高速公路空心薄壁墩翻模模板设计及施工研究

汪 苏 闽

(中铁二十四局集团福建铁路建设有限公司，福建 福州 350013)

高速公路空心薄壁墩翻模模板设计及施工研究

汪 苏 闽

(中铁二十四局集团福建铁路建设有限公司，福建 福州 350013)

以具体工程为例，对各种高速公路空心薄壁高墩施工技术进行了比较，最终选定了翻模施工技术，并通过优化模板设计，改进施工工序，很好地完成了主墩的空心薄壁高墩施工，取得了较好的施工效果。

高速公路，空心薄壁墩，翻模，模板

1 工程概况

福建地处山区，很多地方山高谷深，高速公路很大部分将以桥梁形式通过，同时会出现很多高墩。出于经济性和安全性，很多高墩采用空心薄壁墩方式。而这些空心薄壁高墩，往往是控制工期的关键工程。

朝心岗1号大桥位于京台高速公路福州段JTA3标内的MK111+227.5～MK111+763.5处，桥长536 m。本桥跨越一“V”形深谷，最高桥高达98 m，采用(37+65+37)m刚构连续梁形式跨越。主桥下部主墩为4.5 m×6.75 m钢筋混凝土空心薄壁墩，左右侧薄壁墩中心间距13.25 m，墩高分别为：左幅4号墩64 m，左幅5号墩59 m，右幅4号墩64 m，右幅5号墩58 m。本桥桥址地形复杂，不适于大型机械设备进场。

2 模板方案

目前高墩施工一般采用翻模、滑模和爬模的施工方法。

翻模，采用大模板施工，一般由若干层模板组成一套翻模施工模板，以已经浇筑的墩身作为支撑主体，浇筑混凝土后，最上面的那层模板不拆，拆除下层的模板，用塔吊等工具将其提升至未拆模板的上层，以未拆模板为支撑，循环施工。

滑模，一般由模板系统、平台系统、提升系统及施工控制系统组成。每次浇筑一层约30 cm厚的混凝土，待模板内最下层混凝土达到一定的强度后，提升系统将模板沿着已经浇筑好的混凝土表面向上提升约30 cm，循环施工。

爬模，由模板、爬升架和爬升设备组成，以已经浇筑的墩身为支撑，先浇筑混凝土，待其强度达到要求后，提升爬升架，将其固定，后再拆除模板，将其提升到下一施工部位，二者交替向上爬升，循环施工。

后两者结构整体性较强、机械化程度较高，但是设备需求更大，翻模设备投入相对较小，操作更简单，而且相对来说，混凝土表面质量会更好。因此，根据本工程特点、现场施工条件，以及本单位成熟的施工技术能力，本工程优先选用了翻模施工方案。

根据设计，每套模板分3层，每层高2.25 m。施工时拆除底下2节，采用塔吊提升至上部进行安装，一次性浇筑4.5 m高的混凝土。和模板分2层、每层高度3 m的方案相比，由于每次可以多浇筑1.5 m混凝土，明显更能加快施工进度。和模板分4层、每层高度1.5 m的方案相比，虽然同样每次都可以浇筑4.5 m混凝土，而且模板投入会增大一些，但是后者多了一次拆装的工序，因此施工速度会相对较慢，安全性相对也更差。

3 模板构造

本空心薄壁墩的外形尺寸为4.5 m×6.75 m，为方便施工，侧模板短边采用整体单块模板，而长边采用2块模板拼接，因此外模由6块模板组成。内模由于有倒角，为方便施工，内模分割成10块模板，4个倒角各1块，短边各1块，每个长边分割成2块，见图1。

外模：面板采用6 mm的Q235钢板。长边模板竖肋采用10号槽钢，间距30 cm；横肋采用双根][14号槽钢焊接于模板上。拉杆采用4根精轧螺纹钢，横向间距125 cm，竖向间距75 cm；短边模板背楞采用双根][14号槽钢，拉杆采用1根精轧螺纹钢；法兰采用-16×100扁钢。

内模：面板采用5 mm的Q235钢板。长边模板竖肋用6号槽钢，间距30 cm；横肋采用双根][12号槽钢焊接于模板上。拉杆采用4根精轧螺纹钢，间距125 cm；短边模板背楞为双根][12号槽钢。

4 受力分析

4.1 混凝土侧压力计算

混凝土采用塔吊提升浇筑，振捣方式采用插入式振捣器，混凝土灌注速度取1.5 m/h，一次混凝土浇筑高度为4.5 m，施工气温平均值25 ℃。则所浇筑的混凝土作用于模板的最大侧压力计算公式为：F=0.22γct0β1β2v1/2，hy=F/γc。

其中，F为新浇筑混凝土对模板的最大侧压力，kN/m2；γc为混凝土的重力密度，kN/m3；t0为新浇筑混凝土的初凝时间，h，按10 h来确实计算；v为混凝土的浇筑速度，m/h；H为混凝土侧压力计算位置处至新浇筑混凝土顶面的总高度，m；β1为外加剂影响修正系数，不掺外加剂时取1.0；掺具有缓凝作用的外加剂时取1.2；β2为混凝土坍落度影响修正系数，当坍落度小于100 mm时，取1.10；坍落度不小于100 mm时，取1.15。

