高架桥梁柱帽与柱顶系梁结构施工——浦东国际机场北通道（申江路—主进场路）新建工程施工18标

赵晔

（上海浦东城市建设实业发展有限公司，上海市 200136）

1 工程概况

本标段工程为上海市浦东国际机场北通道（申江路－主进场路）新建工程18标，位于上海市浦东新区川沙镇，工程西起华夏东路与A30西侧匝道交叉中心西约100 m，东至华夏东路与华洲路交叉中心东约100 m，工程施工范围为K11+938～K13+399.673，全长1 461.673 m，线路横跨A30匝道。

上海市浦东国际机场北通道（申江路－主进场路）新建工程18标范围内标准段设计高架主线为双向8车道，宽度为30.5 m；地面道路为双向6车道，规划红线宽度为50 m；两侧绿化用地宽度为20 m。上海市浦东国际机场新建工程18标段路桥标准横断面见图1。

图1 上海市浦东国际机场新建工程18标段路桥标准横断面（单位：mm）

本标段主线高架桥梁工程下部结构共有0#～40#承台、桥墩、14联现浇箱梁组成，另外在渐变段有16个小承台，承台垫层为厚10 cm的C20素混凝土垫层。各桥墩均设承台，承台分别为矩形C30钢筋混凝土，承台截面尺寸见表1。

表1 承台截面尺寸

本标段高架桥梁主线桥的下部结构桥墩均为柱式桥墩，不设盖梁。主线桥中墩为双柱式墩身，在双柱式主线桥墩的立柱顶部设置C40钢筋混凝土横向系梁；主线桥边墩为独立柱式墩身。两者墩身均为矩形柱式墩身，四周倒圆角，不同之处是中墩顶上部位置的墩身立柱顶面在外侧横桥向弧形适当扩大，形成渐变的扩大喇叭造型；边墩身顶部的立柱顶面除横向外沿纵桥向双面弧形适当扩大，形成花瓶造型，以确保纵桥向放置2排盆式支座。主线桥中墩喇叭造型或花瓶造型的墩顶柱帽高度为6 m，而边墩的喇叭造型或花瓶造型的墩顶柱墩高度为4 m。

2 花瓶形柱帽及柱顶系梁施工

花瓶形柱帽及柱顶系梁的施工由于形状特殊，均为弧形的变截面，对模板的要求很高，工艺要求也高，容易出现安全和质量事故，是本工程项目的重点和难点，施工时应引起高度重视。本标段工程的主线桥墩身立柱顶和各边墩身立柱顶均设柱帽，且柱帽为渐变截面，柱帽底截面尺寸与下方的立柱截面相同，柱顶的截面尺寸则各不相同，且渐变过程均为弧形，形状类似花瓶形；同时本标段工程大部分主线桥双立柱式中墩在柱帽顶位置均设横向系梁。柱帽顶的截面尺寸规格型号较多，而系梁的规格型号和长度基本一致。其中主线高架桥的柱帽顶截面尺寸共有3种，分别为（横×纵）：2.9 m×2.0 m、2.9 m×2.6 m、2.9 m×2.4 m；各边墩柱帽顶截面尺寸分2种，分别为：2.77 m×2.0 m和2.77 m×2.4 m；主线高架桥中墩柱帽顶间的系梁截面规格尺寸为（宽×高）1.6 m×2.68 m，施工时中墩柱帽和柱帽顶系梁将进行整体施工。花瓶形独立柱帽施工工艺流程框图见图2。

图2 花瓶形独立柱帽施工工艺流程框图

2.1 基坑回填压实

柱帽及系梁浇筑支架的刚度和稳定性，是确保桥墩柱帽及系梁外型尺寸的重要因素。本标段工程现状地面均为现状华夏东路，因此对于现状道路范围的地坪不需作特殊加固，仅需对承台施工开挖的基坑回填范围进行加固处理，以免产生不均匀沉降。承台基坑需分层回填压实，并在表面铺设一层厚25 cm的C25混凝土层与原路面齐平，防止雨水冲刷，确保地基承载力均匀。

