空心薄壁墩身施工方案

空心薄壁墩施工专项方案

1、概述

1.1、工程概况

茨坪脚大桥位于都匀市小围寨镇，是厦蓉高速格都段BT23标段的一个主控工程项目，全桥共21个墩台。上部结构采用50米预应力混凝土连续T梁。最大桥高93.6m。下部结构采用分离式矩形薄壁空心墩、柱式墩、桩基础，柱式桥台、桩基础，重力式桥台、扩大基础。桥梁全长786m。

空心薄壁墩截面尺寸：4#为700×350cm、5—8#和9# 右半幅为700×400cm、9#左半幅为900×400cm。10#左半幅为1100×350cm。10#右半幅为700×350cm 空心薄壁墩墩高：4#为54m；5#为73m；6#为82m；7#为81m；8#为76m；9#为69m；10#为53m。

所有空心薄壁墩墩身起步为1m高的实心段，而后纵横向壁厚均为100～50cm，高为3m渐变段过度到标准节段至纵横向壁厚均为50 cm，内设20×20cm倒角。墩顶同样设高为3m，纵横向壁厚均为50～100cm渐变段后封顶，封顶混凝土厚为50cm。混凝土标号为C40。

下图为7#墩身截面构造平面图及施工节段划分图、爬梯示意图：

图1.1 墩身节段划分及爬梯示意图

本桥空心薄壁墩墩受力主筋均采用直径28mm 的Ⅱ级钢筋，墩身受力主筋伸入承台混凝土中2.0m 。箍筋均采用直径12 mm 的Ⅱ级钢筋，距离墩底5.9m 和墩顶3.9m 范围

内沿墩高间距10 cm一道，其他范围20 cm一道。为避免墩身的收缩及温度裂缝，在墩身外侧混凝土保护层中，贴近最外层钢筋放置一层8mm网格间距为10×10cm的带肋钢筋焊网。

空心薄壁墩墩身施工均采用爬模施工。共拟投入六套爬模，即三个墩六个墩柱的模板。按7#、8#、10# →9#、5#、6#→4#依次施工。7#、8#、10#墩墩身施工拟在2008年11-2009年2月期间进行; 5#、6#、9#墩墩身拟在2009年1月－2009年5月期间进行;4#墩墩身拟在2009年4-6月期间进行。

墩身第一节浇注高度为4.6m，而后每节浇注高度为4.5m，在墩顶处进行部分调整。7#墩身施工节段见上图。

1.2、气象条件

桥址位于亚热带季风温湿气候区，夏长冬短，四季分明，夏无酷暑，东无严寒。

路线所跨河流的洪水成因主要为暴雨，系雨源型河流。区域内降雨量充沛，河流洪水暴涨暴落，洪峰历时短，来势猛，涨落迅速，洪枯水位变幅大。夏秋两季易形成洪水，滑坡，崩塌等自然灾害。

年平均气温15.9度，极端最高气温34.4度，极端最低气温-7.9度。年均无霜气294天，年均冰冻期7天。年均降水1448.1毫米，多集中在5-8月。

因本桥薄壁空心墩施工投入两台塔吊（F023B型和5013型），施工时周转使用，总体施工时间较长，施工期间受雨水自然气象因素影响不大，考虑到极端低气温施工，有必要做好冬期施工防冻措施。

2、施工工艺及方法

2.1、总体施工工艺

4#-10#墩身施工主要采用爬模系统，按每4.5m高标准节段进行施工。钢筋主筋采用墩粗直螺纹连接，每次接长为9m。爬模架体、钢筋、内模及其它小型材料采用一台120t.m塔吊进行垂直方向运输。混凝土搅拌采用75型拌合站，通过80型高压拖泵将混凝土垂直运输至墩身浇注节内。施工人员通过墩身侧面安装简易爬梯上下墩身。封顶段

