黄韩侯铁路曲线柱板式空心高墩施工技术关键

发表时间:2016/3/8   来源:《工程建设标准化》2015年10月供稿   作者:袁广正
[导读] 西安铁路局黄韩侯铁路指挥部 近年来对于异型超高墩施工方法的研究已成为桥梁建设工作者十分关注的问题。

(西安铁路局黄韩侯铁路指挥部,陕西,西安,710000)

【摘  要】以黄韩侯铁路纵目沟特大桥工程为例,介绍了曲线柱板式空心高墩施工方案选取,墩身液压爬模工艺、线形监测控制及混凝土养护等关键技术,同时对施工中出现的问题与改进措施提出了建议。
【关键词】超高墩;柱板式结构;液压爬模;线形控制  

1.前言
        随着公路、铁路和城市道路建设事业的蓬勃发展,高墩桥梁施工技术也日趋成熟,然而近年来对于异型超高墩施工方法的研究已成为桥梁建设工作者十分关注的问题。本文针对曲线柱板式桥梁高墩施工关键技术做了施工探索,旨在为同类工程提供经验借鉴。
2.工程概况
        黄韩侯铁路纵目沟特大桥全长833.92 m,最大桥高122m,桥跨形式为[3孔-32m简支T 梁+(78+2×136+78)m 连续刚构+9孔-32m 简支T 梁],主桥4#、6#墩身采用双肢矩形实体墩,墩高48m,5#墩采用新型柱板式空心高墩,墩高105m。5#墩身由4根变截面立柱组成,立柱顶部30m呈直线,下部75m在纵、横桥向均按1.6次抛物线线形设置,立柱之间设钢筋混凝土板相互联接形成空心薄壁结构;墩身25m以下板厚1m,25m以上板厚0.8m;墩身在25m、50m、75m处各设置一道高度3m预应力混凝土系梁;墩底5m及墩顶3.5m为实体结构;墩底截面尺寸28×19m,墩顶截面尺寸10×10m;墩身采用C50聚烯纤维砼,圬工量10731m3。其主要施工特点有: 
        (1)自然气候条件恶劣。该桥处于渭北高塬,昼夜温差大,年最高气温40.5℃,极限最低温度-16.7℃,夏季昼夜温差最高可达28℃。7~10月份多雷雨,年平均降雨量555.7㎜,年平均风速3.5m/s,最大风速22m/s。
        (2)地形地貌复杂。桥址位于黄土沟壑区,沟谷深切,沟心常年流水,施工场地狭窄。硬质岩形成陡崖,软质岩形成陡坡,两种地形相间出现,下部斜坡及沟底堆积大量巨大块石,山体整体自然坡度大于60度,呈“V”型谷状。
        (3)结构施工难度大。5#墩身75m以下纵横向内外曲线均采用1.6次抛物线,由墩底至墩顶尺寸按抛物线型收回多达18m,技术含量高,施工难度大,诸多技术问题是以前参建各方没有遇到的。
        (4)该结构类型墩是2008年5月12日汶川大地震后我国铁路首次采用此类设计,具有高强抗震、抗风的效果,施工期间国内没有可借鉴成功的建设管理经验,被建设单位、设计单位、施工单位列为新技术、新结构的科研项目。
3.施工方案
3.1 制定时考虑的因素
        纵目沟特大桥5#墩身纵横桥向呈1.6次抛物线线形,目前在国内同类型桥墩尚属首创。依据墩身截面尺寸变化大,线形控制难,安全风险大,施工工期紧,质量标准高的特点,建设指挥部组织各参建单位在方案比选过程中主要考虑了以下因素:一是施工过程中塔吊安装个数、吨位和位置,二是墩身主筋倾斜角度定位的准确性,三是混凝土浇筑连续性及裂缝控制,四是墩身垂直度和轴线偏位、墩身线形控制,五是浇筑节段划分、施工安全及工序衔接等。
3.2 方案中工艺的确定
        为寻求最合适的施工方法,建设指挥部组织参建单位、路内专家进行多次论证,最后确定墩身模板采用全液压爬模系统,整套模板依托32个10T液压千斤顶自行爬升。在墩身正面大小里程分别安装10T和4T塔吊各一台完成墩身及连续梁混凝土悬灌施工,为保证墩身模板受力条件,将墩身划分为26个节段进行浇筑,最大节段5m,最小节段2m。为避免干缩及结构裂缝产生,混凝土添加外参剂及聚丙烯纤维,并尽量缩短每节墩身浇筑时间间隔,在应力集中区增加钢筋网片。夏秋季节采用自动喷淋系统对墩身混凝土进行养护,初冬季节采用常压锅炉输送蒸汽对墩身混凝土进行养护。施工过程采用高清晰视频监控系统进行超高墩施工作业工序和安全监控。



