無拉桿模板技術(shù)在橋墩施工中的應(yīng)用

蘇 成

（中鐵十八局集團(tuán)海外公司 天津）

一、工程概況

京廣高速鐵路客運(yùn)專線（簡稱京廣高鐵）是中國運(yùn)營中的高速鐵路，也是中國第二條高速鐵路。京廣高鐵始于北京西站，經(jīng)過北京、河北、河南、湖北、湖南、廣東到達(dá)廣州南站，共36個車站，全長2118 km（實(shí)際里程），設(shè)計(jì)速度350 km/h，是世界上運(yùn)營里程最長的高速鐵路。

二、施工技術(shù)方案的選擇

京廣高鐵墩身設(shè)計(jì)為雙線矩形空心橋墩和圓端形空心橋墩，砼采用高性能砼，對砼施工的質(zhì)量要求高。尤其是墩身的外觀質(zhì)量，要求線形美觀大方，根據(jù)項(xiàng)目公司強(qiáng)制性要求，墩身采用無拉桿施工技術(shù)。該技術(shù)采用可調(diào)式無拉桿式外模設(shè)計(jì)，具有設(shè)計(jì)承載力大、無拉桿、精度高、拆裝快捷、使用安全、無腳手架施工等特點(diǎn)。該方案拋開傳統(tǒng)的滿堂支架法和大型工字鋼作背帶的定型鋼模，采用輕便型鋼模結(jié)合桁架作圍帶，經(jīng)過受力檢算，滿足了模板的剛度要求，由大型工字鋼作背帶的定型鋼模300 kg/m2減少到了輕便型鋼模結(jié)合桁架作圍帶的230 kg/m2，減輕了模板的自身重量，利用自身模板桁架作施工平臺不用搭設(shè)外支架，節(jié)省時間。

三、工藝流程

施工工藝流程見圖1。矩形空心橋墩砼施工時，分3次澆筑，承臺頂實(shí)體段和空心段一次，墩頂以下2.5 m一次和支撐墊石部分一次。具體分段布置見圖2。

四、模板的設(shè)計(jì)和加工

模板的設(shè)計(jì)與加工。為滿足客運(yùn)專線的施工要求，外模采用可調(diào)式桁架無拉桿高精度模板，根據(jù)墩身高度和預(yù)埋件位置需求，模板節(jié)高可分幾種規(guī)格，如2.45 m（頂層）、2 m（標(biāo)準(zhǔn)節(jié)）、1.5 m（調(diào)整節(jié)）、1 m（調(diào)整節(jié)）。分外圓弧和直線段模板，模板采用鋼板和型鋼定形加工制作，面板設(shè)豎肋和環(huán)肋，大塊模板整體線形采用桁架式結(jié)構(gòu)和型鋼結(jié)合進(jìn)行加固，通過外部的桁架和型鋼形成一個封閉的箍圈，從而使自身達(dá)到設(shè)計(jì)剛度，能夠滿足施工要求。

五、模板安裝和拆除

1.施工準(zhǔn)備

（1）操作人員提前進(jìn)行培訓(xùn)。混凝土澆筑方法、混凝土澆筑順序；混凝土振搗工藝；混凝土拆模強(qiáng)度；接茬處理工藝；養(yǎng)護(hù)方案。

（2）在承臺基礎(chǔ)頂面測定中線和十字線、高程，劃出墩身底面位置。墩身施工前，承臺頂部立模位置內(nèi)側(cè)要鑿除表面浮漿，整修連接鋼筋。

（3）鋼筋加工和綁扎。綁扎鋼筋應(yīng)在模板安裝前進(jìn)行，先搭設(shè)腳手架，利用腳手架綁扎鋼筋。鋼筋按設(shè)計(jì)圖紙及驗(yàn)標(biāo)要求，在鋼筋加工場進(jìn)行鋼筋下料，并加工成型；鋼筋在加工前，首先將鋼筋表面油漬、漆皮、鱗銹等清除干凈，對彎折的鋼筋進(jìn)行調(diào)直。依據(jù)圖紙?jiān)O(shè)計(jì)進(jìn)行下料，彎制加工，并按圖紙鋼筋編號對鋼筋分類編號存放。墩身施工過程中墩身的豎向受力鋼筋與承臺的預(yù)埋鋼筋采取雙面搭接焊接，保證焊縫長度滿足驗(yàn)標(biāo)要求。

