薄壁空心高墩封顶施工方法
黄超
中铁十一局集团第三工程有限公司安梁项目部 四川达州 636151 【摘 要】结合襄渝二线05标段桥梁施工，介绍电气化铁路单线空心高墩封顶部分混凝土的施工方法。详细说明了施工方案的实施步骤和方案实施要点，并对方案进行了合理的检算。最后通过方案实施效果，评价了方案的综合效益。
【关键字】空心墩 封顶 施工 方案
1 工程概况
襄渝铁路增设二线工程安康至梁家坝段05标由中铁十一局集团承建。我标段项目指挥部三分部施工段内共有单线大桥13座，单线中桥3座，其控制分部工程为10个圆端形薄壁空心桥墩。直曲线空心墩墩身外坡率均为40:1，内坡率均为46:1，墩身下部设置有2m高的实体段，上部设置1m的实体段，托盘、顶帽高度分别为1.5m、0.6m，设计要求托盘和墩身上部实体段一次连续浇注成型。空心墩高度在32m～40m之间，墩颈壁厚（指墩身内边坡延长至墩颈时的壁厚）0.5m，在墩顶以下5m处设置了一道净空为70cm×140cm的进人洞门。直线上空心桥墩顶部的具体构造情况见图1所示，曲线上空心桥墩墩身及托盘、顶帽构造尺寸与其一致。 Ⅱ 托盘 封顶实体段 ⅠⅠ 通风孔 Ⅱ ⅠⅠⅡⅡ
图1 薄壁空心桥墩顶部构造示意图 空心桥墩施工采用厂制大块钢模，自升式塔式起重机进行模板吊运拼装，混凝土采用混凝土罐车运输，自升式塔式起重机吊装入模。我标段桥梁工程的施工进度、质量和安全控制的关键在于空心桥墩的施工控制，空心桥墩施工控制的关键点在于封顶实体段
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和托盘的施工控制。 2 施工方案选定
目前建筑施工解决竖向承重的常规办法是搭设满堂脚手架的方式。但我标段的薄壁空心桥墩封顶施工中存在以下几个问题：①空心墩内部空间狭小；②要求搭设的满堂脚手架很高（最高达40m），技术上很难把握；③材料进出只能通过的空间很小（进人洞），施工很不方便；④施工周期长，塔机利用率不高，同时模板的周转率很低，施工很不经济；⑤设计要求墩顶实体段和托盘连续灌注，一次浇注混凝土方量大（达56.2m3），对支架要求较高。
基于上述原因，如果采取上述的传统办法解决空心桥墩墩顶实体段竖向承重问题，较不现实，必须寻求更经济可靠的办法解决上述问题。
我标段空心桥墩存在以下特点：①为了减少温度升降所引起的应力变化，空心墩设计离地面5m以上每隔5~10m高度在墩身周围对称交错设置通风孔（φ20cm）；②各桥的空心桥墩顶部结构尺寸均一致。通过比较分析，空心桥墩顶部施工时利用墩顶实体段以下3m处通风孔搭设施工平台，在空心墩壁预埋支点，在支点上设置钢横梁，钢横梁上设传力杆件支撑封顶实体段底模的方案进行封顶施工（构件详细安装见图2）。 13042020201503801007×25工字钢梁卡子10焊缝钢板(外露部分设置) Ⅲ27.580 ⅠⅠ4×3027.5502040:146:17.5角钢宝丽板5cm木板支点预埋件纵梁横梁传力杆工字钢梁Ⅲ2020a工字钢单位：cm单位:cm20焊缝 图2 构件安装图 3 具体施工方法
图3 支点预埋件横断面
3．1 预埋件制作
支点预埋件作为支撑系统的主要构件，制作要求较高。本方案设计中采用两根70cm
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长的20a普通工字钢拼焊而成。支点预埋件加工制作过程中必须保证焊缝饱满，同时外露端必须采用6mm厚钢板封住。为了保证支点表面平整，在外露端上表面采用钢板将焊缝垫平，同时端头加焊50角钢作为钢横梁的卡子，防止钢横梁横向移动（支点预埋件加工制作见图3所示）。 3.2 预埋件安装
混凝土施工到方案设计的高度前，在钢模板上设置相应的方孔，预埋件按设计埋入50cm，外露20cm，同时将埋入部分与两层空心墩身护面钢筋焊接牢固。
3.3 操作平台搭设
利用墩身设计原有的通风孔（φ20cm），在通风孔内横穿钢管（钢管可以采用φ10cm的钢管，也可以采用3根φ6cm的普通脚手架管焊成钢管束），在钢管上满铺竹跳板形成搭设支撑系统的工作平台。
3.4 钢横梁安装
埋设有支点预埋件的墩身混凝土达到一定强度后，墩身内模和原来内架拆除后，施工平台搭设完毕后就可以进行钢横梁的安装。
3.5 支撑系统安装
钢横梁安装完毕后即可按设计的位置搭设传力杆件（传力杆件加工制作见图4所示），在传力杆件上搭设木横梁，木横梁上密铺木纵梁。在木纵梁上满铺5cm木板作为底模，在底模上铺设宝丽板作为底模面板，支撑系统安装根据图2和图5进行。
4 施工检算
