蘭渝鐵路柳家河大橋翻模施工技術(shù)

趙小波

(中交一航局第五工程有限公司，河北秦皇島 066000)

柳家河大橋空心墩柱施工綜合考慮其設(shè)計墩高、工程質(zhì)量、工期要求、場地條件等多方面因素，并結(jié)合同類工程經(jīng)驗，采用翻模施工。本文以蘭渝鐵路柳家河大橋為背景，重點介紹高墩翻模施工技術(shù)，為同類工程施工提供借鑒和參考。

1 工程概況

柳家河大橋位于新建蘭渝鐵路四川青川縣境內(nèi)，處于兩山峽谷之間，全長347．96 m，大橋上部結(jié)構(gòu)形式為2［1-32 m+(58+96+58)連續(xù)剛構(gòu)+2-32 m+1-24 m］，下部結(jié)構(gòu)為挖井基礎(chǔ)，雙線T形橋臺、圓端形橋墩和矩形空心墩。大橋共有6個墩身，其中2號和3號墩設(shè)計為連續(xù)剛構(gòu)矩形空心墩，2號墩高70 m，墩底實體段高度7．5m，空心段墩底尺寸11．16 m(橫向)×7 m(縱向)×1 m(壁厚)。3號墩高54 m，墩底實體段高度3 m，空心段墩底尺寸10．10 m(橫向)×7 m(縱向)×1 m(壁厚)。順橋方向(沿線路方向)為垂直面，橫橋方向雙面對稱向心收坡，坡率42∶1。

2 工藝原理

翻模以已經(jīng)澆筑完成且達(dá)到一定混凝土強度的墩身傳至基底作為受力點和支承點，采用上、中、下三塊或上、下兩塊豎向等高模板組成一個基本單元，循環(huán)交替組成，每一循環(huán)通過附著于已經(jīng)達(dá)到一定強度的混凝土墩身的下層模板作為上層模板的支撐，隨著施工的進(jìn)行，上層模板與下層模板不斷循環(huán)交替，不斷交替翻升。如此循環(huán)作業(yè)，直至完成墩身混凝土的施工。

3 結(jié)構(gòu)體系

3．1 翻模結(jié)構(gòu)體

翻模由上、中、下三塊模板組成一個基本單元，由外模、內(nèi)模、連接件組成。根據(jù)工期要求，加工2套空心墩模板。模板面板采用δ=6 mm鋼板、豎向主肋采用單［10，間距300 mm;橫向主背肋采用［18b雙槽鋼背焊;橫豎向次肋采用10 mm(厚)×100 mm(寬)鋼板。模板四邊均為平扣。設(shè)置外掛托架作為內(nèi)外工作平臺。單塊模板最大重量1．8 t，最小重量0．3 t。因墩柱較高和考慮墩身橫向收坡時截面的變化，模板設(shè)計時將橫橋向側(cè)模分成四塊，墩澆筑到一定高度后抽掉中間一塊，便于操作和固定;順橋向側(cè)為一塊整體，2m高一節(jié)，每套3節(jié)，混凝土一次灌注4m。內(nèi)模橫橋向采用小鋼模組合，在每層小于5 cm的縫隙采用木模處理。其主要結(jié)構(gòu)如圖1所示。

3．2 輔助設(shè)備

輔助設(shè)施主要包括起重設(shè)備、垂直運輸系統(tǒng):現(xiàn)場采用每墩配備塔吊、施工電梯實現(xiàn)模板的翻轉(zhuǎn)，材料、機具和人員的運輸。

3．3 穩(wěn)定性計算

從鋼模板、內(nèi)楞、外楞、對拉螺栓幾個方面進(jìn)行受力分析。經(jīng)計算混凝土側(cè)壓力設(shè)計值FA=42．36 kN/m2，混凝土側(cè)壓力和混凝土水平壓力合計為F'=47．12 kN/m2。