4.关键施工技术
4.1液压爬模工艺与模板体系
        墩身采用全液压爬模工艺,模板采用进口维萨木板,整个体系采用全液压自爬升,墩柱圆角及倒角处采用定制钢模,与维萨板组合使用。模板利用墩身混凝土内埋设预埋件(爬锥),在预埋件上安装导轨,利用导轨与挂架的相互作用,实现模板体系爬升。墩身液压爬升作业步棸如下:
        安装下架体→安装上架体→浇筑混凝土→上架体后移→导轨上移固定→架体液压上移→上架体前移→浇筑下一节段混凝土。
        整套模板沿墩身四周,由若干单元块子模板组合而成,其中钢模32块,主要用于立柱圆弧及柱板连接倒角处,木模30块,用于直面,除连接板中部的模板采用定尺,其它模板在完成一个节段后,必须对其进行裁切,从而实现截面变化的要求。为了防止模板下口漏浆,每节浇注时需下包10cm,整个墩身施工过程中,墩柱模板连续爬升至墩顶[1];模板受墩身系梁的影响,每到一个系梁处,须待系梁混凝土浇筑完毕后,再翻越到系梁顶部,然后重新安装,再进行爬升。
4.2 墩身钢筋安装
        墩身主筋为Ф32Ⅲ级螺纹钢,最大倾角110°,最大浇筑节段钢筋重量约120T。施工时根据墩身浇筑高度和预埋钢筋长度,确定钢筋倾斜角度,并用垂球将钢筋投影至施工平台上划线标记,在劲性骨架上安装横向临时支撑,另一端沿标记线设水平杆,将墩身主筋并排斜靠于临时支撑水平杆上并进行临时加固,待主筋倾斜角度定位准确后进行加固,并绑扎墩身水平筋,使钢筋形成封闭式网格状环型稳定结构,拆除临时支撑,完成墩身钢筋绑扎。 
4.3 墩身混凝土浇筑及养护
        混凝土浇筑时,墩身下部(25m以下)采用2台46m汽车泵泵送入模;墩身上部采用2台地泵泵送入模,地泵泵管沿墩身内壁上下敷设,上部直达施工平台连接内爬式壁挂液压布料机,布料机有效旋转半径12m。混凝土泵采用HBT80C-1418III型拖泵,功率160kw,理论输送压力18MPa,配置φ125mm泵管,混凝土理论输送量60m3/h。现场浇筑作业沿墩身4个方向对称 、 交替、分层连续浇筑,采用插入式震捣器振捣密实,保证新浇筑混凝土与已浇混凝土结合良好。
        混凝土养护采用自动喷淋装置,喷淋水管于模板上口沿墩身内外环向布置,喷淋管上每隔0.5m安装1个喷嘴,待混凝达到拆模条件时模板体系后移,养生水采用高压水泵送至喷淋系统内,通过喷嘴形成雾状喷至刚脱模的混凝土表面,始终保持新浇的混凝土表面湿润。
4.4墩身系梁施工
        墩身在25m、50m、75m处各设置一道高度3m预应力混凝土系梁,在系梁处连接板厚度由1m增加至3.3m,墩身连接板在系梁位置内外壁分别悬挑出1.15m,相邻两立柱之间由连接梁进行连接形成框架结构,每道连接梁均采用24束9-Ф15.2预应力钢绞线,单端张拉交替进行。系梁采用在墩身处预埋钢板,托架法现浇施工。首先对墩身外侧预埋爬锥位置进行精确的定位放样,保证在施工横梁时,利用外侧液压爬模三角架精准爬升到预设位置;其次对墩身内侧预埋钢板进行位置高程的定位放样,确保托架上面分配梁及顶托安装完成后,达到设计高度要求;最后对横梁悬挑部分的平面尺寸进行准确的定位放样,确保横梁悬挑出部分绑扎成型的钢筋位置正确,保护层厚度与模板安装尺寸均满足技术规范要求。
