铁路桥梁薄壁空心高墩施工技术

铁路桥梁薄壁空心高墩施工技术

作者：陈国琛 孙士成

来源：《科学与财富》2011年第07期

1、前言

近年来，随着我国交通事业的迅猛发展，铁路、公路和城市市政道路桥梁设计中高墩越来越多。墩身越高，施工难度越大，为适应铁路、公路高墩的施工，研究其施工技术成为了至关重要的课题。但由于桥梁所处的地理位置、桥墩结构、施工领域存在较大差异，因此在该领域施工时出现了若干不同的施工技术，如何选择适合所建工程的最佳施工方案是广大从事桥梁施工人员的一个关键课题，同时也迫切需要一个能够适应不同环境的铁路桥梁薄壁空心高墩的施工技术。经过不断的摸索和实践，研究制定了一套适合山区高墩施工的技术，本文将对桥梁薄壁空心高墩的施工技术进行详细介绍。 2、技术特点

2.1 施工速度快，桥墩施工进度有显著提高；

2.2 能有效地控制桥梁施工精度，提高施工的可操作性；

2.3 适用于各种复杂的地形环境，尤其是在山区丘陵地区中应用更体现其优越性。 3、适用范围

本工法适用于各种地形条件下的铁路或者公路桥梁高墩施工，对黄土高原地区和山岭丘壑地区条件下的桥梁高墩施工更为适用，尤其是桥墩高度20m～60m区段内的墩身。 4、工艺原理

薄壁空心高墩采用翻模施工工艺，每个循环高6m，具体施工方法如下：先施工底部实心段，第一节模板支立在承台上，第二节模板支立于第一节模板上，以此类推，待支立墩身外模板并完成其他工序后测量定位后一次性浇注混凝土。混凝土达到拆模强度后拆除第一节模板。最后一节模板仍然保持支立状态，且拉条和模板连接螺栓不得松动。然后将打磨后下一节模板利用塔吊等起重设备将其支立在上一循环顶层模板上，直至达到一个循环的高度。依此循环向上形成拆模、模板支立、钢筋绑扎、内模支立、测量定位、标高测量、混凝土灌注、养护不间断作业，直至墩身施工完毕（见图1“翻模施工原理示意图”）。

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图1 翻模原理示意图 5、施工流程及操作要点 5.1施工工艺流程

薄壁空心高墩施工流程：（1）实心段：模板支立、钢筋绑扎、内模支立、测量定位、混凝土灌注、养护、拆模的顺序进行；（2）空心段：模板支立、钢筋绑扎、内模支立、测量定位、混凝土灌注、养护、拆模等不间断作业，直至空心墩身施工完毕顺序进行。 5.2施工操作要点 5.2.1墩身外模设计与加工

空心墩墩身外模采用厂制钢模板，同种坡比的最高墩高度从底到顶加工一整套。其中每节模板高2m，两端圆弧模板4块，中间直模2块，其中为保证墩身浇注尺寸的精度，适当增加了部分调节段。

外模板面板采用6mm钢板，边肋采用14槽钢，中肋采用10槽钢加工。拉条采用φ20的圆钢加工制作，板面预留φ22孔12个（见图2“2m高直模和弧模图”）。 5.2.2墩身内模设计与加工

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受各工点地理位置、场地情况、设备配备等诸多因素影响，墩身内模采用可调节尺寸型整体式木制内模，加工尺寸需根据墩身每循环施工高度加工制作，内模直模部分可利用墩身外模平板或加工成2.2m×4.10m（或6.10m）的竖向形式。 5.2.3空心墩墩帽模板

空心墩墩帽模板通用（只是接触网支柱类型不一致，有所调整），采用厂制大模板。 5.2.4实心段施工

空心墩墩底部位为实心段，不同墩高和不同坡比使实心段高度从2～3.5m不等，空心墩底部实心段需一次性浇注。工艺流程需经过绑扎钢筋→支立模板→浇注混凝土→拆模养护几道工序后完成施工，不需要支立内模。

实心段外模支立质量和安装精度直接影响到上部空心段的施工，因此支立后模板尺寸必须准确，模板顶各控制点标高在同一水平面，必要时要先将承台采用砂浆找平后再支立模板，否则在后续空心段施工时，容易造成模板不平整，尺寸误差较大的问题。由于实心段以上有500mm倒角，施工时连同倒角以上500mm薄壁空心段和实心段一起浇注这样便于下一步内模的支立。

