进口的徕卡 1102 型全站仪进行监测，提供予设测点的空间坐标。观测时间分为高墩建成后 0#段浇筑徐天良 何华中 79m空心薄壁高墩施工技术设计与研究39前、施工 T 构合拢前、后。如图 32 所示：单位：cm钢 弦 应 变 计 埋 设 截 面 承 台墩 身 济 源 邵 原1234图 3-2 墩身应力测点布置大样图在每个主墩距承台顶 4.5 米处埋设钢弦应变计 4 只，全桥共埋设钢弦应变计 16 只。墩身温度测点布置图。单位：cm济 源 邵 原 -5 4 3 2 1图 3-3 墩身温度测点布置大样图
22、选取其中的一个主墩，在埋设钢弦应变计的截面位置上布设温度测点，另在空心墩内外各布置气温观测点 1 个，全桥共计 22 个温度测点。4 总结在高墩施工中正确选用合理的施工工艺十分重要。大店河大桥采用悬79m空心薄壁高墩施工技术设计与研究 徐天良 何华中40臂爬模施工是一种新的施工工艺，它具有操作方便，易掌握，成本低，工期短，安全等特点。高墩主筋使用直螺纹联接技术，具备连接方便、强度高、节约材料、降低成本、节能环保的新工艺，值得推广。施工中，严格按照高墩施工测量精度控制轴线偏差，垂直度控制、应力监控，成功地完成大店河大桥薄壁高墩的施工。实践表明，大店河大桥空心薄壁高墩施工技术是成功的，可供类似桥梁施工作参考。