安全系数取1.5，则F=93×1.5=139.5 kN/m2。

混凝土侧压力示意图见图2。

4.2 面板的检算

面板由横肋和竖肋支撑，横肋间距75 cm；竖肋间距为30 cm；lx/ly=300/750=0.4，可按双向板计算，其中lx，ly分别为板的短边和长边。

4.2.1 强度验算

选用板区格中三面固定、一面简支的最不利受力情况进行计算：

取1 mm宽的板条作为计算单元，求板的最大弯矩为：

q=F×l=0.139 5×1=0.139 5 N/mm。

Mmax=0.083 6×0.139 5×1×300×300=1 050 N·mm。

面板的截面系数：Wx=1/6bh2=1/6×1×62=6 mm3。

应力为：σmax=Mmax/Wx=1 050/6=175 N/mm2。

则σmax=175 N/mm2

满足要求。

4.2.2 挠度验算

fmax=Kf×F×l4/B0。

F=0.139 5 N/mm2。

B0=Eδ3/12(1-μ2)=2.1×105×63/12×(1-0.32)=41.5×105N·mm。

fmax=0.002 58×0.139 5×3004/(41.5×105)=0.7 mm≤[W]=1 mm。

满足要求。

4.3 竖肋的检算

[10号槽钢参数：Wx=39.7 cm3,Ix=198 cm4,A=12.7 cm2。

4.3.1 强度验算

h=300 mm，L=750 mm。

q=F×h=0.139 5 N/mm2×300 mm=41.85 N/mm。

Mmax=0.125×q×l2=0.125×41.85×1 0002=5 231 250 N·mm。

应力为：σmax=Mmax/(γx×Wx)=5 231 250/(1×39.7×103)=132 N/mm2

满足要求。

4.3.2 挠度验算

竖肋按简支梁计算挠度。

fmax=5ql4/(384EI)=5Fl1l4/(384EI)≤[W]。

fmax=5×0.139 5×300×1 0004/(384×2.1×105×198×104)=1.3 mm≤[W]=2 mm。

满足要求。

4.4 横肋的检算

2×[14号槽钢参数：Wx=161 cm3,Ix=1 127 cm4,A=37.02 cm2。

4.4.1 强度验算

h=750 mm，L=2 023 mm。

q=F×h=0.139 5 N/mm2×750 mm=105 N/mm。

Mmax=0.125×q×l2=0.125×105×2 0232=53 714 443 N·mm。

σmax=Mmax/(γx×Wx)=53 714 443/(1×436×103)=123 N/mm2

满足要求。

4.4.2 挠度验算

背楞为两端带悬臂的连续梁。

fmax=5×105×2 0234/(384×2.1×105×4 788×104) =2.3 mm≤[W]=3 mm。

满足要求。

4.5 拉杆螺栓检算

P=F×A=139 500 N/m2×2.023 m×1 m=311 085 N。

σ=p/A=311 085/(3.14×0.012 52×106)=635 MPa≤[σ]=785 MPa。

满足要求。

5 施工工艺

5.1 施工工序

空心薄壁墩翻模施工工序：施工准备→承台找平→安装实心段模板→浇筑墩身→接长墩身钢筋→安装模板及作业平台→安装揽风绳→分层浇筑墩身混凝土→混凝土养护→下一循环施工→至墩顶设计标高。

5.2 施工要点

5.2.1 控制测量

由于墩身很高，施工节段很多，因此不但要确保墩身位置准确，更要确保墩身的上下垂直度准确，确保误差控制在规范允许的范围。承台施工完后，准确放出墩身的十字线和结构控制线。实心段墩身模板安装好后，重新测量复核模板的安装位置、几何尺寸、中心线及垂直度，确保误差满足规范要求。每施工一节墩身，都要对安装好的模板进行测量复核，直至墩身施工完毕。

5.2.2 钢筋安装

为提高钢筋的利用率，减少钢筋的下脚料，加工墩身钢筋主筋采用9 m长的钢筋，从中间用切割机切断，刚好分成2段4.5 m的钢筋。钢筋全部在钢筋加工场内集中下料加工，运至现场用塔吊提升至墩身工作面安装。主筋采用机械连接施工工艺，施工过程要控制好钢筋的机械连接施工质量。

5.2.3 模板施工

模板在专业厂家进行生产，加工完成后在厂家试拼，待验收合格后方可进场。由于钢模数量较大，进场后要按规定支垫牢固、堆放整齐，避免其产生变形。模板拆装均用塔吊完成。模板安装前应清理干净、涂刷脱模剂。模板在安装好后，测量确定其位置符合设计要求，再进行加固。模板要固定牢固，避免在浇筑混凝土过程中发生胀模、跑模等现象。在施工过程中应经常检查拉杆的螺栓螺帽是否存在滑丝松动现象，如有应该及时更换。

5.2.4 浇筑混凝土

混凝土施工缝要做好凿毛。30 m以下采用泵车浇筑混凝土，30 m以上采用塔吊浇筑混凝土。混凝土在搅拌站拌制，用罐车运送至现场。每层浇筑厚度30 cm，采用插入式振捣器振捣。混凝土浇筑完毕后，要包裹土工布，安装自动喷淋设施，加强养生。

6 结语

经过施工，本桥主墩4个墩身平均施工速度达到了1 m/d，为提前完成墩身施工计划奠定了基础。由此可知，翻模施工是一种技术成熟、成本较低、工期短、操作简单、安全性较高、经济效益较好的可靠施工方法，适用于地形复杂、施工条件困难、大型设备无法进场的高墩工程施工。

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Research on design and construction of highway hollow thin-walled pier rolling over formwork

WANG Su-min

(FujianRailwayConstructionLimitedCompany,ChinaRailway24thBureauGroup,Fuzhou350013,China)

Taking specific project as an example, this paper compared the construction technology of all kind of highway hollow thin-walled pier, finally selected the rolling over construction technology, and by optimizing template design, improving the construction process, well completion of the hollow thin-walled high pier construction of main pier, obtained better construction effect.

highway, hollow thin-walled pier, rolling over, template

1009-6825(2014)13-0179-03

2014-02-21

汪苏闽(1975- )，男，工程师

U445

A