按两次施工，先施工墩身（注意预埋盖梁施工埋件）再施工顶板。在顶板留人孔便于墩身内空支架拆除用，而后吊模封堵人孔。

2.2、总体施工流程

承台施工完毕后，在承台上两柱间安装塔吊，接长钢筋并绑扎施工，埋设爬架预埋件及临时施工预埋件（爬梯），立内、外模进行墩身首节段4.6m施工。在首节段混凝土达到强度后内、外脱模，塔吊辅助吊装爬架系统并与首节段预先埋设爬架预埋件连接固定，作为外模第二节施工支撑架。安装墩身第二节内模施工平台，绑扎钢筋并预埋第三节墩身施工爬架预埋件，立内、外模进行第二节段混凝土灌注。在混凝土达到一定强度后内、外脱模，按照第二节段施工工序作业流程进行第三节段墩身施工，同时安装支撑架下方的吊平台后将完成爬架系统安装。第三节段墩身施工时，将进行第一节段墩身爬梯施工。

而后进入正常整体爬架及内模施工平台两项提升、钢筋接长、预埋件安装、关模、混凝土灌注、脱模等工序，直至完成整个墩身施工。墩顶采用在墩身内侧壁埋设预埋件，安装牛腿，铺设底模进行施工。墩顶预留80㎝×80㎝通孔作为底模及支架拆除用。

墩身施工工艺流程见图：2.1。

图2.1 墩身总体施工流程图

爬模系统主要由以下部件组成：模板、上平台、主背楞桁架、斜撑、后移装置、受力三角架、主平台、吊平台、埋件系统,一榀支架作为一个单元块。垂直运输和模板提升辅以塔吊解决。

爬模总体构造见图：2.2。

图2.2 爬模总体构造图（单位：厘米）

2.3、塔机安装

墩身施工所用爬架、小型机具及钢筋等材料通过F023B型125t.m附墙式自动顶升降塔身式塔机进行垂直运输。现场共投入二台塔吊周转使用，在墩身正式施工前，必须完成该塔机的安装。

塔机通过钢筋混凝土基础上的地脚螺栓进行固定，安装位置位于两塔柱之间。根据塔吊自身特性，作业在自由高度59m内可不需附墙。但考虑到7#、8#墩墩身施工共用一台塔吊，为施工安全，现确定塔吊提升50m高时开始首次附着。考虑到塔吊作业空间，在距墩身施工高度15m左右附着第一道（墩身第八节段）；在墩身施工高度65m（墩身第十五节段）附着第二道。附着共两道。

在各项准备工作就绪后，进行墩身施工。

2.4、墩身首节施工

墩身首节高度为4.6m，最下面1m为实心段，其上3.6m为变截面空心段过度到标准截面空心段。墩身首节的作用在于给爬模的安装创造有利条件。

（1）支架搭设

首节支架搭设采用Ф48×3mm脚手管，支架搭设间距为120cm×120cm×120cm，沿墩身外围四周搭设三排，主要用以临时固定接长钢筋及起始段模板，并为模板支、拆及安装爬模搭设简易操作平台之用。

（2）钢筋

墩身竖向钢筋主筋拟采用6m定尺，上下主筋竖向连接采用镦粗直螺纹进行连接，接头数量为同一断面钢筋总数量的50%。上、下接头断面错开1.5m。水平环向钢筋采用手工单面搭接焊，搭接长度为10d。

钢筋绑扎时先接长内、外层主筋，接长时内、外层按同一方向同时进行。接长的钢筋上端采用临时定位框固定于支架上。主筋接长完毕后，进行环向水平钢筋绑扎，形成整体钢筋骨架。

