高速公路空心薄壁墩翻模模板設計及施工研究

汪 蘇 閩

(中鐵二十四局集團福建鐵路建設有限公司，福建 福州 350013)

高速公路空心薄壁墩翻模模板設計及施工研究

汪 蘇 閩

(中鐵二十四局集團福建鐵路建設有限公司，福建 福州 350013)

以具體工程為例，對各種高速公路空心薄壁高墩施工技術進行了比較，最終選定了翻模施工技術，并通過優化模板設計，改進施工工序，很好地完成了主墩的空心薄壁高墩施工，取得了較好的施工效果。

高速公路，空心薄壁墩，翻模，模板

1 工程概況

福建地處山區，很多地方山高谷深，高速公路很大部分將以橋梁形式通過，同時會出現很多高墩。出于經濟性和安全性，很多高墩采用空心薄壁墩方式。而這些空心薄壁高墩，往往是控制工期的關鍵工程。

朝心崗1號大橋位于京臺高速公路福州段JTA3標內的MK111+227.5～MK111+763.5處，橋長536 m。本橋跨越一“V”形深谷，最高橋高達98 m，采用(37+65+37)m剛構連續梁形式跨越。主橋下部主墩為4.5 m×6.75 m鋼筋混凝土空心薄壁墩，左右側薄壁墩中心間距13.25 m，墩高分別為：左幅4號墩64 m，左幅5號墩59 m，右幅4號墩64 m，右幅5號墩58 m。本橋橋址地形復雜，不適于大型機械設備進場。

2 模板方案

目前高墩施工一般采用翻模、滑模和爬模的施工方法。

翻模，采用大模板施工，一般由若干層模板組成一套翻模施工模板，以已經澆筑的墩身作為支撐主體，澆筑混凝土后，最上面的那層模板不拆，拆除下層的模板，用塔吊等工具將其提升至未拆模板的上層，以未拆模板為支撐，循環施工。

滑模，一般由模板系統、平臺系統、提升系統及施工控制系統組成。每次澆筑一層約30 cm厚的混凝土，待模板內最下層混凝土達到一定的強度后，提升系統將模板沿著已經澆筑好的混凝土表面向上提升約30 cm，循環施工。

爬模，由模板、爬升架和爬升設備組成，以已經澆筑的墩身為支撐，先澆筑混凝土，待其強度達到要求后，提升爬升架，將其固定，后再拆除模板，將其提升到下一施工部位，二者交替向上爬升，循環施工。

后兩者結構整體性較強、機械化程度較高，但是設備需求更大，翻模設備投入相對較小，操作更簡單，而且相對來說，混凝土表面質量會更好。因此，根據本工程特點、現場施工條件，以及本單位成熟的施工技術能力，本工程優先選用了翻模施工方案。

根據設計，每套模板分3層，每層高2.25 m。施工時拆除底下2節，采用塔吊提升至上部進行安裝，一次性澆筑4.5 m高的混凝土。和模板分2層、每層高度3 m的方案相比，由于每次可以多澆筑1.5 m混凝土，明顯更能加快施工進度。和模板分4層、每層高度1.5 m的方案相比，雖然同樣每次都可以澆筑4.5 m混凝土，而且模板投入會增大一些，但是后者多了一次拆裝的工序，因此施工速度會相對較慢，安全性相對也更差。

3 模板構造

本空心薄壁墩的外形尺寸為4.5 m×6.75 m，為方便施工，側模板短邊采用整體單塊模板，而長邊采用2塊模板拼接，因此外模由6塊模板組成。內模由于有倒角，為方便施工，內模分割成10塊模板，4個倒角各1塊，短邊各1塊，每個長邊分割成2塊，見圖1。

外模：面板采用6 mm的Q235鋼板。長邊模板豎肋采用10號槽鋼，間距30 cm；橫肋采用雙根][14號槽鋼焊接于模板上。拉桿采用4根精軋螺紋鋼，橫向間距125 cm，豎向間距75 cm；短邊模板背楞采用雙根][14號槽鋼，拉桿采用1根精軋螺紋鋼；法蘭采用-16×100扁鋼。