鋼筋綁扎過程中，鋼筋的交叉點(diǎn)應(yīng)該用鐵絲綁扎結(jié)實(shí)，必要時可用點(diǎn)焊焊牢。為保證保護(hù)層厚度≥5 cm，在鋼筋與模板間設(shè)置接觸面積小的同強(qiáng)度的塑料墊塊。

圖1 工藝流程圖

圖2 墩身分段澆筑示意圖

下實(shí)體段頂層鋼筋網(wǎng)片綁扎采用角鋼或直徑20 mm鋼筋作板凳筋固定底層鋼筋網(wǎng)，對于下實(shí)體段上臺的以及下實(shí)體超過3 m的墩身，板凳筋采用直徑40 mm鋼管。在下實(shí)體上部鋼筋網(wǎng)片上間隔1.5 m左右預(yù)留兩個70 cm×70 cm工作孔，待砼澆筑時接近鋼筋網(wǎng)片，將鋼筋恢復(fù)原狀并綁扎牢固，封死工作孔。具體位置見圖3。

（4）模板處理。在新模板初次使用前，首先應(yīng)采用磨光器將模板表面油污、雜物清除，直到模板表面發(fā)光，無暗黑色斑與銹跡為止。然后在模板表面涂刷脫模劑，脫模劑采用TQN－T型脫模劑，保證容易脫模及混凝土外觀美觀。

2.模板安裝和拆除

圖3 內(nèi)模加固示意圖

外模板吊裝高度視吊裝能力并結(jié)合墩身施工分段而定，分節(jié)或大塊板扇用吊車吊裝。安裝底節(jié)模板前，檢查承臺頂高程及外輪廓線，不符合要求時鑿除或用砂漿找平處理，以確保墩身模板位置、標(biāo)高準(zhǔn)確就位。承臺頂面與模板聯(lián)結(jié)面平整，無縫隙，防止水泥漿流失，必要時在承臺與模板接縫處采取砂漿填補(bǔ)空隙（或者采用雙面膠固定1 cm厚聚苯乙烯泡沫板預(yù)鋪鋼模板與承臺之間）。模板吊裝組拼時，不得發(fā)生碰撞，由專人指揮，按模板編號逐塊起吊拼接。板縫的處理采用在接縫處夾海綿條或膠帶的方法，保證接縫嚴(yán)密、不漏漿，外觀平滑順直。將模板組裝好以后，用豎向鋼管和桁架用鐵絲捆綁連接做成簡易圍籃，在桁架上面鋪設(shè)木板，在模板四周搭設(shè)成簡易工作平臺。拆模時嚴(yán)禁使用撬棍猛烈錘擊，防止損壞砼表面和造成模板變形。拆模時用吊車將模板用鋼絲繩牢固連接，松動可調(diào)桁架絲桿，拆除螺絲和斜拉桿。模板拆除后，將模板清理干凈、上油和分層堆碼整齊，層間用方木支墊，避免損傷模板板面。施工中發(fā)生變形的鋼模板，調(diào)校符合要求后方可投入使用。內(nèi)膜部分采用定型鋼模板。施工中采用搭設(shè)整體支撐架的方法固定空心部分模板，步可分5個步驟操作。

（1）綁扎鋼筋至墩頂?shù)菇遣糠趾?，將底部倒角模板、木模加固用兩?0 mm×50 mm×4 mm角鋼、間距50 cm通過螺栓和墩身鋼筋拉緊，同時鋪設(shè)空心段底模和留設(shè)布料作業(yè)孔。