50.567.36×5067.350.5螺纹杆269.5285.7269.5285.7285.7285.7285.750.5底板单位：cm 图4 传力杆件（可调螺栓式） 图5 Ⅲ-Ⅲ截面（支撑系统安装） 空心桥墩封顶实体段底模的支撑系统检算的关键部位是支撑预埋件和搭设在支撑预埋件上支撑系统。支撑预埋件需要检算其抗剪是否满足要求，支撑系统比较复杂，需要对其的强度和整体稳定性进行检算。支撑系统的强度和整体稳定性检算用手算比较复杂，本方案采用的是同济大学3D3S软件进行检算，检算结果支撑系统的强度和整体稳定性满足要求。 4.1 荷载统计
载荷统计见表1。
表1 荷载统计表
50.5顶 板3
序号 荷载类别 1 纵横梁、传力杆件、工字钢等 自重 2 新浇钢筋混凝土容重 3 4 5 施工人员、施工料具运输、堆放荷载 倾倒混凝土产生的冲击荷载 振捣混凝土产生的荷载 荷载大小 28.0 kn 1461.2kn 27.2 kn 65.3 kn 21.76 kn 备 注 按实际重量计算 3计 按26 kn/m 计 按2.5kPa 计 按6.0kPa 计 按2.0kPa4.2 荷载计算及效应组合
荷载计算及效应组合见表2。
表2 荷载计算表 序号 1 2 3 4 5 荷载类别 纵横梁、传力杆件、工字钢等自重 新浇钢筋砼自重 施工人员及施工机具运输或堆放的荷载 倾倒砼时产生的竖向荷载 振倒砼时产生的竖向荷载 合 计 荷载大小 28.0 kn 1461.2kn 27.2 kn 65.3 kn 21.76 kn 分项系数γ1 1.2 1.2 1.4 1.4 1.4 调整后荷载大小 33.6 kn 1753.44 kn 38.08 kn 91.42 kn 30.46 kn 1947.0 kn 4.3 预埋支承件抗剪检算
K1Vj≤μ(AS1+AS2)fsv
Vj——作用于预埋件的剪切荷载，Vj=1947.0/14=139.07kN(14个支点平均分配) K1——抗剪强度设计安全系数，设计K1=2.0 μ——摩擦系数,取μ=1.0
AS1+AS2——预埋件的横截面积，对20a普通工字钢，AS1+AS2=35.5×2=71cm2 fsv——钢材在混凝土中的抗剪强度设计值,取fsv=0.7 fst，fst=106MPa
μ(AS1+AS2)fsv÷Vj=1.0×71×10-4×0.7×106×106÷139.07÷1000=3.8＞2.0 支撑预埋件抗剪满足要求。 5 施工注意事项
（1） 预埋件埋设时必须严格按方案设计的高程和平面位置进行埋设,同时预埋件必须与空心墩的双层钢筋网焊接牢固；混凝土施工时随时观察预埋件的位置是否移动，如果与设计不相符必须及时调整。
（2）预埋件制作时焊缝必须饱满，封口严密。
（3）搭设好支撑系统在进行封顶混凝土施工前，埋设有预埋件的混凝土的强度必须达到85%以上。
（4）支撑系统中的木横梁不允许截断，使用前必须检查木横梁的状态，观察是否有裂纹存在。
（5）传力杆件作为支撑系统的重要部件，安装必须仔细，安装时必须旋动螺杆，保证传力杆件全部顶紧木横梁，不允许部分传力杆件不受力的现象。
（6）考虑到钢横梁受力后会产生一定的挠度，沿底模长度方向设置2cm的预拱度。
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（7）为了加强钢横梁的整体性，用两根L75×75×8角钢将7根钢横梁点焊连成整体。
（8）封顶实体段及托盘施工完毕后必须要其混凝土强度达到75%以上方可拆除支撑系统。
（9）由于空心墩内部比较潮湿，外露预埋件容易发生锈蚀，在拆除操作平台之前必须将外露预埋件作涂灰铅油二度防锈处理。 6 施工效果
目前我标段内的10个薄壁空心桥墩已全部完成，从方案设计的使用效果来看，取得了较为明显的工期效益和经济效益。
本方案设计中采用的构件全是预先按设计中的尺寸和要求制作，支撑系统安装非常方便；埋设有预埋件的混凝土浇注完毕后需拆除空心墩内部的内钢模和内脚手架，待这些工作完成后混凝土的强度已能满足要求，可以搭设支撑系统了。封顶施工完毕后，就可以处理施工缝、绑扎顶帽钢筋、设置顶帽预埋件等，到可以浇注顶帽混凝土时，封顶混凝土的强度也已经达到规定要求，可以拆除支撑系统了。所以本方案设计中没有单独安排其安装时间，而是利用工艺工期之间的间隔时间，大大缩短了施工周期。
本方案与传统的满堂脚手架比较大大节约了周转材料的使用量，加快了钢模和自升式塔式起重机的使用效率，同时节约了人工费用，同时本方案中很多材料和构件都是重复使用，取得了明显的经济效果。
从本方案设计的使用情况来看，安全性能得到保证，作为一个施工经验对类似工程具有一定的借鉴意义。
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