5.2.5空心段施工 5.2.5.1墩身外模支立调整

先支立一侧圆端弧板，再支立中间直板和另一侧弧板，弧形板安装后便于稳定不需要搭设支撑，当直板支立完成后再将剩余另一端弧形外模根据墩纵横轴线调节模板至设计位置，然后上紧支撑螺栓。外模竖向间隙用止浆条处理，以免混凝土施工过程中漏浆造成混凝土蜂窝麻面。

当墩身外模组拼成形后，所有螺栓不必拧紧，留出少量松动余地。模板前后方向偏斜的调整通过手拉葫芦拉至正确位置，左右偏斜的调整则在模板底边靠倾斜方向的一端塞加垫片实现，加塞垫片后的模板间隙（水平缝隙）塞橡胶条，防止漏浆。由于模板制作及起始第一节模板调整的精度都很高，以后每次调整幅度很小。调整完毕后，拧紧全部螺栓即可进入下一工序施工。

5.2.5.2墩身内模支立调整

内模类型不同、致使相应的模板支立方式也不尽相同。支立整体式木制内模时一般需在墩内搭设从底到顶的脚手架，铺设木板或竹排等作为操作平台。 5.2.5.3钢筋绑扎

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若空心墩内部不搭设脚手架则需加工一个钢筋绑扎简易台架（用脚手架钢管），每循环钢筋绑扎时吊放到墩内，然后绑扎钢筋（见图3“吊装式简易操作平台示意图”）。若是墩内从底搭设脚手架则钢筋绑扎较为方便，铺上木板后即可施工。

在薄壁空心墩主筋上划出钢筋的位置线，用十字花扣和反十字花扣进行绑扎，绑扎中注意调整主筋的位置，各交叉点用铁丝绑扎结实，必要时亦可点焊焊牢。钢筋骨架绑扎高于6米的时候，钢筋骨架必须采取加固措施，以防止整体倾斜。

施工时需注意以下几点：(1)钢筋主筋不是垂直混凝土面而是沿着墩身坡比方向；(2)严格控制钢筋保护层；(3)钢筋绑扎工序先后顺序可根据墩内是否有脚手架调整顺序。 5.2.5.4混凝土浇注

薄壁空心墩混凝土浇注采用泵送，对混凝土坍落度、和易性要求较高，坍落度控制在160～180mm，要求混凝土搅拌时间1.5～2min。

浇注前，对支架、模板、钢筋和预埋件再进行检查，模板内的杂物、积水和钢筋上的污垢应清理干净。模板如有缝隙，应填塞严密。

浇注混凝土时，底层先铺一层砂浆，然后再分层浇注，混凝土每层浇注厚度不超过40cm，串筒底口距混凝土面高度为1.5m。混凝土振捣采用插入式振动器，移动间距不超过振动器作用半径的1.5倍；与侧模保持50～100mm的距离；插入的深度以棒头长度为准，并且插入下一层的30～50mm，以使分层间结合良好，每一层振动完毕后边振动边徐徐拔出振捣棒；避免振动棒碰撞模板、钢筋及其它预埋件。对每一振动部位，振捣的时间不应小于10s，必须振动到该部位混凝土粗骨料不再下沉，水泥砂浆泛上到表面，振捣部位大致成水平状，拌和物中的气泡不再冒出来止。

在灌注过程中注意模板、支架等支撑情况，设专人检查，如有变形，移位或沉陷应立即停止浇注并校正并加固，处理后方可继续浇注。并随时观察预埋螺栓、预留孔等预埋件位置是否移动，若发现移位时应及时校正。 5.2.5.6拆模 （1）拆除内模

当墩身混凝土强度达到2.5MPa（由实验室确定数据）时内模即可拆除，每层内模拆除从两侧圆端部分开始，最后拆除中间平板，每循环顶层直模拆除后，随即将拉条加设垫片(空心墩内部)并再次拧紧螺母，以保证外模的稳定（见图4“空心墩内模拆除示意图”）。

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（2）拆除外模

拆除墩身外模时用手拉葫芦将下面一节模板与上面一节模板上下挂紧，同时另设两条钢丝绳栓在上下节模板之间。拆除左右和上面的连接螺栓使下节模板脱落。脱模后放松葫芦，使拆下的模板由钢丝绳挂在上节的模板上。再利用塔吊将其吊至其他墩身同高度位置使用，依次方法将下部所有模板拆除（除需要保留的模板）。 5.2.6桥墩墩帽施工

空心墩墩帽施工有两大关键点，第一是墩顶如何封闭，第二是墩帽模板如何支立固定，而钢筋绑扎和混凝土浇注等工序在此不再赘述，只介绍两个关键点相关内容。 5.2.6.1墩顶封闭

