空心混凝土变截面斜塔翻模式施工技术

葛立敏,赖浩明,何丹勇

(浙江金能建设有限公司,浙江 宁波 315700)

空心混凝土变截面斜塔翻模式施工技术

葛立敏,赖浩明,何丹勇

(浙江金能建设有限公司,浙江 宁波 315700)

介绍了空心混凝土变截面斜塔应用翻模式施工的技术特点和工艺原理,以及施工工艺流程和操作要点,质量安全技术措施,其关键技术是附墙承重的钢竖楞与其附墙锚栓,起到“承上倚下”的荷载传递作用。最后介绍适用范围及经济效益,供同行参考。

空心混凝土斜塔；翻模；施工

1 概 述

随着国家经济建设的持续发展,尤其是市政交通等基础设施的广泛建设,各种型式的桥梁工程普遍兴建。桥梁工程中的斜拉桥均需先行施工混凝土桥塔,用于挂住吊索支承桥面板,而随着桥塔两侧桥面板的跨度不同,往往将桥塔设计成空心混凝土锥形变截面斜塔。变截面空心斜塔采用现有的液压爬模技术施工存在较多缺点,爬模装置自重大(加上施工荷载)导致附墙荷载大,即作用在下节塔壁上的荷载大,会在斜塔根部形成较大的弯矩,从而背侧产生较大的拉应力而引起混凝土开裂,故荷载效应对斜塔结构有较大风险。针对上述问题,必须寻求一种科学有效而又经济合理的施工方法,因此笔者在工程实践基础上研发出“空心混凝土变截面斜塔翻模式施工技术”。首先从降低空心混凝土变截面斜塔(以下简称“斜塔”)模板系统的自重和施工荷载着手,将内外侧模板的面板和背楞改为木质模板材料,仅水平围楞和竖向承重楞采用型钢；同时将塔吊和钢管脚手架操作平台改为独立式设置,仅保留水平向附墙拉结。竖向采用翻模式施工,即斜塔的第一节段高度为6 m,其余节段的高度为3 m。

2 技术特点及工艺原理

2.1 翻模装置附墙荷载轻

用作竖向运输材料和模板系统周转翻模的塔吊以及内外钢管脚手架操作平台均独立式设置,即两者的重力荷载作用于斜塔和箱梁的结合段上,仅斜塔背侧部分内外脚手架荷载作用于斜塔塔壁已达设计强度的混凝土上,采用预埋型钢方式承载脚手架的立杆(见图1),有利于斜塔施工的稳定。内外侧模板的面板和背楞采用木质胶合板与方木,有利于降低模板系统的自重。上述措施使翻模施工时附着于斜塔上的荷载大大减轻,且便于工人翻模时安装操作。

图1 斜塔施工脚手架和塔吊安装竖向剖视图

2.2 翻转式施工斜塔工艺

将斜塔沿竖向按3 m高为一节分出节段[1],内外侧模板按3 m高加工制作出两套,第一节按6 m高绑扎钢筋后将两套模板安装到位,浇筑混凝土并养护达到一定强度后,拆除第一节段下半节3 m高的模板,翻转式安装到第二节段,保留第一节段上半节3 m高的模板,同时将6 m长的承重钢竖楞重新安装到位。承重钢竖楞起到“承上啟下”的作用,即承重钢竖楞通过预埋在第一节段上半节段的承重锚栓，将第二节段的荷载包括模板系统自重和混凝土侧压力等荷载，传递到已硬化达一定强度的第一节段上半节塔壁混凝土上[2]。等第二节段的混凝土浇筑并达一定强度后,再将第一节段上半节的模板翻至第三节段,如此循环翻模式施工直至斜塔顶端。见图2、图3。利用塔吊提升模板结合人工装配,加之模板自重轻便于操作,故施工效率高。

图2 混凝土斜塔翻模工艺示意图

图3 翻转式模板安装剖面图

2.3 模板系统承载力计算

内外侧模面板、方木竖楞承受混凝土侧压力和混凝土下料水平荷载按受弯构件计算,水平钢围楞承受方木竖楞传递来的集中荷载按连续梁受弯构件计算,对拉螺栓承受上述水平荷载按受拉构件计算。承重钢竖楞承受水平钢围楞传递来的集中荷载包括倾斜模板自重的法向荷载与风荷载,按悬臂梁受弯构件计算,计算简图见图4[3]。预埋入已浇筑节段的承重锚栓按受拉兼受剪构件计算。

