現(xiàn)澆鋼筋混凝土空間異形斜墩施工技術(shù)研究

杜建華，沈紅云，冀文英

(1.石家莊鐵路職業(yè)技術(shù)學(xué)院，河北石家莊050041;2.河北交通職業(yè)技術(shù)學(xué)院，河北石家莊050035; 3.北方工程設(shè)計研究院有限公司，河北石家莊050011)

現(xiàn)澆鋼筋混凝土空間異形斜墩施工技術(shù)研究

杜建華1，沈紅云2，冀文英3

(1.石家莊鐵路職業(yè)技術(shù)學(xué)院，河北石家莊050041;2.河北交通職業(yè)技術(shù)學(xué)院，河北石家莊050035; 3.北方工程設(shè)計研究院有限公司，河北石家莊050011)

天津開發(fā)區(qū)西區(qū)冬旭路跨京津塘高速橋梁為空間異形斜墩橋梁，其建筑造型獨特，結(jié)構(gòu)形式復(fù)雜，是國內(nèi)首次使用，施工難度大。本文主要針對施工質(zhì)量控制重點——空間異形斜墩在施工中遇到的空間測量定位、扭曲面鋼筋定位、模板加工安裝、高強度鋼棒張拉等問題進行了分析。實踐證明，所采用的施工技術(shù)是可行的，可供同類工程參考。

異形斜墩 空間測量 鋼筋定位 鋼棒張拉

1 工程概況

天津開發(fā)區(qū)西區(qū)冬旭路跨京津塘高速橋梁是開發(fā)區(qū)西區(qū)重要的交通樞紐。該橋長度為669.94 m，公路橋軸線和分孔線與道路設(shè)計線法線斜交，斜交角度-16°。該橋造型獨特、結(jié)構(gòu)形式復(fù)雜，是天津市首座空間異形斜墩橋梁，在國內(nèi)也非常罕見。該橋有144根空間異形斜墩，墩身類型有10種。斜墩底面為不規(guī)則四邊形，斜墩頂面為平行四邊形，因此斜墩的3個側(cè)面為平面，1個側(cè)面是扭曲面，為空間異形斜墩。斜墩長度約為9 m，墩身在橫橋向和縱橋向皆傾斜，斜向傾角達61.1°～67.8°，墩柱斷面約1.5 m×2.0 m。墩身下部設(shè)置縱橋向底梁連接墩身，墩身頂部在橫橋向設(shè)有墩頂橫梁、在縱橋向采用高強度鋼棒作為拉桿(圖1)。這種結(jié)構(gòu)形式的空間異形斜墩的施工屬國內(nèi)首次。

圖1 空間異形斜墩

2 空間異形斜墩施工難點

該橋是天津市的重要景觀橋梁之一，對其外觀質(zhì)量要求較高。經(jīng)過分析施工中存在的難點主要有:①平面線位及空間線位的施測難度大。②空間異形斜墩扭曲面鋼筋定位難度大。在施工中要精確控制斜墩扭曲面鋼筋定位，使綁扎好的鋼筋形成平順圓滑的扭曲面。③空間異形斜墩扭曲面模板加工難度大。要使斜墩混凝土表面平滑，對扭曲面模板加工精度要求高。④墩頂高強鋼棒張拉施工工藝選擇及張拉應(yīng)力控制難度大。設(shè)計中未考慮使用千斤頂進行張拉，使用千斤頂也無反力裝置，需要研究簡便實用的張拉方法。