（3）劲性骨架

高墩施工中，主筋不需截断使用，柔性非常的大，定位比较困难，再加上施工风荷

载较大时或施工人员高空行走时会带来很多不安全的因素，另一方面，高空中安装模板需要有可靠的固定，以方便测量，模板安装及施工中注意考虑对钢筋的固定措施，为此，大桥的高墩身施工中增加了劲性骨架，桥墩纵向、横向、斜向分别采用∠125×125×12、∠100×100×10、∠75×75×7角钢制作劲性骨架。在劲性骨架施工中，要求骨架平直，焊接牢固，骨架加工误差要求控制在5mm以内。由于劲性骨架在施工中又起定位作用，所以安装劲性骨架时，在每节劲性骨架四角焊一块测量用角钢，并对劲性骨架进行严格安装，最重要求位置准确，垂直，焊接牢固。绝不可因为它是辅助工艺而掉以轻心。劲性骨架第一节直接焊接在承台劲性骨架预埋筋上，第二节劲性骨架直接焊接在第一节上，依此类推。

（4）模板

在各薄壁墩墩身正式施工前必须完成墩身爬模结构设计及加工制作。

在1m高以上的空心段部分，内模采用组合钢模拼装成型，用[10a槽钢作背带。20×20变截倒角采用3㎜钢板特制成模。墩身底部实心段采用钢板压模。

空心段模板采用Ф20对拉螺杆承受混凝土浇筑时的侧压力，实心段采用Ф28螺纹钢筋作为对拉螺杆。

首节段模板安装前用铝合金条作靠尺，在墩身轮廓线内设置水泥砂浆带，防止漏浆。模板下用木板调平。脱模剂选用精炼植物油或按机油：柴油=1：1配比调用。

1、模板结构

本桥采用的木翻模结构合理，标准化程度高。单块模板面板(维萨板)与竖肋采用自攻螺丝和地板钉连接。竖肋由木工字梁组成，采用特制材料，遇水不变形，强度高于普通木材。竖肋与横肋(2[14双槽钢背楞)采用连接爪连接，在竖肋上两侧对称设置两个吊钩。两块模板之间采用芯带连接，用芯带销固定，从而保证模板的整体性，使模板受力更加合理、可靠。每套模板设计为装卸式，拼装方便，在一定的范围内能拼装成各种大小的模板。

木模单块模板构造如图2.3所示。

图 2.3 墩身外模板构造如图

2、外模板质量要求：

板面对角线误差值小于3．0 mm ；相邻模板高低差±0．5 mm ，两块模板拼缝间隙±0．5mm ；板面平整度±0．5 mm ，模板局部变形不大于1．0 mm ；21 mm 厚的维萨板倒用次数不少于50次。

3、外模板验算

根据混凝土作用于模板的侧压力，验算面板强度和挠度、木工字梁强度和挠度、面板与木工字梁的组合挠度。验算依据《公路桥涵施工技术规范》(JTJ 041—2000)和《公路桥涵钢结构及木结构设计规范》(JTJ 025—86)进行：

a.侧压力计算：

混凝土作用于模板的侧压力,根据测定，随混凝土的浇注高度而增加，当浇筑高度达到某一临界时，侧压力就不再增加，此时的侧压力即为混凝土的最大侧压力。侧压力达到最大值的浇筑高度称为混凝土的有效压头，通过理论和实践，可按下列两式计算，并取最小值：

1/2c 0.22F 012γt ββV

c F H γ=

式中：F ——新浇筑混凝土对模板的最大侧压力（KN/m 3） c γ——混凝土的重力密度（KN/m 3）取25KN/m 3

0t ——新浇注混凝土的初凝时间（h ），可按实测确定，当缺乏试验资料时，可采用200(15)t T =

+计算，200

5(2515)

t =

=+ T ——混凝土的温度（°）取25° V ——混凝土的浇灌速度（m/h ）;取2m/h

H ——混凝土侧压力计算位置处至新浇混凝土顶面的总高度（m ）;取4.5m 。

1β——外加剂影响修正系数，不掺外加剂时取1

2β——混凝土坍落度影响系数，当坍落度小于30mm 时，取0.85，50—90mm 时，取1, 100—150mm 时，取1.15.取1

1/2c 0.22F =012γt ββV

1/22

0.2225511238.9/KN m

=?????=

c F H γ=

225 4.5112.5/KN m =?=

取两者中的最小值，F=38.9KN/m 2作为模板侧压力的标准值，并考虑倾倒混凝土产生的水平荷载标准值4KN/m 2,分别取荷载分项系数1.2和1.4，则作用于模板的总荷载设计值为：

