现浇钢筋混凝土空间异形斜墩施工技术研究

杜建华，沈红云，冀文英

(1.石家庄铁路职业技术学院，河北石家庄050041;2.河北交通职业技术学院，河北石家庄050035; 3.北方工程设计研究院有限公司，河北石家庄050011)

现浇钢筋混凝土空间异形斜墩施工技术研究

杜建华1，沈红云2，冀文英3

(1.石家庄铁路职业技术学院，河北石家庄050041;2.河北交通职业技术学院，河北石家庄050035; 3.北方工程设计研究院有限公司，河北石家庄050011)

天津开发区西区冬旭路跨京津塘高速桥梁为空间异形斜墩桥梁，其建筑造型独特，结构形式复杂，是国内首次使用，施工难度大。本文主要针对施工质量控制重点——空间异形斜墩在施工中遇到的空间测量定位、扭曲面钢筋定位、模板加工安装、高强度钢棒张拉等问题进行了分析。实践证明，所采用的施工技术是可行的，可供同类工程参考。

异形斜墩 空间测量 钢筋定位 钢棒张拉

1 工程概况

天津开发区西区冬旭路跨京津塘高速桥梁是开发区西区重要的交通枢纽。该桥长度为669.94 m，公路桥轴线和分孔线与道路设计线法线斜交，斜交角度-16°。该桥造型独特、结构形式复杂，是天津市首座空间异形斜墩桥梁，在国内也非常罕见。该桥有144根空间异形斜墩，墩身类型有10种。斜墩底面为不规则四边形，斜墩顶面为平行四边形，因此斜墩的3个侧面为平面，1个侧面是扭曲面，为空间异形斜墩。斜墩长度约为9 m，墩身在横桥向和纵桥向皆倾斜，斜向倾角达61.1°～67.8°，墩柱断面约1.5 m×2.0 m。墩身下部设置纵桥向底梁连接墩身，墩身顶部在横桥向设有墩顶横梁、在纵桥向采用高强度钢棒作为拉杆(图1)。这种结构形式的空间异形斜墩的施工属国内首次。

图1 空间异形斜墩

2 空间异形斜墩施工难点

该桥是天津市的重要景观桥梁之一，对其外观质量要求较高。经过分析施工中存在的难点主要有:①平面线位及空间线位的施测难度大。②空间异形斜墩扭曲面钢筋定位难度大。在施工中要精确控制斜墩扭曲面钢筋定位，使绑扎好的钢筋形成平顺圆滑的扭曲面。③空间异形斜墩扭曲面模板加工难度大。要使斜墩混凝土表面平滑，对扭曲面模板加工精度要求高。④墩顶高强钢棒张拉施工工艺选择及张拉应力控制难度大。设计中未考虑使用千斤顶进行张拉，使用千斤顶也无反力装置，需要研究简便实用的张拉方法。

3 施工过程

异形斜墩的施工过程:①施测承台平面线位及空间线位。②安设承台钢筋。③搭设用于斜墩顶空间位置测量、绑扎安装斜墩钢筋骨架的支架。④施测斜墩顶面、底面空间位置。⑤在斜墩顶(平行四边形)与斜墩底(不规则四边形)通过拉线定出斜墩的外轮廓线。⑥将柱顶平行四边形和柱底的不规则四边形按照保护层厚度要求向内侧偏移，按照图纸设计的钢筋间距进行标记。⑦拉出钢筋线，定出每根钢筋的位置和倾斜角度，并进行斜墩钢筋绑扎、测量、调整、固定。⑧支立承台模板、浇筑承台混凝土并养护。⑨拆除用于斜墩顶空间位置测量、绑扎安装斜墩钢筋骨架的支架。⑩搭设用于安装斜墩模板和浇筑混凝土的支架，安装斜墩侧面平面模板，再安装扭曲面模板;安装墩底横梁钢筋和模板;墩顶对角侧安装高强钢棒预埋件;横桥向预埋墩顶横梁钢筋;斜墩和墩底横梁模板测量、调整、固定、加固。⑪浇筑底横梁和斜墩混凝土、养护、拆模。⑫搭设支架，安装高强钢棒并张拉，同时监测钢棒拉力。⑬绑扎墩顶横梁钢筋、安装模板。⑭浇筑墩顶横梁混凝土并养护。

