空心薄壁墩勁性骨架設計與應用

賴明波

(中國水利水電第十工程局有限公司三分局，四川 成都 610072)

0 前 言

空心薄壁墩高墩施工中，風速大、鋼筋構件柔性大，鋼筋、模板安裝質量難以保障，作業人員安全風險較大，勁性骨架可根據施工圖設計選定鋼桁架、鋼管架或鋼管混凝土組拼桁架，分別采用工廠制作、現場分段吊裝安裝成型。渝廣高速公路項目空心薄壁墩施工為確?？招谋”诙珍摻?、模板安裝定位精度、作業人員操作安全，采用型鋼、鋼筋、鋼管組合成設計來滿足施工安全質量要求。

1 工程概況

重慶渝北至四川廣安高速公路是成渝經濟區的重要路段，重慶渝北至四川廣安高速公路二期工程起于重慶市渝北區柏楊灣，與重慶市金山大道(原規劃城市“四縱線”)連接。起點樁號為K1+664.637(金山大道K11+200)，路線由南向北走向，經沙壩子、棕樹灣后，跨跳石河，經大面坡、大堰、復興鎮大樹小學東側后，與重慶繞城高速相交，終點止于重慶繞城高速,樁號為K3+257.35。二期工程跳石河大橋左幅全橋長882 m，起止樁號K12+417～K13+299；右幅全橋長896 m，起止樁號K12+373 m～K13+269 m。橋梁上部結構采用裝配式預應力連續T梁、下部結構采用柱式及空心薄壁墩、樁基礎，橋臺采用重力式橋臺。下部結構中空心薄壁墩設計14處，墩身采用7 m×3.4 m和7 m×3 m兩種型式，空心薄壁墩壁厚50 cm，墩柱高度36.5～67 m。

2 墩身施工

空心薄壁墩墩身施工工藝流程：施工準備→施工放樣→鋼筋安裝及綁扎→預埋件安裝→模板安裝就位→模板復核→混凝土澆筑→混凝土養護(7 d)→第二節段鋼筋安裝(含預埋件)→安裝并調校第二節段模板(注意與第一節段墩身模板連接好，并控制坐標、高程)→澆筑第二節段墩身混凝土及養護→拆除第一節段模板。

施工方法：空心薄壁墩墩身施工采用定型鋼模板提升翻模法施工，翻模主要由三節段大塊組合鋼模板(每節段2.25米)、內外操作平臺、塔機等組合而成的成套模具[1]。每一節段模板主要由內外模板、模板固定架、操作平臺、對拉裝置、圍帶等組成。

根據項目墩身數量、高度以及工期要求，并全面結合每節段作業時間、鋼筋配料以及減少混凝土施工縫的等因素，總計設3節模板，每節段2.25 m。在進行作業時，每次翻2節模板，并一次性澆筑4.5 m高度。

第一節段施工時，復核承臺頂面高程，將模板放在承臺頂，第二、三節段模板則分別支立于前一節段模板上，測量復核后由汽車吊或塔吊入倉，插入式振搗一次性澆筑成型。待混凝土達到拆模強度后拆除第一節段模板和第二節模板的最下層拉桿，荷載通過成型的墩身混凝土傳到墩底。打磨第一節段模板，再通過塔吊、手拉葫蘆將其翻升到第四節，并依此循環向上形成提升翻模、模板安裝、鋼筋綁扎、混凝土灌注、養生的作業順序，直至設計高度。

3 高墩墩身施工中存在的問題及解決方法

隨著墩身施工的高度增加，鋼筋的安裝(每次安裝4.5 m高度鋼筋)、鋼筋間距、豎直度難以達到設計要求，同時空心薄壁墩高墩施工中，墩身高、風速大，給施工帶來了很大的難度，安全無法保證。因此，墩身施工需增設勁性骨架，以確保作業人員操作安全、鋼筋及模板安裝精度。

3.1 安全方面

在空心薄壁墩施工中，安全風險較大，安全管控措施尤為重要，鋼筋采取分節段吊裝安裝，極易發生鋼筋骨架整體歪倒和模板垮塌等安全事故，安裝過程中，作業人員安全風險較大，勁性骨架自身具有剛度大特點，可以起到穩固鋼筋骨架的作用，確保鋼筋安裝、綁扎作業時安全。

3.2 質量方面

墩身施工中鋼筋分節段安裝預埋，安裝時主筋Φ32 mm鋼筋采用機械連接，單根鋼筋高度較高，為滿足錯開搭接，鋼筋定尺長度為第一節段3、4.5、6 m，后面全部4.5 m，下節混凝土內還有1.5 m左右的預留鋼筋，單根6 m鋼筋安裝及安裝后的柔性非常大，主筋Φ32 mm鋼筋豎向機械連接困難，在高墩施工鋼筋安裝時，由于風力較大，鋼筋定位非常困難，安裝過程中鋼筋位置定位不準確，鋼筋的保護層、豎直度較難控制。在混凝土澆筑過程中，由于鋼筋沒有整體固定，混凝土產生的壓力容易造成鋼筋整體偏位，造成鋼筋保護層局部偏大、偏小，甚至產生漏筋現象。勁性骨架由于其自身具有較大剛度，安裝完精確定位后采取焊接固定，可以有效與鋼筋進行定位連接固定，確保鋼筋安裝定位精度以及鋼筋豎直度，確保鋼筋保護層質量。同時可以利用勁性骨架對模板位置進行精確調整和固定，對墩身的整體偏位控制能起到有效調節作用。