（2）為防止內(nèi)模上浮，在模板頂部設(shè)10 cm槽鋼于外模連接，同時也采用4～6根直徑12 mm的鋼筋穿過內(nèi)模斜拉到承臺混凝土的鋼筋上。立內(nèi)模時為保證砼的壁厚，可采用50 cm長方木，嵌入頂部內(nèi)外模板之間來控制砼壁厚，待砼澆筑至方木位置時將其取出。內(nèi)模模板標(biāo)準(zhǔn)節(jié)段高度可分為1.5 m、1 m、0.5 m。在拼裝模板的同時，在墩身內(nèi)部搭設(shè)井式滿堂支架，腳手架頂部預(yù)留30 cm左右的空間，為增加模板和腳手架的整體穩(wěn)定，內(nèi)模采用對拉對撐，腳手架采用6排橫向立桿2排縱向立桿，步距為90 cm×70 cm、層間距為120 cm，用鋼管兩端通過頂托支撐模板，圓弧部分可彎制相同弧度的鋼管對其加固。內(nèi)模直線部分的面板加固采用雙排鋼管間距80～90 cm確保模板整體結(jié)構(gòu)穩(wěn)定。

（3）待澆筑下實(shí)體和空心部分后，拆除內(nèi)模在腳手架上鋪設(shè)方木（10 mm×15 mm），并根據(jù)底模下表面高度調(diào)整頂絲，使方木在同一標(biāo)高上（標(biāo)高為底模下表面高度-15 cm-模板厚度）。

（4）底模拼裝在固定好的方木上，并調(diào)平固定，接縫采用海綿條處理，保證澆筑混凝土?xí)r不漏漿。

（5）人孔施工采用木模，施工時注意與底模的連接預(yù)埋和爬梯。

空心墩砼的澆筑、施工方法與實(shí)體墩相同。

六、模板位置調(diào)整

模板吊裝拼接完成后，模板的校正和固定是施工的關(guān)鍵。模板的校正可采用全站儀用極坐標(biāo)法投點(diǎn)縱、橫十字線進(jìn)行校合，測量檢查模板的中線、模板各部位尺寸、頂面高程、模板表面平整度和板縫間的錯臺等，并按報(bào)檢程序請現(xiàn)場監(jiān)理工程師檢校，當(dāng)模板組拼成形后，所有螺栓不必?cái)Q緊，留出少量松動余地。測量后某一模板前后方向偏斜的調(diào)整通過手拉葫蘆拉至正確位置。通過拉桿的連接作用，把模板固定在設(shè)計(jì)的幾何尺寸上，調(diào)整完畢后，擰緊全部螺栓，即可澆筑砼。

七、澆筑混凝土

混凝土使用摻加高效減水劑和粉煤灰的耐久性混凝土，坍落度控制在14～16 cm（輸送泵）。在澆筑現(xiàn)場每隔一段時間對混凝土的均勻性和坍落度進(jìn)行檢查一次?；炷涟韬喜捎米詣佑?jì)量拌合站集中拌合，運(yùn)輸采用輸送車。采用混凝土輸送泵混凝土布料車進(jìn)行混凝土灌注。澆筑前，先對支架、模板、鋼筋和預(yù)埋件檢查，把模板內(nèi)的雜物、積水清理干凈，模板如有縫隙，必須調(diào)整填塞嚴(yán)密。混凝土應(yīng)分層連續(xù)澆筑，每層厚度不超過30 cm，且在下層混凝土初凝前澆筑完成上層混凝土。泵送混凝土出料口與澆筑面的距離控制在2 m以內(nèi)。同時注意糾正預(yù)埋件的偏差，保證砼密實(shí)和表面光滑整齊，無墊塊痕跡。砼澆筑期間設(shè)專人觀察支架、模板、鋼筋和預(yù)埋件等的穩(wěn)固情況，發(fā)現(xiàn)松動、變形、移位時，及時處理。