4 空间异形斜墩施工关键技术

4.1 平面线位及空间线位的施测

斜墩为不规则形状，空间定位、外形控制是决定施工质量的先决条件。经过分析，采用以下步骤保证平面线位及空间线位的施测精度:①用CAD软件绘制斜墩三维立体模型，研究斜墩各截面实际样式。②根据三维模型标注变截面控制点，计算控制点空间坐标。③选定一斜墩进行线下模拟试验。在一平整地面用全站仪测量出斜墩底面及顶面各角点，搭设脚手架，依据在地面放出的顶面控制点及相对高程，将顶面控制点引至空间相应位置，根据上下各点关系，拉线做出斜墩大体样式。将各变截面控制点精确定位。④对线下模拟试验实施过程进行总结，用以指导现场实际测量放样。⑤现场模板支立完成后对各主要控制点进行复测，并在混凝土施工过程中进行监测。⑥施工期间进行工后变形监测。

4.2 扭曲面钢筋定位

1)定位难点

空间异形墩有4个侧面，2个为平行四边形，1个为梯形，还有1个为扭曲面。在钢筋施工图中，纵向钢筋在每个面的数量并没有变化，因此平行四边形侧面的钢筋倾斜角度和长度是相同的，定位要容易些。但是，梯形侧面和扭曲侧面的钢筋倾斜角度和长度是不断变化的，定位比较复杂。

2)钢筋安装

异形斜墩采用直径为32 mm的螺纹钢，预埋钢筋在承台施工完成后可调性差，为保证斜墩混凝土保护层厚度，预埋钢筋位置必须准确。在浇筑承台混凝土前预埋墩柱钢筋。预埋钢筋前先测量放线，搭设脚手架，根据放样结果拉线做出斜墩样式，根据线形及设计保护层厚度预埋墩柱钢筋，主筋内侧做环箍及斜撑，确保钢筋不弯折、偏移。斜墩钢筋预埋完成后，搭设支架、揽风绳进行固定。在承台模板外侧做测量基准点，承台混凝土施工中对斜墩预埋钢筋位置进行检测，若斜墩钢筋有移位现象，立即停止承台混凝土施工，对斜墩钢筋位置进行纠正。在钢筋安装时，可以按照设计长度整根安装固定，也可以先安装斜墩底一定长度，然后再用机械连接方式接长。

斜墩绑扎箍筋的施工工艺:绑扎斜墩箍筋时应先在一根斜墩主筋上划出箍筋间距线，然后按照间距1 500 mm左右绑一个箍筋，形成钢筋骨架后根据此线再画间距线，这样便于控制箍筋绑扎的平整度。绑扎斜墩箍筋时注意箍筋编号和斜墩的变化方式，以免用错箍筋。绑扎成型的斜墩钢筋骨架如图2所示。

图2 空间异形斜墩钢筋骨架

4.3 模板加工及安装

4.3.1 斜墩特点

对于斜墩施工，质量控制的关键在于对模板的控制。模板的设计施工质量决定混凝土外观质量及斜墩成品位置准确程度，因此需认真研究模板方案。斜墩在支护体系上，既应将其视为水平构件，又应视为竖直构件。在斜墩下的支撑体系，按照水平构件支撑，底模需待混凝土强度达到100%以上时方可拆除;顶模可按照墩模(竖直构件)进行支撑，以便控制斜墩的稳定性。

4.3.2 斜墩模板安装工艺流程

工艺流程:模板加工→承台上弹线→搭设外围整体支撑架→安装平面底模→安装两平面顶模→安装扭面底模→自下而上安装柱箍并安装底面模板斜撑→预检→浇筑混凝土时钢筋模板的复查→拆模→模板清理。

4.3.3 斜墩模板加工与安装

1)模板选用。墩柱为异形，模板通用性极差。如采用钢模板，对生产厂家要求很高，模板加工难度大，且模板通用性差，不利于连续施工。根据工程特点，墩柱模板采用木模板，面板采用2.8 cm厚大块竹胶板以加强面板刚度(图3(a))。

2)模板加工。根据断面尺寸，平面选用大块竹胶板，模板后背肋采用10 cm×10 cm木枋，木枋使用前进行抛光，尽量选用大小一样的木枋，防止背肋受力不均造成模板不规则变形。模板接缝做到平整，拼缝内侧防水胶条挤压密实，防止漏浆。对于扭曲面模板，在加工前利用空间CAD技术，将扭曲面展开成平面，根据展开面尺寸准确加工扭曲面模板。