內模：面板采用5 mm的Q235鋼板。長邊模板豎肋用6號槽鋼，間距30 cm；橫肋采用雙根][12號槽鋼焊接于模板上。拉桿采用4根精軋螺紋鋼，間距125 cm；短邊模板背楞為雙根][12號槽鋼。

4 受力分析

4.1 混凝土側壓力計算

混凝土采用塔吊提升澆筑，振搗方式采用插入式振搗器，混凝土灌注速度取1.5 m/h，一次混凝土澆筑高度為4.5 m，施工氣溫平均值25 ℃。則所澆筑的混凝土作用于模板的最大側壓力計算公式為：F=0.22γct0β1β2v1/2，hy=F/γc。

其中，F為新澆筑混凝土對模板的最大側壓力，kN/m2；γc為混凝土的重力密度，kN/m3；t0為新澆筑混凝土的初凝時間，h，按10 h來確實計算；v為混凝土的澆筑速度，m/h；H為混凝土側壓力計算位置處至新澆筑混凝土頂面的總高度，m；β1為外加劑影響修正系數，不摻外加劑時取1.0；摻具有緩凝作用的外加劑時取1.2；β2為混凝土坍落度影響修正系數，當坍落度小于100 mm時，取1.10；坍落度不小于100 mm時，取1.15。