采用插入式振動器振搗密實(shí)。插入式振動器移動間距不超過振動器作用半徑的1.5倍，與側(cè)模保持10～15 cm距離，且插入下層混凝土5～10 cm，每一處振動完畢后邊振動邊徐徐提出振動器，避免振動器碰撞模板、鋼筋及其他預(yù)埋件。振搗時間一般控制在10～15 s，觀察到混凝土不再下沉、不再冒出氣泡、表面泛漿，水平有光澤時可緩慢抽出振搗器。

八、拆模、養(yǎng)護(hù)

1.墩頂面抹面、養(yǎng)生

在混凝土澆筑完成后，對混凝土裸露面及時進(jìn)行抹平，等定漿后再抹第二遍進(jìn)行壓光。混凝土澆筑完初凝后先撒一遍水然后覆蓋和裹緊土工布和塑料布，采用灑水養(yǎng)生，養(yǎng)護(hù)時間為14 d。

2.拆模及砼養(yǎng)護(hù)

當(dāng)混凝土的強(qiáng)度達(dá)到6～8 MPa時，表層混凝土與環(huán)境之間的溫差均≤15℃時，方可拆除。模板拆除采用吊車配合，拆除時保護(hù)好墩身棱角等易損部位。

混凝土養(yǎng)護(hù)采用自然蒸養(yǎng)的方法，墩身模板拆除后，先包裹一層土工布，然后再包裹一層塑料布，塑料布的接縫處采用膠條封閉，再用細(xì)鐵絲捆緊，保證要有足夠的水分以及塑料膜無破損、無透氣，養(yǎng)護(hù)時間≥14 d。

九、高性能混凝土施工質(zhì)量通病及原因

由于客運(yùn)專線砼施工采用的是高性能耐久性砼，由于混合料中的各種組分密度差異及多種細(xì)骨料混合，當(dāng)攪拌不均勻、澆筑、搗固工藝不規(guī)范，容易使砼拌和物產(chǎn)生離析、泌水、不均勻體積收縮，砼結(jié)構(gòu)產(chǎn)生不同程度的裂紋、沙面、水印，不但影響其表面美觀，有的裂紋還可能危及到結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度。墩身常見的缺陷主要表現(xiàn)為：沙面、水印、氣泡多；顏色不一致；兩邊對稱裂紋與不規(guī)則裂紋以及表面脫皮。

1.出現(xiàn)沙面和水印

出現(xiàn)沙面和水印的起因與混凝土拌合物不均勻、有離析現(xiàn)象、凝固時間長并與灌筑速度沒有配合好、搗固工藝不規(guī)范有關(guān)。正確的混凝土混合料有效攪拌時間應(yīng)≥3 min，才能充分拌勻摻合料和發(fā)揮減水劑的作用。如用攪拌輸送車運(yùn)送混凝土拌合物，途中運(yùn)輸車攪拌時間不超過30 min，即混凝土拌合物在拌合機(jī)的攪拌時間可以縮短，但應(yīng)≥2 min。泵送灌筑混凝土入模坍落度以14～16 cm為宜。采用插入式振動器其振搗棒距模板應(yīng)是10 cm，混凝土入模（每層）搗固前應(yīng)將混凝土拌合物鈀平，并使模板邊周圍的混凝土比中間稍高出10 cm左右，然后再振搗，每處振搗的時間不宜過長，不使混凝土離析。

2.混凝土表面氣泡多

混凝土混合料在攪拌過程中都引進(jìn)一些氣泡，摻加外加劑也引進(jìn)一些氣泡，混凝土內(nèi)氣泡含量一般為2%～4%?；炷凉嘀r要求模板要光滑，均勻涂刷脫模劑?；炷凉嘀繉雍?0 cm搗固一次，混凝土入模應(yīng)先鈀平，并使模邊周圍稍高出10 cm再振搗，振動棒距離模板10 cm，點(diǎn)與點(diǎn)之間距離15～20 cm，快插慢拔，每一處的振動時間一般為10～15 s，最多不要超過20 s。在振動過程中氣泡即沿著模板邊向上排出，其速度為2 cm/s。振動過后應(yīng)用搗固錘或人工踩模邊混凝土，將個別還滯留在模邊的氣泡完全排盡。