图4 承重钢竖楞附墙与模板系统计算简图

3 施工工艺流程

空心混凝土变截面斜塔翻模式施工技术的施工工艺流程如下：测量放线→安装塔吊和内外脚手架→施工斜塔底部桥墩、箱梁结合段→施工斜塔第一节段→翻转第一节段下半节内模板至第二节段→绑扎第二节段钢筋→翻转第一节段下半节外模板至第二节段→翻转安装承重钢竖楞→浇筑第二节段混凝土→翻转第一节段上半节内模板至第三节段→绑扎第三节段钢筋→翻转第一节段上半节外模板至第三节段→翻转安装承重钢竖楞→浇筑第三节段混凝土→继续往上翻模式循环施工至塔顶→拆卸模板系统→挂索且张拉吊索→拆卸塔吊、内外脚手架→斜塔验收。

4 操作要点

4.1 施工准备

施工准备工作包括熟悉斜塔设计图纸,编制专项施工方案,将斜塔沿竖向分成3 m高的节段,其中第一节段6 m高,工程材料和周转材料及塔吊与施工电梯(斜塔高40 m以上应配置)等施工机械进场。

4.2 施工斜塔底部桥墩、箱梁结合段、斜塔第一节段

均按传统方法施工,此处不赘述。其中斜塔第一节段高6 m,内外模板系统分为3 m高两节,承重钢竖楞6 m长。模板常用构造：内外模面板采用九夹板厚18 mm,方木竖楞截面60 mm×100 mm,内模水平钢楞短边采用2A48×3.5 mm,内侧模长边和外模水平钢楞采用2L10～2L12,对拉螺栓为A20,外模角拉杆为A20,承重钢竖楞为2I32,承重锚栓为B32,锚固长度30d。各节段模板安装前应进行试拼装,斜塔各段混凝土浇筑后应及时保湿养护。

4.3 搭设脚手架操作平台、安装且爬升塔吊

采用钢管A48×3.5 mm搭设落地式脚手架操作平台,立杆纵横间距按计算,步距1.8 m,其中斜塔背侧的混凝土中按步距预埋型钢L12以支承立杆。当斜塔高度不足40 m时可在脚手架中搭设人字斜梯供人员上下。塔吊基础节锚栓预埋入箱梁结合段中。内外脚手架和塔吊随着斜塔往上施工而升高,并与塔壁中预埋的型钢进行拉结。

4.4 翻转第一节段下半节的模板系统至第二节段

待第一节段混凝土强度等级达到C15以上时,开始翻模安装第二节段模板为3m高。先翻转内模,绑扎钢筋且隐检合格及处理施工缝后翻转外模,安装对拉螺栓及外模角拉杆；然后翻转承重钢竖楞,使钢竖楞下半段连接上已预埋入达一定强度混凝土中的两个承重锚栓,钢竖楞上半段连接上两个预埋承重锚栓,再浇筑第二节段混凝土,见图5。斜塔下部内外模剖面图见图6。

图5 安装外模外侧承重钢竖楞

图6 斜塔下部内外模剖面图

4.5 钢筋绑扎和劲性骨架接长

斜塔主筋较粗均采用滚轧直螺纹套筒连接,接头位置按规范要求错开1.2 m布置,同一截面接头率不超过50%。若设计有由槽钢和角钢组成的劲性骨架,其接头处腹板由衬板加高强螺栓连接,翼板采用剖口对焊连接。先接长劲性骨架再绑扎钢筋,使横向钢筋点焊于劲性骨架,从而基本固定住塔壁钢筋笼。

4.6 翻转第一节段上半节的模板系统至第三节段

施工工序同前,其中斜塔截面长边渐缩采用缩小内外木模及角模板宽度的方法,当斜塔截面收缩不大时可仅缩窄于角模板。上述分节段外模施工中,先安装直面模板的水平钢围楞,再安装四角圆弧形围檩,最后利用转角拉杆将水平钢围楞箍成整体。承重钢竖楞上端两侧焊有钢筋吊环,内侧焊有钢筋挂钩,翻转时利用塔吊吊住吊环上升,再将钢竖楞的挂钩挂住水平钢围楞,穿入承重锚栓固定,塔吊即可脱钩。

4.7 节段模板之间接缝处理

上下节段外模板之间通过下节段顶钢围楞和上节段底钢围楞用螺栓连接紧固,且中间垫以粘胶带止住混凝土的水泥浆,同时作为上节段模板的临时支座,顶钢围楞和底钢围楞均用自攻螺钉与方木竖楞连接。上下节段内模板之间通过方木竖楞夹条式连接钉子紧固,且同样垫粘胶带止浆。混凝土水平施工缝按常规方法处理。