3 施工過程

異形斜墩的施工過程:①施測承臺平面線位及空間線位。②安設(shè)承臺鋼筋。③搭設(shè)用于斜墩頂空間位置測量、綁扎安裝斜墩鋼筋骨架的支架。④施測斜墩頂面、底面空間位置。⑤在斜墩頂(平行四邊形)與斜墩底(不規(guī)則四邊形)通過拉線定出斜墩的外輪廓線。⑥將柱頂平行四邊形和柱底的不規(guī)則四邊形按照保護層厚度要求向內(nèi)側(cè)偏移，按照圖紙設(shè)計的鋼筋間距進行標記。⑦拉出鋼筋線，定出每根鋼筋的位置和傾斜角度，并進行斜墩鋼筋綁扎、測量、調(diào)整、固定。⑧支立承臺模板、澆筑承臺混凝土并養(yǎng)護。⑨拆除用于斜墩頂空間位置測量、綁扎安裝斜墩鋼筋骨架的支架。⑩搭設(shè)用于安裝斜墩模板和澆筑混凝土的支架，安裝斜墩側(cè)面平面模板，再安裝扭曲面模板;安裝墩底橫梁鋼筋和模板;墩頂對角側(cè)安裝高強鋼棒預(yù)埋件;橫橋向預(yù)埋墩頂橫梁鋼筋;斜墩和墩底橫梁模板測量、調(diào)整、固定、加固。?澆筑底橫梁和斜墩混凝土、養(yǎng)護、拆模。?搭設(shè)支架，安裝高強鋼棒并張拉，同時監(jiān)測鋼棒拉力。?綁扎墩頂橫梁鋼筋、安裝模板。?澆筑墩頂橫梁混凝土并養(yǎng)護。

4 空間異形斜墩施工關(guān)鍵技術(shù)

4.1 平面線位及空間線位的施測

斜墩為不規(guī)則形狀，空間定位、外形控制是決定施工質(zhì)量的先決條件。經(jīng)過分析，采用以下步驟保證平面線位及空間線位的施測精度:①用CAD軟件繪制斜墩三維立體模型，研究斜墩各截面實際樣式。②根據(jù)三維模型標注變截面控制點，計算控制點空間坐標。③選定一斜墩進行線下模擬試驗。在一平整地面用全站儀測量出斜墩底面及頂面各角點，搭設(shè)腳手架，依據(jù)在地面放出的頂面控制點及相對高程，將頂面控制點引至空間相應(yīng)位置，根據(jù)上下各點關(guān)系，拉線做出斜墩大體樣式。將各變截面控制點精確定位。④對線下模擬試驗實施過程進行總結(jié)，用以指導(dǎo)現(xiàn)場實際測量放樣。⑤現(xiàn)場模板支立完成后對各主要控制點進行復(fù)測，并在混凝土施工過程中進行監(jiān)測。⑥施工期間進行工后變形監(jiān)測。

4.2 扭曲面鋼筋定位

1)定位難點

空間異形墩有4個側(cè)面，2個為平行四邊形，1個為梯形，還有1個為扭曲面。在鋼筋施工圖中，縱向鋼筋在每個面的數(shù)量并沒有變化，因此平行四邊形側(cè)面的鋼筋傾斜角度和長度是相同的，定位要容易些。但是，梯形側(cè)面和扭曲側(cè)面的鋼筋傾斜角度和長度是不斷變化的，定位比較復(fù)雜。

2)鋼筋安裝

異形斜墩采用直徑為32 mm的螺紋鋼，預(yù)埋鋼筋在承臺施工完成后可調(diào)性差，為保證斜墩混凝土保護層厚度，預(yù)埋鋼筋位置必須準確。在澆筑承臺混凝土前預(yù)埋墩柱鋼筋。預(yù)埋鋼筋前先測量放線，搭設(shè)腳手架，根據(jù)放樣結(jié)果拉線做出斜墩樣式，根據(jù)線形及設(shè)計保護層厚度預(yù)埋墩柱鋼筋，主筋內(nèi)側(cè)做環(huán)箍及斜撐，確保鋼筋不彎折、偏移。斜墩鋼筋預(yù)埋完成后，搭設(shè)支架、攬風繩進行固定。在承臺模板外側(cè)做測量基準點，承臺混凝土施工中對斜墩預(yù)埋鋼筋位置進行檢測，若斜墩鋼筋有移位現(xiàn)象，立即停止承臺混凝土施工，對斜墩鋼筋位置進行糾正。在鋼筋安裝時，可以按照設(shè)計長度整根安裝固定，也可以先安裝斜墩底一定長度，然后再用機械連接方式接長。