安全系數取1.5，則F=93×1.5=139.5 kN/m2。

混凝土側壓力示意圖見圖2。

4.2 面板的檢算

面板由橫肋和豎肋支撐，橫肋間距75 cm；豎肋間距為30 cm；lx/ly=300/750=0.4，可按雙向板計算，其中lx，ly分別為板的短邊和長邊。

4.2.1 強度驗算

選用板區格中三面固定、一面簡支的最不利受力情況進行計算：

取1 mm寬的板條作為計算單元，求板的最大彎矩為：

q=F×l=0.139 5×1=0.139 5 N/mm。

Mmax=0.083 6×0.139 5×1×300×300=1 050 N·mm。

面板的截面系數：Wx=1/6bh2=1/6×1×62=6 mm3。

應力為：σmax=Mmax/Wx=1 050/6=175 N/mm2。

則σmax=175 N/mm2

滿足要求。

4.2.2 撓度驗算

fmax=Kf×F×l4/B0。

F=0.139 5 N/mm2。

B0=Eδ3/12(1-μ2)=2.1×105×63/12×(1-0.32)=41.5×105N·mm。

fmax=0.002 58×0.139 5×3004/(41.5×105)=0.7 mm≤[W]=1 mm。

滿足要求。

4.3 豎肋的檢算

[10號槽鋼參數：Wx=39.7 cm3,Ix=198 cm4,A=12.7 cm2。

4.3.1 強度驗算

h=300 mm，L=750 mm。

q=F×h=0.139 5 N/mm2×300 mm=41.85 N/mm。

Mmax=0.125×q×l2=0.125×41.85×1 0002=5 231 250 N·mm。

應力為：σmax=Mmax/(γx×Wx)=5 231 250/(1×39.7×103)=132 N/mm2

滿足要求。

4.3.2 撓度驗算

豎肋按簡支梁計算撓度。

fmax=5ql4/(384EI)=5Fl1l4/(384EI)≤[W]。

fmax=5×0.139 5×300×1 0004/(384×2.1×105×198×104)=1.3 mm≤[W]=2 mm。

滿足要求。

4.4 橫肋的檢算

2×[14號槽鋼參數：Wx=161 cm3,Ix=1 127 cm4,A=37.02 cm2。

4.4.1 強度驗算

h=750 mm，L=2 023 mm。

q=F×h=0.139 5 N/mm2×750 mm=105 N/mm。

Mmax=0.125×q×l2=0.125×105×2 0232=53 714 443 N·mm。

σmax=Mmax/(γx×Wx)=53 714 443/(1×436×103)=123 N/mm2

滿足要求。

4.4.2 撓度驗算

背楞為兩端帶懸臂的連續梁。

fmax=5×105×2 0234/(384×2.1×105×4 788×104) =2.3 mm≤[W]=3 mm。

滿足要求。

4.5 拉桿螺栓檢算

P=F×A=139 500 N/m2×2.023 m×1 m=311 085 N。

σ=p/A=311 085/(3.14×0.012 52×106)=635 MPa≤[σ]=785 MPa。

滿足要求。

5 施工工藝

5.1 施工工序

空心薄壁墩翻模施工工序：施工準備→承臺找平→安裝實心段模板→澆筑墩身→接長墩身鋼筋→安裝模板及作業平臺→安裝攬風繩→分層澆筑墩身混凝土→混凝土養護→下一循環施工→至墩頂設計標高。

5.2 施工要點

5.2.1 控制測量

由于墩身很高，施工節段很多，因此不但要確保墩身位置準確，更要確保墩身的上下垂直度準確，確保誤差控制在規范允許的范圍。承臺施工完后，準確放出墩身的十字線和結構控制線。實心段墩身模板安裝好后，重新測量復核模板的安裝位置、幾何尺寸、中心線及垂直度，確保誤差滿足規范要求。每施工一節墩身，都要對安裝好的模板進行測量復核，直至墩身施工完畢。

5.2.2 鋼筋安裝

為提高鋼筋的利用率，減少鋼筋的下腳料，加工墩身鋼筋主筋采用9 m長的鋼筋，從中間用切割機切斷，剛好分成2段4.5 m的鋼筋。鋼筋全部在鋼筋加工場內集中下料加工，運至現場用塔吊提升至墩身工作面安裝。主筋采用機械連接施工工藝，施工過程要控制好鋼筋的機械連接施工質量。

5.2.3 模板施工

模板在專業廠家進行生產，加工完成后在廠家試拼，待驗收合格后方可進場。由于鋼模數量較大，進場后要按規定支墊牢固、堆放整齊，避免其產生變形。模板拆裝均用塔吊完成。模板安裝前應清理干凈、涂刷脫模劑。模板在安裝好后，測量確定其位置符合設計要求，再進行加固。模板要固定牢固，避免在澆筑混凝土過程中發生脹模、跑模等現象。在施工過程中應經常檢查拉桿的螺栓螺帽是否存在滑絲松動現象，如有應該及時更換。

5.2.4 澆筑混凝土

混凝土施工縫要做好鑿毛。30 m以下采用泵車澆筑混凝土，30 m以上采用塔吊澆筑混凝土。混凝土在攪拌站拌制，用罐車運送至現場。每層澆筑厚度30 cm，采用插入式振搗器振搗。混凝土澆筑完畢后，要包裹土工布，安裝自動噴淋設施，加強養生。

6 結語

經過施工，本橋主墩4個墩身平均施工速度達到了1 m/d，為提前完成墩身施工計劃奠定了基礎。由此可知，翻模施工是一種技術成熟、成本較低、工期短、操作簡單、安全性較高、經濟效益較好的可靠施工方法，適用于地形復雜、施工條件困難、大型設備無法進場的高墩工程施工。

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Research on design and construction of highway hollow thin-walled pier rolling over formwork

WANG Su-min

(FujianRailwayConstructionLimitedCompany,ChinaRailway24thBureauGroup,Fuzhou350013,China)

Taking specific project as an example, this paper compared the construction technology of all kind of highway hollow thin-walled pier, finally selected the rolling over construction technology, and by optimizing template design, improving the construction process, well completion of the hollow thin-walled high pier construction of main pier, obtained better construction effect.

highway, hollow thin-walled pier, rolling over, template

1009-6825(2014)13-0179-03

2014-02-21

汪蘇閩(1975- )，男，工程師

U445

A