2.2 支架布置

承力支架决定采用钢管脚手架，钢管采用ø48×3.0 mm的统一型号。由于立杆最大高度在17 m左右，故采用单杆连接支撑，而立杆高度为渐变的，为了节约材料，亦可采用2只以上扣件搭接接长。

由于本工程柱帽和系梁高度较高，荷载较大，确定钢管立柱横距为0.4 m，纵距为0.4 m，横杆步距1.5 m，并适当布置剪刀撑。支架布置完成后，对其进行受力验算以确保支架安全可靠。

施工过程中应对顶端放槽钢的横杆与立杆之间的扣件作重点检查，确保支架的整体稳定。

立柱横梁支架模板图见图3。

图3 立柱横梁支架模板图（单位：mm）

2.3 模板施工

由于柱帽形状为花瓶形，截面尺寸仅比相应的立柱截面略大，而柱帽顶系梁又直接与柱帽连接，为确保质量和柱帽的外观，柱帽和系梁模板计划采用工厂定制加工的四片式定型钢模。桥墩曲线段模板立面图见图4。

图4 桥墩曲线段模板立面

施工时将系梁底模斜铺在支架上部的搁栅上进行固定。而柱帽由于范围较小，且侧面为弧线，无法直接采用支架进行固定，因此柱帽采用抱箍托架系统进行固定，即在施工好的立柱顶下相应位置设置预制好的与立柱截面尺寸相同的定制钢抱箍，且在抱箍下设置小托架与支撑，确保槽钢抱箍的位置稳定不下滑。同时由于柱帽所处的位置较高，为确保柱帽顶的位置准确，在柱帽顶部周围设多道缆风绳进行定位、固定，并搭设钢管支架进行辅助固定，辅助固定支架与系梁支架的搭设方法基本一致，且与系梁支架同步整体搭设，以增加支架的稳定性。花瓶形柱帽定型钢模加工时，钢模底部应加长一段长0.1 m的与立柱截面尺寸相同的定型钢模，以便柱帽定型钢模与立柱的连接。整个定型钢模也按立柱钢模的型式加工成方框型整节模板，并设置方框定型钢模的纵、横肋，拼装时采用对拼式螺栓连接。

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系梁模板采用三片式定型钢模，底模铺设在钢管支架上方的方木格栅上，两侧模则固定在底模上，且底模与侧模间，以及底模、侧模与柱帽模板间也均采用对拼螺栓连接固定，并在侧模的上、下方采用ø18对拉螺杆进行固定。

定型钢模铺完后，再用仪器检验柱帽和系梁的标高和边线。待模板全部安装后，再对其平面位置、顶部标高、节点联系及纵横向稳定性进行检查。

定型钢模的接缝处采用泡膜双面胶，以防混凝土漏浆；底模接缝处用粘酯嵌填密实打光，并在混凝土浇筑前先浇筑2～3 cm同级配水泥砂浆。

施工脚手架不得与模板及支架相连，模板在使用前要涂刷脱模剂，外露面模板和脱模剂，应采用同一品种，不能使用易粘在混凝土上或使混凝土变色的油料；固定在模板上的预埋件和预留孔须安装牢固，位置准确。