圖1 翻模結(jié)構(gòu)示意圖

3．3．1 鋼模板驗算

由模板結(jié)構(gòu)圖可知，模板均為大塊鋼模板，面板受力較大，面板受力可簡化為在兩豎向主肋支撐的簡支梁受力，其截面特征:慣性矩 Ixj=1．35 ×107mm4，截面模量 Wxj=9．0 ×104mm3。

1)鋼模板受力分析。大塊組合鋼模板以兩根豎向主肋為支撐點，按簡支梁進(jìn)行計算，其受力見圖2。其受力化為線性均布荷載:q1=F'×0．3=14．136 N/mm(用于計算承載力);q2=FA×0．3=12．708 N/mm(用于驗算撓度)。

圖2 鋼模板受力簡圖

2)抗彎強度驗算。承受的最大彎矩:M=0．125q1l2=0．125×14．136×3002=15．903×104N·mm。抗彎承載力:δ=1．767 N/mm2。組合鋼模板的抗彎承載力 δ=1．767 N/mm2，小于鋼材抗彎強度容許值［δ］=205 N/mm2，模板的強度滿足要求。

3．3．2 內(nèi)鋼楞驗算

由模板結(jié)構(gòu)圖可知，組合鋼模板的內(nèi)鋼楞承受的壓力較大，故對其進(jìn)行驗算。內(nèi)鋼楞為［10號的槽鋼，其載面特征:慣性矩Ixj=198．3 ×104mm4，截面模量 Wxj=39．7 ×103mm3。

1)內(nèi)楞受力分析。內(nèi)楞以外楞為支點，則內(nèi)楞可以按外伸簡支梁進(jìn)行計算，其受力見圖3。其受力化為線性均布荷載:q1=F'×1．0=47．12 N/mm(用于計算承載力);q2=FA× 1．0=42．36 N/mm(用于驗算撓度)。

圖3 內(nèi)楞受力簡圖

3．3．3 外鋼楞驗算

1)外楞受力分析。楞以對拉螺栓為支點，可以當(dāng)作二支點簡支梁進(jìn)行計算，根據(jù)空心墩組合鋼模板，兩對拉螺栓的間距分別為:1 700 mm，1 300 mm，1 200 mm和1 000 mm，選擇最大間距為1 700 mm的進(jìn)行受力計算。外鋼楞為2根［18號的槽鋼，其截面特征:慣性矩 Ixj=21 008．6×104mm4，截面模量 Wxj=2．5 ×106mm3，其受力見圖4。其受力化為線均布荷載:q1=F'×1．7=80．104 N/mm(用于計算承載力);q2=FA× 1．7=72．012 N/mm(用于驗算撓度)。

圖4 外楞受力簡圖

2)抗彎強度驗算。承受的最大彎矩:M=0．125q1l2=0．125×80．104×1 7002=28．94×106N·mm?？箯澇休d力為=11．58 N/mm2。外楞抗彎承載力 δ=11．58 N/mm2，小于鋼材抗彎強度容許值［δ］=205 N/mm2，外楞的強度滿足要求。

3．3．4 對拉螺栓驗算對拉螺栓擬定使用M24螺栓，其截凈面積A=452 mm2。1)對拉螺栓的拉力。N=F'×1．0 ×1．7=80．104 kN。

2)對拉螺栓的拉應(yīng)力。

對拉螺栓的拉應(yīng)力小于設(shè)計允許值［δ］=215 N/mm2，安全系數(shù)1．2，可以滿足要求。

4 關(guān)鍵施工技術(shù)

4．1 模板拼裝

墩身實心段混凝土澆筑后，實心段模板保留不拆除，在其上安裝空心段模板。模板在安裝前進(jìn)行試拼，翻模安裝利用塔吊輔助完成。整套模板采用φ22對拉螺栓，外套φ30的PVC塑料管，PVC管的長度嚴(yán)格按照每個截面處的壁厚尺寸進(jìn)行截取;為保證螺栓對拉時不侵入結(jié)構(gòu)，加工部分截面尺寸為10 cm×10 cm的細(xì)石混凝土頂撐與PVC管配套使用，頂撐中心預(yù)留供穿對拉螺栓用的圓孔，保證壁厚尺寸符合設(shè)計要求。當(dāng)四大塊模板組拼成型后，所有螺栓不必擰緊，留出少量松動余地。模板前后方向偏斜的調(diào)整通過手拉葫蘆拉至正確位置，左右偏斜的調(diào)整則在模板底邊靠傾斜方向的一端塞加墊片實現(xiàn)。