3.混凝土表面顏色不一致

一是模板本身有污垢（如鐵銹或涂刷過多的油）；二是混凝土拌合物干稀不勻。模板應(yīng)清理干凈，涂擦一層薄薄的脫模劑即可，前后灌筑的混凝土拌合物坍落度不均勻誤差控制在±2 cm。

4.構(gòu)筑物兩邊對稱裂縫

一般是灌筑的混凝土面積比較大，用兩個串筒送料，振搗時沒有先鈀平而用振搗器趕漿，致使粉煤灰漿集中形成稀漿與混凝土分離，不均勻收縮且凝固慢，此處稀漿強(qiáng)度很低，稍加有點(diǎn)溫差就容易產(chǎn)生裂縫。要求振搗前應(yīng)用布料工具將混凝土鈀平后再振搗。

5.混凝土表面不規(guī)則的裂紋

（1）溫差裂紋。內(nèi)外溫差小，出現(xiàn)小縫；內(nèi)外溫差大則會出現(xiàn)較大的縫。這與混凝土內(nèi)溫度高，環(huán)境氣溫、骨料、拌合水溫度以及每立方米混凝土中的水泥用量多少有關(guān)?？刂苹炷聊虦囟葢?yīng)力裂縫，混凝土內(nèi)外溫差≤25℃，最好控制在＜20℃。

（2）混凝土養(yǎng)生降溫方法。內(nèi)降，適用與大體積混凝土施工降溫。方法是在混凝土界購物內(nèi)安設(shè)冷卻水管，但要注意通過水管內(nèi)的水溫與混凝土的溫差≤20℃。外保，適用于混凝土體積不太大，但內(nèi)外溫差較大。灌筑混凝土?xí)r，模板外設(shè)保溫層，使混凝土熱量向外散發(fā)時蓄集在模板邊，可減少混凝土內(nèi)外溫差。內(nèi)降加外保，內(nèi)通冷卻水管，外加保溫層。

6.防止混凝土表面脫皮

（1）選用好的脫模劑，涂抹時一定要均勻，不能漏涂。

（2）灌筑混凝土前先將模板面的舊灰渣清除干凈，并涂好脫模劑再灌筑混凝土，避免舊灰渣粘在混凝土面影響光面。

（3）適當(dāng)晚些拆模，待表面混凝土的抗拉強(qiáng)度增長到大于混凝土面與模板面的粘結(jié)強(qiáng)度才能拆模。混凝土表面與模板面的粘結(jié)強(qiáng)度可根據(jù)模板面的實(shí)際情況預(yù)先進(jìn)行拉拔試驗(yàn)測定，按試驗(yàn)結(jié)果作依據(jù)進(jìn)行施工控制。實(shí)驗(yàn)證明，混凝土的抗拉強(qiáng)度約為抗壓強(qiáng)度的1/10，拆模時為不使混凝土表面粘模，則等到混凝土的抗拉強(qiáng)度大于混凝土表面與模板面的粘結(jié)強(qiáng)度時才能拆模。

墊石混凝土施工。墊石混凝土施工方量小，墊石混凝土的模板待墩身混凝土凝固后再架立。在混凝土灌注之前，測量班精確測定墊石的平面位置及高程。特別注意錨栓孔的預(yù)留（采用符合尺寸圓木，在澆筑過程中控制圓木的位置，保證其設(shè)計(jì)位置符合架梁要求），預(yù)留孔影響的鋼筋，可以調(diào)整鋼筋，不可截?cái)?。支座墊石的標(biāo)高誤差控制在0～-5 mm。

十、結(jié)論

通過墩身施工實(shí)踐證明，上述模板、支架的設(shè)計(jì)以及混凝土的施工工藝是科學(xué)、合理的，取得了良好的效益。