4.5柱板式高墩线形控制
4.5.1 影响高墩线形的因素
        薄璧高墩由于其长细比比较大,整体抗推刚度小,相对于普通桥梁墩柱而言属于高耸的柔性结构。施工因素、环境因素会引起墩身施工过程中的扭转、位移,若施工放样时不加考虑,可能会导致墩身外观呈折线状,还可能引起重力二阶效应,影响墩身内力。
4.5.2 线形技术控制
        一是消除温度影响。校模时间选取清晨墩身温度场均匀时候进行,消除墩顶温差引起的位移,提高测量精度;二是严格垂直度控制。在承台中心安装自动安平激光铅直仪,并设牢固的保护罩。工作平台上设激光接收靶,能显示光斑并捕捉斑心,激光斑心即是桥墩中心,进行墩身的竖向轴线传递。这样可通过激光铅直仪将桥墩中心准确地引至工模板的位置检查一次,以控制桥墩的纵横向偏移和扭转;    三是精确施工高程控制。采用三角高程法[2],用直径10mm的钢条焊成“丰”字形觇标,再把觇标焊在事先选定的墩身钢筋上,作为观测竖直角的观测点。觇标间距用钢尺丈量,精确至毫米。用竖直角最小读数为2〞以下的经纬仪观测竖直角,至少观测6个测回,以此来计算墩的高程。四是墩顶预抛高值控制。通过对材料力学性能的测试,确定混凝土的弹性模量和收缩徐变系数,掌握该桥墩混凝土压缩规律,经过有限元计算,并计入施工中的基础沉降,最终确定桥墩的预抛高值;五是施工过程纠偏方法。混凝土浇筑完后及时对已浇筑混凝土墩身顶端结构尺寸进行测量,确定有无涨模及变形,将每一施工节段完成后测得的数据与设计数据进行比较,得到施工误差,按照施工误差进行下一节段施工时的模板调整。
5.结束语
        黄韩侯铁路纵目沟特大桥新型柱板式超高墩施工,率先采用了液压爬模施工技术,并成功应用到1.6次抛物线线形中,首次将液压布料机应用于百米高墩施工中并取得成功,配套高墩自动喷淋养生和高清晰视频监测监控系统等新技术,施工速度快,成本较低,为今后类似工程提供了借鉴经验。但还有以下两点需要进一步的完善和改进:
        (1)墩身温度裂纹预防控制。在研究制定施工方案时,对墩身底部、顶部实心段和系梁大体积混凝土施工,应开展专项技术对策措施研究,有效降低混凝土水化热及内外温差,防止墩身混凝土表面出现裂纹,确保工程质量。
        (2)研究更加合理的墩身节段划分和浇筑方案,做到结构合理,方便施工,线形美观。
参考文献:
[1]铁道部经济规划研究院.TZ 203-2008 客货共线铁路桥涵工程施工技术指南.北京﹕中国铁道出版社,2010﹕93-100.
[2]铁道部.TB 10101-2009 铁路工程测量规范[P].北京﹕中国铁道出版社,2010﹕19-25.

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