4.8 翻模式循环往上施工及预埋件安装

上述分节段翻模式循环往上施工,直至斜塔顶端,顶端节高度按斜塔设计图纸确定。斜塔钢筋绑扎后应在背侧用吊筋拉至承重钢竖楞。分节段翻转式拆模时应做到对称均衡,先用手动葫芦松动侧模再用塔吊提升,先拆斜塔截面的长边侧模，后拆截面的短边(倾斜边)侧模。预埋件包括斜塔结构设计的吊索导管、吊索张拉固定端埋件、塔顶预埋铁、爬梯等,以及斜塔施工用的脚手架和塔吊的附墙拉结件、背侧承重脚手架立杆的型钢等。

5 质量安全技术措施

1)模板系统应具有足够的强度、刚度和稳定性,各部件均应验算合格,包括抗风压稳定性。模板翻转时,承重(附墙)节段的混凝土结构应满足强度及稳定性要求[4],宜掺入早强剂。

2)每节段翻转模板时,除按斜塔设计的截面尺寸收缩外,应及时检查并修补模板破损处,并涂刷脱模剂,且做好节段之间的接缝处理。

3)塔壁纵筋应采用焊接或机械式接头,接头的截面积占总截面积的百分率应符合相关行业标准《公路桥涵施工技术规范(JTG/T F50—2011)》的规定。节段钢筋绑扎后,应均匀梅花形设置垫块,且所布设的数量不少于3个/m2。

4)混凝土施工缝应认真处理,凿除表面松散薄弱层形成粗糙面,且用水冲洗干净,按设计要求埋设抗剪短筋,浇筑混凝土前垫不大于30 mm厚接浆层水泥砂浆。

5)预埋件位置应准确；预埋吊索导管时,控制并固定导管进出口处的中心坐标；预埋模板系统的承重锚栓时,应每组4个在竖向一直线上,且保证其锚固长度,或穿透塔壁用垫板及双螺帽锚固。

6)每节段浇筑混凝土时,应连续泵送,泵管出料口连接柔性胶皮管,控制混凝土自由倾落高度不超过2 m,对称分层振捣密实,分层厚度不大于300 mm,用插入式振捣器振捣密实。

7)钢管脚手架操作平台严格按图搭设,应设置纵横竖向剪刀撑及水平剪刀撑,并与斜塔已达一定强度的混凝土塔壁拉结。每层平台施工面应设置安全立网及平网,防止高处坠落。

8)塔吊司机应持证上岗,塔吊随着斜塔往上施工而爬升,应严格按操作规程作业,及时与斜塔已达一定强度的混凝土塔壁附墙拉结。

9)斜塔工地地面应设置安全警戒区,标出明显标志,通往斜塔的人行通道的顶部应设置防护棚。

10)塔壁模板吊装前应检查模板系统的连接牢固性和吊点,内、外侧模安装就位后,应立即通过底围檩与下节段的顶围檩连接,且安装对拉螺栓等临时固定。

11)分节段翻转模板时,已浇筑混凝土节段的强度必须达到C15以上,且符合设计规定。

12)遇到六级以上大风、浓雾、雨雪等恶劣天气时,应停止露天高处作业；恶劣天气过后应逐一检查各安全设施,并立即修理完善。

6 结 语

本翻模技术适用于空心混凝土变截面或不变截面斜塔或直塔施工,其关键部件是附墙承重的型钢竖楞与其附墙螺栓及附墙节段的混凝土强度要求,保证型钢竖楞起到“承上啟下”的荷载传递作用。实践证明,本技术省掉液压爬模装置中的液压爬升系统和电器控制系统,仅需两套3 m高的模板系统依靠塔吊运输进行逐节上翻施工至顶,故翻模式施工斜塔节约了人、财、物,成本低,有较好的经济效益,且施工效率也较高。

[1] 中交第一公路工程局有限公司.JGJ/T F50—2011 公路桥涵施工技术规范[S].北京：人民交通出版社,2011．

[2] 北京市政建设集团有限责任公司. CJJ2—2008 城市桥梁工程施工与质量验收规范[S].北京：中国建筑工业出版社,2008．

[3] 中国建筑科学研究院.GB 50666—2011 混凝土结构工程施工规范[S].北京：中国建筑工业出版社,2011．

[4] 中国建筑科学研究院.GB 50204—2015 混凝土结构工程施工质量验收规范[S].北京：中国建筑工业出版社,2015．

Turnover Mode Construction Technology of the Section Tower Changed from Hollow Concrete

GELimin,LAIHaoming,HEDanyong

2016-05-23

葛立敏(1966—),男,浙江宁波人,工程师,从事土建工程施工管理工作。

TU74

B

1008-3707(2017)06-0023-04