238.9 1.24 1.452.3/q KN m =?+?=

b.面板验算

将面板视为两边支撑在木工字梁上的多跨连续板计算，面板长度取标准板板长2440mm ，板宽b=1000mm ，面板为21mm 厚胶合板，木梁间距为L=280mm.

c.强度验算

26max 22436422max 2

35/10(52.3280280)/100.4110.1/6b 1/61000217.3510/W=0.4110/7.3510 5.58/13/13/1010/m m M ql N mm W h mm N mm f N mm f N mm E N m σ==??=?==??=???=<=--??面板最大弯矩：面板的截面系数：应力：=M 故满足要求

其中：木材抗弯强度设计值，取弹性模量，木材取9.5，钢材取2.12m

d.刚度验算

刚度验算采用标准荷载，同时不考虑震动荷载的影响，则：

238.9138.9/m q KN =?=

模板挠度由式

4442/15038.9280/(1509.5100077.210)

q l EI ω==?????

0.22[]280/4000.7mm ω=<==

故满足要求。

面板截面惯性矩：3344/12100021/1277.210I bh mm ==?=? e.木工字梁验算：

木工字梁作为竖肋支撑在横向背楞上，可作为支撑在横向背楞上的连续梁计算，其跨距等于横向背楞的间距最大为L=1350mm 。

木工字梁上的荷载为：352.80.2814.67/q FI N mm ==?= F —混凝土侧压力

L —木工字梁之间的水平距离 f.强度验算

最大弯矩26max 30.10.114.6713501350 2.6810.M q l N mm ==???=? 木工字梁系数：

33

(1/6)(b)W H BH B h ??=?--??

3342

(1/6200)80200(8030)12046.110mm ??=???--?=???

应力：6422max / 2.6810/46.110 5.8/13/m M W N mm f N mm σ==??=<= 满足要求

木工字梁截面惯性矩：

333364

1/12(b)1/1280200(8030)12046.110I BH B h mm ????=?--=??--?=?????

g.挠度验算： 悬臂部分挠度：

[]44361/810.89500/(89.51046.110)0.191ql EI mm mm ωω==?????=<=

[]ω—容许挠度， []/500,500L L mm ω==

4211(524)/384q q EI ωλ=?-

[]423610.891350(5240.37)/(3849.51046.110)0.37 3.375mm mm ω=??-?????=<=[]

ω—容许挠度，

[]/400,1350L L mm ω==

138.90.28010.89/q N mm =?=

λ-悬臂部分长度与跨中部分长度之比，12/l l λ=

面板，木工字梁的组合挠度为：

0.220.370.593mm mm ω=+=<

满足施工对模板质量的要求。 4、内模板验算

内模板采用可拆式组合钢模板，背楞采用[10a 槽钢，间距50㎝；围檩为2[10a 槽钢，间距根据外模对拉螺杆间距匹配。最大为L=1350mm 。

作用于模板的总荷载设计值为：

238.9 1.24 1.452.3/F KN m =?+?=

a. 背楞[10a 槽钢强度验算：

[10a 槽钢上的荷载为：152.30.526.15/q FI N mm ==?=

最大弯矩26max 10.10.126.1513501350 4.7610.M q l N mm ==???=? 应力：6422max / 4.7610/3.9410120/215/M W N mm f N mm σ==??=<= 满足要求

b.[10a 槽钢挠度验算：

[]44515/384526.151350/(384 2.1101983000) 2.7 3.4q l EI mm mm ωω==?????=<=

满足要求

c.外横带2[10a 强度验算

2[10a 槽钢上的荷载为：252.3 1.3570.6/q FI N mm ==?= 最大弯矩26max 20.10.170.6115011509.3410.M q l N mm ==???=?

