探讨山区空心薄壁墩桥梁无支架翻模施工的垂直度控制

李 勇

（贵州路桥集团有限公司,贵州 贵阳 550001）

0 引言

公路桥梁是公路建设项目跨越山谷、河流的节点工程，受山谷、河流等不利地形地貌条件限制，公路桥梁施工难度较大，传统桥墩施工工艺对地形依赖较大，施工安全性难以保证，且支架体系复杂，桥墩垂直度不易控制。无支架翻模施工技术克服了传统桥梁施工技术的弊端，且具有桥墩外观优良、垂直度好等优势[1-3]。基于此，该文以某山区桥梁空心薄壁墩施工为例，对影响桥墩垂直度控制的因素展开研究，以期实现对空心薄壁墩垂直度的精细控制。

1 工程概况

某山区公路需跨越山谷，场地为构造剥蚀地山夹侵蚀堆积河谷微地貌，山谷河流上游山沟汇水形成，河槽宽约110 m，河道水流宽约10 m，河滩多树林。该山区道路桥梁上部结构采用装配式预制混凝土T梁，桥跨组合为3×40 m+4×50 m，其中3～6号墩为空心薄壁墩，最大架空高度为36 m，拟采用无支架翻模施工方案。

2 模板组成及工艺原理

2.1 无支架翻模模板组成

模板系统为工具式模板，由大型模板、工作平台连接形成，模板翻升高度设计为3节，单节高2 m，模板均采用钢制模板，配置楞梁和主梁，内外模板由对拉螺栓连接，并将模板与作业平台焊接固定，形成无支架翻模模板体系，见图1所示。

图1 无支架翻模模板体系

（1）内外模板横桥向由2块模板对拼，连接处由∠10角钢与面板焊接固定，不设公母口，再在相应位置钻设孔洞，用M16×40螺栓连接。

（2）模板外侧竖向加劲楞梁选用[8槽钢，布设间距为30 cm/道；横向采用∠8角钢与面板外侧连接，布设间距为30 cm/道；主梁采用双拼[14槽钢，每块模板布置3道，布设间距（主梁中心距）为67.5 cm。

（3）内模、外模间采用M18对拉螺杆连接，对拉螺栓设置在3道主梁中线位置，水平间距分别设置为1.2 m、0.9 m。模板转角位置设置45°M25对拉螺杆。

（4）翻模系统工作平台由三角形桁架、防护栏及防坠网组成：1）三角桁架水平杆长70 cm，采用∠8角钢与楞梁焊接固定，布设间距1.5 m；2）防护栏竖杆布设间距为1 m/道，横栏布设间距为30 cm/道，均采用Ф50钢管，三角桁架搭设木板，用铁丝扎牢，为工人提供通道；3）护栏、转角处设置安全网，防止人、物高空坠落。

2.2 工艺原理

无支架翻模施工技术以前一节段已浇筑混凝土为支撑，以顶节未拆除模板为下一节模板承载主体，其模板可随墩柱混凝土施工翻升，直至施工至桥墩设计高度[4-5]。

（1）相较于传统有支架施工体系，无支架反模施工技术能够有效保证模板稳定性和桥墩施工安全性，且上一节模板以下一节模板为支撑，可确保新旧混凝土立面在同一平面，易于控制桥墩外观质量、垂直度。

（2）模板翻升、拆除、物料运输等均由塔吊完成，混凝土由汽车泵垂直入模。

（3）无支架翻模系统主要由模板系统、工作平台、提升系统及附属系统构成，见图2所示。

图2 无支架翻模施工示意图

3 无支架翻模施工工艺流程

施工工艺流程见图3。

图3 无支架翻模施工工艺流程图

4 施工控制要点

4.1 钢筋位置控制

案例桥梁主受力筋为直径25 mm螺纹钢筋，采用滚轧直螺纹套筒连接。

（1）高空钢筋施工阶段，钢筋定位精度控制难度较大，对保护层厚度、模板支立精度、桥墩垂直度控制等均会造成不利影响。为保证钢筋定位精度，施工阶段利用劲性骨架梁定位钢筋，防止高空钢筋偏位。

（2）劲性骨架梁为4 m框架，施工现场用塔吊吊装，用全站仪定位，法兰调节其定位精度。

（3）钢筋安装前，先在劲性骨架梁上标记钢筋安装位置，再安装钢筋。钢筋施工完毕并验收合格后，将骨架吊移。

4.2 垂直度和平面位置控制

案例桥梁3～7号墩为空心薄壁墩，桥墩施工阶段风荷载、施工荷载、施工场地温湿度变化等因素，均会对墩身垂直度控制造成影响。结合以往施工经验及案例工程施工监测情况，若高墩施工工序控制合理，高墩施工环境温度是影响高墩垂直度的主要因素。

4.2.1 施工偏载的影响及控制措施

无支架翻模体系中模板系统除承受浇筑混凝土侧压力外，还会承受外挂作业平台及平台施工荷载，故模板强度、刚度要求较高[6]。

（1）桥墩高度较高，翻模翻升次数较多，一旦模板变形，每次模板翻升累积的变形误差会对桥墩垂直度造成较大影响，故模板采用工具式定型组合钢模板，确保模板强度、刚度符合墩柱施工要求。