4．2 模板翻升

在第二節(jié)模板內(nèi)外固定架上掛好外掛平臺，拆除第一節(jié)內(nèi)外模板固定架。用手動葫蘆掛住第一節(jié)鋼模板，松開內(nèi)外模板之間對拉螺栓，卸下第一段內(nèi)外圍帶，用塔式起重機吊運至第三節(jié)混凝土頂面平臺上。將第一、二節(jié)段拆下的模板吊運到第三節(jié)段混凝土頂面，清理模板并涂刷脫模劑后按放線尺寸組裝為第四節(jié)模板。然后，按第一節(jié)的安裝次序安裝其余部分。每節(jié)模板安裝時可在兩節(jié)模板的縫隙間用薄鋼板塞填以便糾偏。模板翻升順序見圖5。

4．3 模板拆除

圖5 模板翻升順序圖

施工至墩頂后，墩頂仍保留3節(jié)模板，墩身混凝土強度大于10 MPa時，拆除模板。拆除時按先底節(jié)，再中間節(jié)，最后頂節(jié)的順序進(jìn)行。

4．4 鋼筋和混凝土施工

依據(jù)模板高度和鋼筋進(jìn)料長度，確定每次鋼筋接高的長度為4．5 m。墩身主筋采用直螺紋套筒進(jìn)行接高，箍筋和構(gòu)造筋焊接接長。

混凝土采用水平分層灌注，灌注時要求兩邊對稱進(jìn)行，每節(jié)段混凝土灌注后要及時進(jìn)行高程測量，控制墩身總高程誤差。

4．5 線型控制

高墩翻模施工，墩身垂直度、軸線偏位和高程的控制是關(guān)鍵。

4．5．1 模板定位

采用四點定位垂球法調(diào)整每層模板安裝質(zhì)量，即用全站儀采用坐標(biāo)法在已施工完的薄壁墩身混凝土面上放出前、后、左、右四個標(biāo)準(zhǔn)點，測出墩壁在四個方位的角點，在模板安裝過程中，隨時用該四點檢校模板的安裝偏移情況。

4．5．2 模板復(fù)核

每層模板調(diào)整好，采用換手測量，復(fù)核立模的準(zhǔn)確性。

平面控制:將全站儀架于控制點，用極坐標(biāo)法通過控制模板位置來控制墩柱平面位置。高程控制:采用長鋼卷尺(100 m鋼卷尺)丈量法與三角高程控制法雙控。在墩身下部1．5 m左右位置處設(shè)置整米高程控制基準(zhǔn)線，墩身高程控制測量時從該控制基準(zhǔn)線丈量測量，同時用全站儀利用三角高程控制法進(jìn)行復(fù)核，確保高程控制誤差在規(guī)范允許范圍之內(nèi)。

5 結(jié)語

柳家河大橋2號，3號墩有效施工天數(shù)分別為140 d和108 d，施工速度平均0．5 m/d，墩柱混凝土表觀質(zhì)量、墩身線形控制好，保證了工期，有一定的社會效益。

1)施工方便，工藝簡單，減少了高墩施工的難度。2)墩身混凝土質(zhì)量容易控制，保證了高墩施工質(zhì)量。3)對于高墩連續(xù)分布，合理利用翻模，采用流水施工，更具有經(jīng)濟(jì)效益。

［1］中鐵三局集團(tuán)有限公司．客貨共線鐵路橋涵工程施工技術(shù)指南［M］．北京:中國鐵道出版社，2009．

［2］余天慶，朱 寧，李 娜，等．翻模技術(shù)在橋梁高墩施工中的應(yīng)用［J］．橋梁建設(shè)，2009(2):28．