应力：6422max /9.3410/3.94102118/215/M W N mm f N mm σ==???=<= 满足要求

d.2[10a 槽钢挠度验算：

[]44525/384570.61150/(384 2.11019830002) 1.9 2.9q l EI mm mm ωω==??????=<=

满足要求

首节4.6m 内模变截段组拼模板图见图：2.4

图 2.4 墩身内模变截段模板图墩身模板平面示意图见图：2.5

图 2.5 墩身模板示意图

5、模板支架

移动模板支架由型钢通过销轴及螺栓连接，组成一个可拆装式的三角稳定支撑体系。主要构件有：竖围檩、横梁、可调撑杆及实现支架移动的齿轮齿条等。

移动模板支架在浇注混凝土时安装和支撑模板，并承受部分混凝土侧压力。混凝土浇筑完毕后，通过支架上齿轮条带动固定在支架上的模板整体脱模，并可让出足够空间，进行模板维护工作。

移动模板支架见图：2.6。

木工字形梁

维萨面板

移动模板支架

图2.6 移动模板支架示意图

6、吊平台

吊平台由吊杆、横梁及爬梯组成。所有部件均为拼装构件，采用螺栓和销轴连接。共一层，主要供爬升装置操作，锚锥的拆除，墩身混凝土表面修饰。

（5）墩身埋件

1、在首节混凝土中埋设爬模爬升装置中的锚锥。

锚锥主要由伞形头、内连杆、锥形接头及高强螺栓等组成，是整个自爬模系统的最终承力结构。锚锥通过堵头螺栓固定在外组合模板上，在关模后浇注混凝土时将其埋入混凝土中。脱模时拆下对拉螺杆及堵头螺栓，拉模板脱离混凝土面，安装连接螺栓。锚

外模挂架高度预埋见（卓良模板设计说明书）。

2、塔吊附墙在墩身同一水平面上预埋两块δ=20mm，长宽30×25㎝钢板。（注

明：塔吊墩身附墙与爬梯、泵管预埋件不同一个墩身）

3、以承台顶面为基准面，首段每隔2.35米高预埋两排间距为60㎝，每排四根

共八根φ25长度为35cm的螺纹钢连接套筒作为爬梯预埋件。

4、以承台顶面为基准面提高1m开始预埋两根φ25长度为15cm的螺纹钢连接

套筒作为混凝土输送泵管预埋件高度（考虑弯头连接泵管）。之后每隔3m高预埋一次。

图2.8 爬梯与泵管预埋尺寸图（单位：厘米）

5、墩身内外模拉杆孔预埋长50㎝，?3.2㎝PVC套管，高度见外模施工设计图。

6、墩顶节段内外侧预埋钢板埋件作为墩身顶板及盖梁施工。

7、在空心薄壁墩底四周中心预埋四个φ50mm PVC管通作为排水孔。墩身φ5㎝通气孔在长边侧方向从承台顶面为基准面抬高5m为第一层；之后每2m设一层φ5㎝通气孔。短边侧方向不设通气孔。每层通气孔布置尺寸如下：

图2.9 墩身通气孔尺寸布置图（单位：厘米）

（6）混凝土施工

首节混凝土方量约为76m3。采用1台75m3/h搅和站，每小时实际拌和能力为25-30m3/h。混凝土运输采用泵送入仓，泵管最前一节采用塑料软管，便于布料。

混凝土浇注时先浇注实心段部分，实心段混凝土采用分层浇筑，分层厚度为30cm，上、下层前后浇注距离保持1.50m以上。

混凝土振捣采用Ф50型插入式振捣器进行振捣。振捣时严格按照混凝土操作规程进行操作。空心段部分进行分层循环浇筑，分层厚度为30cm。

墩身混凝土在达到2.5MPa后可以进行脱模，脱模后在混凝土表面喷洒养护剂及洒水进行养护。

在高墩混凝土浇筑中，布管很关键，它不仅影响到泵的性能发挥，还对混凝土输送管道的磨损速度，泵的使用寿命和安全操作有很大影响。通过工程实践，在高墩身施工泵送混凝土输送管道布设时，要注意：