斜墩綁扎箍筋的施工工藝:綁扎斜墩箍筋時應(yīng)先在一根斜墩主筋上劃出箍筋間距線，然后按照間距1 500 mm左右綁一個箍筋，形成鋼筋骨架后根據(jù)此線再畫間距線，這樣便于控制箍筋綁扎的平整度。綁扎斜墩箍筋時注意箍筋編號和斜墩的變化方式，以免用錯箍筋。綁扎成型的斜墩鋼筋骨架如圖2所示。

圖2 空間異形斜墩鋼筋骨架

4.3 模板加工及安裝

4.3.1 斜墩特點

對于斜墩施工，質(zhì)量控制的關(guān)鍵在于對模板的控制。模板的設(shè)計施工質(zhì)量決定混凝土外觀質(zhì)量及斜墩成品位置準確程度，因此需認真研究模板方案。斜墩在支護體系上，既應(yīng)將其視為水平構(gòu)件，又應(yīng)視為豎直構(gòu)件。在斜墩下的支撐體系，按照水平構(gòu)件支撐，底模需待混凝土強度達到100%以上時方可拆除;頂?？砂凑斩漳?豎直構(gòu)件)進行支撐，以便控制斜墩的穩(wěn)定性。

4.3.2 斜墩模板安裝工藝流程

工藝流程:模板加工→承臺上彈線→搭設(shè)外圍整體支撐架→安裝平面底?！惭b兩平面頂?！惭b扭面底?！韵露习惭b柱箍并安裝底面模板斜撐→預(yù)檢→澆筑混凝土?xí)r鋼筋模板的復(fù)查→拆?！０迩謇?。

4.3.3 斜墩模板加工與安裝

1)模板選用。墩柱為異形，模板通用性極差。如采用鋼模板，對生產(chǎn)廠家要求很高，模板加工難度大，且模板通用性差，不利于連續(xù)施工。根據(jù)工程特點，墩柱模板采用木模板，面板采用2.8 cm厚大塊竹膠板以加強面板剛度(圖3(a))。

2)模板加工。根據(jù)斷面尺寸，平面選用大塊竹膠板，模板后背肋采用10 cm×10 cm木枋，木枋使用前進行拋光，盡量選用大小一樣的木枋，防止背肋受力不均造成模板不規(guī)則變形。模板接縫做到平整，拼縫內(nèi)側(cè)防水膠條擠壓密實，防止漏漿。對于扭曲面模板，在加工前利用空間CAD技術(shù)，將扭曲面展開成平面，根據(jù)展開面尺寸準確加工扭曲面模板。

3)模板環(huán)箍。為保證斜墩美觀，模板內(nèi)不做對拉桿，在模板外側(cè)用環(huán)箍固定。用2根高180 mm槽鋼和M16對拉螺栓于斜墩兩邊豎向木枋外按柱截面尺寸夾牢固，每環(huán)箍互為置換方向緊貼設(shè)置，環(huán)箍豎向間距6 m高以下每300 mm一道，6 m高以上每500 mm一道，用以加強模板的水平剛度(圖3(b))。

圖3 斜墩現(xiàn)場模板及環(huán)箍示意

4)模板加固。在柱模板吊裝到位后，用φ48×3.5 mm鋼管四向斜撐頂牢柱模。斜撐與地面成60°夾角;斜撐頂部支墊方木，模板坐落在方木上，方便模板加固。

5)倒角設(shè)置。橋墩墩身與承臺相交面角度小于90°的位置，皆設(shè)置20 cm的倒角，并設(shè)置倒角鋼筋;橋墩墩身設(shè)置2 cm的倒角以方便拆模。模板制作完成后，在模板內(nèi)側(cè)加塞板條作為倒角，在外側(cè)用鋼釘連接加固。

6)模板拼裝。單片模板采用寬邊壓窄邊的方式，柱模安裝前在模板邊線外2 mm粘貼海綿條進行密封。用汽車吊吊裝柱模板，并臨時固定。自下而上安裝柱箍，利用線垂和全站儀沿縱橫兩個方向控制和測設(shè)柱的軸線，并進行多次測設(shè)、復(fù)核、校正?，F(xiàn)場根據(jù)墩柱傾角加工靠尺，作為粗支模板依據(jù)，然后通過全站儀打點測距，計算軸線位置是否符合要求。