浇筑混凝土时，应派专人看模，发现模板有超过允许偏差变形的可能时，应及时纠正。

3 柱帽模板设计计算书

3.1 模板截面选择

模板竖肋采用10#槽钢，间距32.5 cm，横肋采用2×18#槽钢，间距67.5 cm。

查得10#槽钢截面惯性矩Ix和截面抵抗矩Wx特性如下：Ix=198.3 cm4；Wx=39.7 cm3。

查得18#槽钢截面惯性矩Ix和截面抵抗矩Wx特性如下：Ix=1 272.7 cm4；Wx=141.4 cm3。

3.2 荷载计算

取F=7.2×104N/m2，另考虑振动荷载4×103N/m2，则：

式中：γ 为混凝土密度，取 γ=2.4×104N/m3；t0为混凝土初凝时间，取t0=7 h；β1为外加剂影响修正系数，不掺外加剂时取β1=1.0，掺具有缓凝作用外加剂时取β1=1.2，这里取1.2：β2为混凝土坍落度影响修正系数，坍落度小于3 cm时取0.85，5～9 cm时取1.0,11～15 cm时取1.15,这里取1.15；V为混凝土灌注速度，m/h，这里取2 m/h；H为混凝土侧压力计算位置处至新浇混凝土顶面的总高度，m。

3.3 竖肋计算

竖肋可视为跨度为67.5 cm的多跨连续梁，为了计算方便，简化为1跨67.5 cm的简支梁，承受的荷载为均布荷载q，这样计算结果偏安全。

由上述计算可知，强度检算通过。

3.4 横龙骨计算

横龙骨可简化为1跨1 450 cm的简支梁，承受的荷载为均布荷载q，这样计算结果偏安全。

由上述计算可知，强度检算通过。

3.5 拉杆验算

由上述计算可知，检算通过。

3.6 竖肋挠度计算

由上述计算可知，检算通过。

3.7 横龙骨挠度计算

由上述计算可知，检算通过。

3.8 钢板挠度计算

通过计算检算,钢模设计符合力学要求，能充分满足施工需要。

4 钢筋施工

钢筋均采用Ⅱ级钢筋，进场的钢筋均应有质保单。

钢筋在使用前必须按《市政桥梁施工技术规范》（DBJ 01-56—2001）验收，分批做好原材料及焊接试验，试验合格后方能使用。

按图纸精确地放出钢筋大样，按放样单进行下料弯配。

钢筋采用工地现场加工，由于骨架筋形状相似，因此需按编号成批分开堆放，防止使用时混淆。

钢筋采用现场成型的方法，其与立柱钢筋的连接采用亚弧焊，以保证焊接质量，加快施工进度。钢筋车间应设置加工棚以防止钢筋生锈。

对系梁的底部、两侧面及柱帽的各外露面都要挂混凝土保护层垫块，混凝土垫块采用半圆型垫层，避免拆模后混凝土垫层外露产生色差，影响外观质量。钢筋骨架绑扎应牢固，防止混凝土施工时变形；对柱帽顶部钢筋较密处，施工混凝土应进行碎石颗粒级配调整，以防止由于粗骨料过大嵌入钢筋而引起混凝土不均匀。

5 混凝土施工和养护

花瓶形柱帽和柱帽顶系梁混凝土强度等级标号均为C40，采用商品混凝土、泵送浇筑，机械振捣密实。柱帽和系梁混凝土分层进行浇筑，分层厚度不大于30 cm，而系梁浇注时从中央向两端柱帽根部浇捣，以消除根部混凝土的裂缝，并与柱帽整体现浇，且必须一次性浇筑完成。

浇筑工应分区段各负其责，确保振捣到位，不得漏振。混凝土浇筑高度达50 cm时，敲击侧模检查混凝土的密实性。插入式振捣器在模板附近处应慢慢拔出，便于混凝土的气泡逸出，并不得于模板接触振捣。混凝土浇筑完毕后应及时收浆抹面，用泡沫薄板遮盖，经常洒水保持混凝土湿润状态，做好养生工作。若遇气温高或太阳暴晒时，则应在混凝土初凝后即覆盖泡沫薄板以免混凝土产生干缩裂缝。

6 拆除模板

墩顶系梁的底模板必须在混凝土强度达到70%以上时方可拆除。拆除模板时应小心谨慎，严禁使用粗暴的方法，避免混凝土掉角而影响外观。

7 结语

由于采用定制化的精心设计、制作，异形化的柱帽与系梁模板成为了有机的整体。通过严密的构造处理，使立柱与柱帽顺畅、平稳连接，达到了整个桥墩在力学与美学上完全符合设计的初衷。