1、水平输送管道。要注意将泵管经常转一个位置或移动到垂直部分使用。

2、在泵的出口处一定要加设管道固定设施，并经常紧固，这样可减少来自泵源的振动。在垂直管与水平管相连的弯管上，为增加弯管的承载力，避免弯管在作业过程中被折断，一定要加设混凝土墩。

3、垂直管道和水平管道都要加设固定卡带，并与建筑体或临时固定设施相连，这样混泥土在管道中运行时产生的振动会被建筑体吸收，从而减小了管道振动。固定卡间距以水平向每三节泵管设一个为宜，竖直方向一般固定与墩身，以3m间距为宜。水平泵管要注意把墩身下泵管架高，高度大于拖泵的位置，这样在洗管时反泵可以彻底清除泵管内的“残余”。

4、在泵送时，如果停泵时间过长，重新泵送时应先反泵几次，然后正泵，以免

裙阀里的混凝土砂浆会被反压到料斗里，从而使裙阀里的砂浆含量过低，导致堵管现象。

2.5、爬架安装

爬架安装主要是分两部分进行，第一部分在墩身首节混凝土浇筑后安装承重架及移动模板支架部分为第二节段墩身施工作准备;第二部分系在第二节段混凝土浇筑完后并满足强度要求时拆除外模、提升爬架与第二节段锚锥预埋件连接固定，同时安装吊平台。整个爬架的安装在125t.m塔机配合下完成。

爬模各散件在工厂制作完毕后，运抵施工现场进行预拼装。将各散件在拼装场地拼装成单元部件，并对各部件的功能进行检查和调试，发现问题及时与设计、制作方联系进行更正。

（1）首节混凝土浇筑后的安装

在首节混凝土浇筑后爬模安装的部件主要是保证第二节段混凝土浇筑所必须的部件，按照安装顺序分为锚锥连接、承重架、三脚撑架、移动模板支架、外模板及上挑架。

用塔吊作辅助机具，脱开首节混凝土内、外模板，并吊出。在混凝土脱模后强度达到20MPa后，通过连接螺栓将锚板安装在预埋的锚锥上，挂上锚靴，安装单片承重架，然后在承重架上安放主梁，进行移动模板支架及上爬架及分配梁的安装，并铺设木面板，形成平台。最后进行内、外模板的安装并调整到位，并在内外模板上安装下一节段预埋锚锥，浇筑第二节段混凝土。其中内模板支撑在预埋的内侧锚锥上。

爬架第一步安装见图：2.10。

图2.10第一步安装：锚锥连接、承重架、移动模板支架、模板、上挑架安装（2）爬模系统压载试验

在爬模系统安装完成后，需对整个系统进行压载试验，以确保在墩身施工过程中爬模系统的安全。

墩身爬模系统现场施工设计最大荷载为40 t，单面爬架设计最大荷载为10 t，按爬架提升单元设计垂直提升最大荷载1.3倍安全系数即13 t进行压载试验。

压载方法：采取爬模系统单面爬架逐个试压的方法进行压载。预先准备13 t沙袋，在爬模系统安装完成后，按爬模单层爬架设计荷载进行堆载。在堆载过程中随时观察爬架各个主要受力部位预贴应变片的应力变化情况。全部荷载13 t堆载完毕后，稳载10分钟，再卸载，进行下一面爬架系统压载试验。在压载试验全过程中，需专人负责检测、记录应变片受力情况。

全部爬架系统压载试验完成后，根据试验结果在确保爬模系统满足施工需要的情况