4 勁性骨架設計與計算

4.1 結構要求

本設計勁性鋼骨架采用型鋼、鋼筋、鋼管組合拼裝焊接而成的桁架結構[2]，設計其強度及剛度只需滿足施工階段鋼筋工程及模板工程安裝的要求，不考慮墩身主體結構的受力。

4.2 結構型式

本文根據空心薄壁墩墩身結構尺寸勁性骨架設計采用槽鋼、鋼筋、鋼管等材料，空心薄壁墩勁性骨架材料見表1。勁性骨架4條支撐腿分別置于薄壁空心薄壁墩四角雙層鋼筋之間的混凝土上，支撐腿采用4.5 m長雙拼[10槽鋼焊接；平臺框架采用雙拼[10槽鋼焊接，中間采用Φ10 mm鋼筋鋪設，間距10 cm×10 cm的網片，框架內按1～1.5 m間距焊接Φ20 mm鋼筋作橫桿；操作平臺防護圍欄采用Φ48 mm鋼管搭設，高度至少1.2 m；勁性骨架分為6.6 m×3 m和6.6 m×2.6 m兩種尺寸型式，分別用于7 m×3.4 m和7 m×3 m型式空心薄壁墩，具體尺寸如圖1～3所示。

表1 空心薄壁墩勁性骨架材料一欄表

圖1 勁性骨架側視圖(單位：cm)

圖2 勁性骨架平面布置圖(單位：cm)

圖3 勁性骨架立面圖(單位：cm)

4.3 勁性骨架安裝

主墩墩柱施工結束，根據設計圖紙對主墩平面位置實施測量放樣，并開展第二次復核工作，通過后則進行墩柱勁性骨架、鋼筋、模板的安裝作業。墩柱勁性骨架在廠區加工制作，通過塔吊吊裝使之就位，當工作人員檢查沒有問題則利用塔吊并輔助人工措施在墩柱內實施焊接安裝。墩柱勁性骨架利用螺栓連接及焊接等方式與豎向、橫向鋼筋固定連接，四周設置纜風鋼繩固定，確保勁性骨架的整體剛度及穩定性。完成勁性鋼筋安裝及綁扎、模板工程作業。

4.4 勁性骨架驗算

針對7 m×3.4 m和7 m×3 m型式空心薄壁墩結構尺寸，勁性骨架分為6.6 m×2.6 m和6.6 m×3 m兩種尺寸型式，高度相同。在同樣的荷載下，6.6 m×3 m型式的勁性骨架較為不利，因此選此型式進行驗算[3]，另一型式參照此驗算執行。

4.4.1 設計參數

設計參數如下：①設計平臺上最大活荷載：10 kN；②勁性骨架框架平臺自重：8.3 kN；③勁性骨架支撐腿自重：3.6 kN；④雙拼[10槽鋼平臺架體的截面抵抗矩為：W=39.7×2=79.4 cm3；⑤雙拼[10槽鋼平臺架體的毛截面抵抗矩為：Im=4.8×2×103/12=800 cm4；⑥單肢[10槽鋼支撐腿的毛截面積為：Am=4.8×2×10=96 cm2；⑦[10槽鋼的彈性模量為：E=2.1×105MPa；⑧[10槽鋼的容許應力為：[σ]=205 MPa；⑨勁性骨架計算跨度L：6.6 m[4]。

4.4.2 勁性骨架框架驗算

1)勁性骨架框架強度計算：

q=(1.2×8.3+1.4×10)/(2×6.6)=1.82 kN/m

Mmax=0.125qL2=0.125×1.82×6.62=9.9 kN/m

[10槽鋼的彎曲應力為：

經計算勁性骨架架體框架強度滿足施工要求。

2)勁性骨架剛度驗算：

[10槽鋼的最大容許撓度為：

經計算勁性骨架架體框架剛度滿足施工要求。

4.4.3 勁性骨架支撐腿驗算

單肢支撐腿承載力：

N=[1.2×(8.3+3.6)+1.4×10]/4=7.07 kN

單肢支撐腿承載力完全滿足抗壓強度要求。

結論：勁性骨架整體滿足施工承載力要求。

5 設計及應用

渝廣高速公路二期工程空心薄壁墩墩身采用7 m×3.4 m和7 m×3 m兩種型式，空心墩壁厚50 cm，墩身高度36.5～67 m。分別設計采用6.6 m×2.6 m和6.6 m×3 m兩種尺寸型式勁性骨架用于現場鋼筋安裝、模板安裝等工序。安裝后用于作業人員鋼筋安裝、模板安裝作業，極大提高了鋼筋安裝精度以及混凝土成型后整體外觀質量，經試驗檢測空心薄壁墩鋼筋間距、保護層合格率由原來的60%提高至93%。墩身豎直度、整墩結構偏位合格率100%，同時確保了作業人員施工安全，具有較大社會及經濟效益。

6 結束語

渝廣高速公路項目部本著安全優質與經濟節約的原則，在滿足施工荷載要求的前提下，勁性骨架采用型鋼、鋼筋、鋼管組合拼裝焊接而成的桁架結構，在墩身澆筑至15 m高時開始安裝勁性骨架可以起到穩固鋼筋骨架的作用，確保鋼筋工程安裝、綁扎的安全性。鋼筋綁扎時通過勁性骨架實現定位，以保證鋼筋安裝精度符合要求，并有利于管控好保護層的厚度。同時安裝模板時可以利用勁性骨架對模板位置進行精確調整和固定，對墩身的整體偏位能起到控制作用。本文通過對空心薄壁墩高墩施工增設勁性骨架后，對墩身整體的質量控制、作業人員施工安全有了顯著的提高，具有較高的應用價值。

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