7)保護層墊塊設(shè)置。采用長條曲面形砂漿墊塊，曲面向下放置，平面向上作為鋼筋支承面。

4.4 高強鋼棒張拉

4.4.1 千斤頂張拉存在的問題

由于一個承臺上的兩個斜墩傾斜方向相反，斜墩受荷后墩底截面會產(chǎn)生很大的彎矩，會使墩底截面開裂破壞。因此設(shè)計時，在橋梁縱向設(shè)置了高強度鋼棒用于平衡墩底彎矩。由于設(shè)計中未設(shè)計千斤頂張拉用的端面，并且高強度鋼棒也未完全從斜墩內(nèi)部穿過，因此在現(xiàn)場無法采用傳統(tǒng)的千斤頂張拉。

4.4.2 高強鋼棒張拉解決辦法

經(jīng)過反復(fù)研究，決定采用倒鏈將一個承臺上的兩個斜墩頂部套住，通過手拉倒鏈讓兩斜墩發(fā)生相對位移，邊拉倒鏈邊緊固高強度鋼棒的絲扣。由于高強度鋼棒的剛度與對拉斜墩的剛度不同，因此在施工時必須連續(xù)監(jiān)測高強度鋼棒內(nèi)拉力，保證松開后鋼棒拉力符合設(shè)計要求。由于高強度鋼棒長度大、自重較大，在自重作用下的非線性變形很大，不易張拉緊固，因此在張拉鋼棒下方用支架搭設(shè)了張拉平臺。

4.4.3 高強鋼棒張拉流程

斜墩施工時在墩頂預(yù)埋鋼棒連接頭→等待斜墩、墩底橫梁強度達到設(shè)計要求→搭設(shè)用以張拉鋼棒的支架→安裝高強鋼棒→利用倒鏈葫蘆對拉兩個斜墩→邊對拉、邊緊固高強鋼棒、邊監(jiān)測鋼棒拉力→鋼棒符合設(shè)計要求后放松倒鏈，觀察鋼棒拉力變化→調(diào)整倒鏈松緊，使倒鏈完全放松后鋼棒拉力值符合設(shè)計要求→錨固→張拉完畢。

5 結(jié)語

在天津開發(fā)區(qū)西區(qū)冬旭路跨京津塘高速橋梁施工中，探索并應(yīng)用了新的空間異形斜向帶扭曲面斜墩施工工藝，解決了空間測量施工、扭曲面模板制作安裝、異形柱鋼筋定位、高強鋼棒張拉等技術(shù)難題，節(jié)約了工時及臨時支撐材料。成品斜墩混凝土表面平整度控制在2 mm以內(nèi)，異形斜墩表面平滑、棱角直順、空間定位準確，混凝土的外觀質(zhì)量優(yōu)良，達到了預(yù)期的施工目的，取得了良好的社會效益及經(jīng)濟效益。異形斜墩施工中形成的施工方法對類似工程施工具有參考價值。

［1］邢厚俊.雙鉸型上承式鋼筋混凝土拱橋斜立柱混凝土施工技術(shù)［J］.鐵道建筑，2006(4):4-6.

［2］黃大健.天津市新建的具有獨特風格的橋梁［J］.中國勘察設(shè)計，2009(10):64-70.

［3］戴志杰，王偉良.雙層高架橋Y型墩臺立柱施工技術(shù)［J］.建筑施工，2004，26(6):516-518.

［4］向科.大蒸港彎曲紡錘形鋼主塔施工技術(shù)［J］.鐵道建筑，2013(5):32-34.

(責任審編李付軍)

U445.55+9

A

10.3969/j.issn.1003-1995.2015.02.08

1003-1995(2015)02-0029-03

2014-06-16;

2014-08-10

2013年河北省高等學(xué)校科學(xué)技術(shù)研究項目(Z2013092)。

杜建華(1979—)男，河北石家莊人，副教授，碩士。