3)模板环箍。为保证斜墩美观，模板内不做对拉杆，在模板外侧用环箍固定。用2根高180 mm槽钢和M16对拉螺栓于斜墩两边竖向木枋外按柱截面尺寸夹牢固，每环箍互为置换方向紧贴设置，环箍竖向间距6 m高以下每300 mm一道，6 m高以上每500 mm一道，用以加强模板的水平刚度(图3(b))。

图3 斜墩现场模板及环箍示意

4)模板加固。在柱模板吊装到位后，用φ48×3.5 mm钢管四向斜撑顶牢柱模。斜撑与地面成60°夹角;斜撑顶部支垫方木，模板坐落在方木上，方便模板加固。

5)倒角设置。桥墩墩身与承台相交面角度小于90°的位置，皆设置20 cm的倒角，并设置倒角钢筋;桥墩墩身设置2 cm的倒角以方便拆模。模板制作完成后，在模板内侧加塞板条作为倒角，在外侧用钢钉连接加固。

6)模板拼装。单片模板采用宽边压窄边的方式，柱模安装前在模板边线外2 mm粘贴海绵条进行密封。用汽车吊吊装柱模板，并临时固定。自下而上安装柱箍，利用线垂和全站仪沿纵横两个方向控制和测设柱的轴线，并进行多次测设、复核、校正。现场根据墩柱倾角加工靠尺，作为粗支模板依据，然后通过全站仪打点测距，计算轴线位置是否符合要求。

7)保护层垫块设置。采用长条曲面形砂浆垫块，曲面向下放置，平面向上作为钢筋支承面。

4.4 高强钢棒张拉

4.4.1 千斤顶张拉存在的问题

由于一个承台上的两个斜墩倾斜方向相反，斜墩受荷后墩底截面会产生很大的弯矩，会使墩底截面开裂破坏。因此设计时，在桥梁纵向设置了高强度钢棒用于平衡墩底弯矩。由于设计中未设计千斤顶张拉用的端面，并且高强度钢棒也未完全从斜墩内部穿过，因此在现场无法采用传统的千斤顶张拉。

4.4.2 高强钢棒张拉解决办法

经过反复研究，决定采用倒链将一个承台上的两个斜墩顶部套住，通过手拉倒链让两斜墩发生相对位移，边拉倒链边紧固高强度钢棒的丝扣。由于高强度钢棒的刚度与对拉斜墩的刚度不同，因此在施工时必须连续监测高强度钢棒内拉力，保证松开后钢棒拉力符合设计要求。由于高强度钢棒长度大、自重较大，在自重作用下的非线性变形很大，不易张拉紧固，因此在张拉钢棒下方用支架搭设了张拉平台。

4.4.3 高强钢棒张拉流程

斜墩施工时在墩顶预埋钢棒连接头→等待斜墩、墩底横梁强度达到设计要求→搭设用以张拉钢棒的支架→安装高强钢棒→利用倒链葫芦对拉两个斜墩→边对拉、边紧固高强钢棒、边监测钢棒拉力→钢棒符合设计要求后放松倒链，观察钢棒拉力变化→调整倒链松紧，使倒链完全放松后钢棒拉力值符合设计要求→锚固→张拉完毕。

5 结语

在天津开发区西区冬旭路跨京津塘高速桥梁施工中，探索并应用了新的空间异形斜向带扭曲面斜墩施工工艺，解决了空间测量施工、扭曲面模板制作安装、异形柱钢筋定位、高强钢棒张拉等技术难题，节约了工时及临时支撑材料。成品斜墩混凝土表面平整度控制在2 mm以内，异形斜墩表面平滑、棱角直顺、空间定位准确，混凝土的外观质量优良，达到了预期的施工目的，取得了良好的社会效益及经济效益。异形斜墩施工中形成的施工方法对类似工程施工具有参考价值。

［1］邢厚俊.双铰型上承式钢筋混凝土拱桥斜立柱混凝土施工技术［J］.铁道建筑，2006(4):4-6.

［2］黄大健.天津市新建的具有独特风格的桥梁［J］.中国勘察设计，2009(10):64-70.

［3］戴志杰，王伟良.双层高架桥Y型墩台立柱施工技术［J］.建筑施工，2004，26(6):516-518.

［4］向科.大蒸港弯曲纺锤形钢主塔施工技术［J］.铁道建筑，2013(5):32-34.

(责任审编李付军)

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年河北省高等学校科学技术研究项目(Z2013092)。

杜建华(1979—)男，河北石家庄人，副教授，硕士。