（2）模板由塔吊吊运安装，施工工人配合进行模板定位及安装精度调整；为便于模板吊装及定位调整，施工现场将横桥向模板分为两块，减小了模板重量，降低了模板吊运、安装及定位调整难度。

（3）桥墩高度较高、墩身截面较大，为避免模板偏位影响墩身垂直度，现场采用对拉螺栓配合风缆固定模板，取得了良好的加固效果。

（4）墩身混凝土由汽车泵垂直运输入模，对称分层浇筑，分层厚度不得超过30 cm。

4.2.2 风荷载的影响及预控措施

柔性墩身受风荷载作用，墩身易顺风向摆动。以3号墩为例，施工现场检测发现，墩身高度为24 m时，l～3级风载作用下，墩顶最大摆幅约1 cm；3～5级风荷载作用下，墩顶摆幅最大可达2 cm；6级风荷载作用下，墩顶摆幅可达3 cm，可知风荷载对墩身平面位置影响较大，故墩身施工须避开大风天气施工。

4.2.3 温度的影响及预控措施

空心墩施工及桥梁服役阶段，墩身各方向受阳光照射不均，且混凝土自身导热性能较差，墩身内外、墩身阳光照射面与非照射面温差较大，墩身混凝土在温差作用下，各部位涨缩不一致引起墩柱水平偏位，使桥墩垂直度出现偏差。

（1）以3号墩为例，墩身在不同高度、不同温差下偏位值测量结果见表1。

（2）由表1数据可知：1）墩身高度一致时，墩柱偏位随温差增大而增加；2）温差一致时，墩柱偏位随墩柱高度增加而增加；3）测量发现，墩身温差最小时间为每日清晨太阳未出之时，太阳照射2 h左右时，随太阳照射时间增加，墩身内外温差扩大，随后至中午时分，墩柱内外温差随之降低，下午之后，墩柱内外温度与环境温度趋于一致。

表1 3号墩在不同高度下随温差变化偏位

（3）受环境温度影响，常规“十字线法”难以准确测定墩身控制顶面高程及控制平面位置，经施工现场反复测量试验，分别采用“三角高程法”“四角吊锤法”控制顶面高程及平面位置，取得了良好的控制效果，同时采取适当增加测量次数的方式，结合多次校模和预置偏位法，实现了对高墩垂直度的精确控制[7-8]。

（4）由于日出前墩身内外温差较小，此时量测墩身高度及平面位置，可有效降低测量误差。若因天气等因素影响，导致不具备日出前测量条件时，可根据不同温差、高度下偏位情况，合理预置偏位，待模板初步安装完毕，温度稳定后，再进行墩身高度、平面位置测量，调整墩身位置偏差，确保墩身垂直度控制达到设计要求。

（5）以3号墩右幅为例，△L为偏位计算值，每次翻升后偏位数据见表2。

表2 3号右幅空心墩翻升测量结果

4.3 温度应力控制

测量阶段，除应考虑环境温度对墩身垂直度偏差影响外，混凝土自身水化热也是影响墩身垂直度的重要因素。施工阶段发现，墩身最大温度应力通常出现在混凝土温度下降区段，且相应区段混凝土温度下降速率越快，其温度应力越大。墩身4个棱角位置温度下降速度最快，该部位通常为最不利拉应力发生区段，通常在第4 d达到最不利拉应力状态。

墩身较高位置混凝土养护作业难度较大，且不具备蒸汽养护条件，采用洒水覆盖养生可有效防止混凝土温度降低过快的问题，使墩柱浇筑混凝土充分水化。山区白天、夜间温差较大，夜间宜采用加温装置适当加热墩柱外表面，抵消墩柱内外温差。同时，新旧混凝土接缝处，必须进行凿毛处理，增加新旧混凝土结合度，提升新旧混凝土结合面温度应力抵抗能力。

5 结论

该文以实体工程为依托，研究了山区空心薄壁墩桥梁无支架翻模施工的垂直度控制技术，结论如下：

（1）施工偏载会引起模板变形、偏位，可采用大型工具式定型组合钢模板，保证模板刚度、强度，降低模板变形对墩身垂直度的影响。采用对拉螺栓加风缆加固的方式，减少模板偏位对垂直度的影响。

（2）空心薄壁墩柔性墩身易受风荷载作用发生摆动，案例桥梁3号墩高24 m，风力为6级时，墩顶顺风向摆幅可达3 cm，应避免在大风天气开展墩柱混凝土施工和墩身量测。

（3）温度对墩身垂直度的影响包含环境温度变化造成的墩身内外温度变形、墩身混凝土水化热影响两个层面；环境温度影响可采用“三角高程法”“四角吊锤法”控制，并选择日出前后量测控制，减小测量误差；温度应力影响可采取洒水覆盖养生、夜间保温、新旧混凝土结合部位凿毛处理等措施进行控制。