空心墩内需设置爬梯，在墩顶封闭前需提前施作。墩顶封闭方式采用预制混凝土盖板。 根据墩顶截面尺寸，按照宽度和长度分别预制矩形块和弧形块将墩顶封闭，预制混凝土板同时作为墩帽底部的施工模板（见图5“混凝土盖板封顶示意图”）。

混凝土盖板可以提前预制，不占用墩帽施工循环时间，减少了高空作业工序和时间。

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图5 混凝土盖板封顶示意图 5.2.6.2墩帽模板固定方式

（1）预留墩身模板固定墩帽模板方式

墩顶最后一个循环拆除模板时可预留两侧直模用于固定墩帽模板，但拆除空心墩内模时需将拉条加设垫板拧紧固定。

（2）利用墩帽抱箍固定墩帽模板方式

为充分利用墩身模板，也可采取抱箍固定墩帽模板方式，以加快墩身外模周转。 5.2.7桥梁支座垫石施工

铁路桥梁支座垫石的施工需严格控制，依据设计图纸计算出垫石坐标（偏角影响较小可以不考虑），在墩帽施工时必须准确定位，便于绑扎垫石钢筋（同墩帽钢筋一同施工）。 桥梁支座若采用支座为盆式橡胶支座，应根据支座型号在垫石上预留锚栓孔，锚栓孔定位要求必须精准，螺栓孔采用PVC管设置预留孔，并用钢筋固定牢固，防止施工过程中产生移位，为便于控制、验收锚栓孔位置是否满足设计要求，按照盆式橡胶支座样式自制一简易模型，该模型中心位置设置定位孔，相应中线的位置设置了四个三角槽，便于和垫石相应中线对齐。

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5.2.8测量定位控制措施

薄壁空心墩测量工作显得尤为重要，经总结完善，采用“六点定位法”法控制墩身外模支立精准度。

“六点定位法”即当墩身施工到一定高度后，根据墩身中心在承台面上的设计坐标和墩身设计的横向及纵向坐标，计算墩身一定高度处断面点1、2、3、4、5、6（直模和弧模、弧模和弧模之间连接处的六个点）的设计坐标并与其设计坐标比较，通过每个点X（横向）、Y（纵向）、H（高程）三个控制要素的偏差值判断是否符合设计要求。若两者之差在±15mm以内，则该点可认为已定位在设计的位置上，否则应根据其ΔX、ΔY、△H对模板进行调整并重新测量其坐标，直到满足要求为止（见图6“六点定位法测设示意图”）。

在对墩身进行三维定位时，应首先确定墩身的施工高度，再根据所测高度计算墩身施工断面进行平面定位。 6、质量控制

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6.1.模板支立，要保证空心段外模位置、标高等符合设计和规范要求，若是不符合设计要求，要反复调整，直到达到要求为止；

6.2.墩身钢筋与墩身内外坡比相对应，而不是与混凝土面垂直，应保证满足坡比要求前提下，达到钢筋保护层的设计要求；

6.3.薄壁空心高墩预埋件数量较多，施工前应建立预埋件台账、确认埋设位置和数量，混凝土浇注前再次核实；

6.4.桥梁支座垫石要保证预留孔位的准确性，同时要保证相邻墩台支座垫石中心之间的距离要和梁体的有效距离一致；

6.5.施工过程中可能出现墩身底部漏浆现象，墩身钢模接缝错位，混凝土局部振捣不均匀，对拉杆孔位混凝土面没有及时修补，部分预埋件位置不精确等，在施工时要全过程监控，加强管理力度； 7、技术应用效果

7.1由于该技术采用常规材料、设备，通过优化模板设计、支架设计和施工组织，做到了设备和模板用量少，减少施工成本的作用，其中根据计算墩身外模经优化后可以节约大约233t，加之内模的优化，大约一共节约190万元。

7.2常规方法施工速度7～8天一个循环，每个循环为4m，而通过改变工艺后每4～5天完成6m，大大提高了施工进度，缩短工期，同时节约大量管理费用。

7.3通过设置内支架，利用常用的脚手架材料，做到了“一架三用”，节省了钢材材料消耗，提高了安全保障力度。

7.4高墩一般是桥梁控制工期的关键部位，所以墩的工期缩短直接带来总工期的缩短，工程提前投入使用，可产生显著的社会经济效益。

7.5利用常规材料、设备，有利于充分利用现有社会资源。减少了能源、材料，模板和支架设计较为简单，施工操作简便，熟练的工人经培训容易掌握，便于推广应用。