保阜高速黑崖沟2#特大桥1205m柔性薄壁空心高墩施工技.docx

特大桥120.5m柔性
薄壁空心高墩施工技术

黑崖沟2#特大桥120.5m柔性薄壁空心
高墩施工技术
1、工程概况
保阜（保定——阜平）高速公路（黑崖沟2#特大桥所在项目）横贯太行山区，主桥采用（70+3×127+70）m预应力混凝土连续刚构桥，曲线半径为800m；引桥采用5孔一联跨径40m的装配式预应力混凝土T形连续梁，引桥跨径组合为：5×40m（起点侧），（5×40m）×2（终点侧），桥跨全长为：5×40m+（70+3×127+70）m+（5×40m）×2＝1121m。
该桥设计共19墩2台，薄壁空心柔性高墩共24个，平均高度84m，其中最高墩为120.5m（7#墩）。墩身设计双侧三次变坡，分别为56：1、80：1及等截面。其中6、7、8、9#墩为控制性主墩。本桥施工主要工程特点如下：1、自然气候条件恶劣：该桥处于太行山腹区，昼夜温差大，6~7月份多雷雨，年平均气温9.17℃，极限最低温度25℃，每年的11月初到来年的3月底属于桥梁施工冬歇期，可有效利用时间为7个月。
2、地质复杂：大桥位于中低山及沟谷，两侧山坡基岩出露，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“W”型谷状，桩基地质不符变更达到75%。
3、地形难度大：山高谷深，场地狭窄，除了勉强在在线路左侧修建了一条施工便道，谷中没有一块较大平整可以利用的施工场地，施工场地狭窄，给现场布置带来很大的困难，使施工作业不能全面展开，大型机械设备不能合理配置施工。
4、桥梁结构综合施工难度大：2、施工方案制定
总体施工方案
1、总体施工方案原则：合理的利用塔吊设备，保证较快的施工速度，满足计划工期及质量要求，尽可能的减少成本投入。
2、施工顺序安排：基础按照先下后上的顺序施工，下坡方向桥墩基础施工完成后，才能开始上坡方向桥墩基础施工。重点保证6、7、8、9#主墩施工进度，各用一套翻模，先期同时开工， 其中7、8#墩为该桥的主控项目；其他引桥墩台为一般控制项目，主要作为主墩施工的调剂型工程。
3、全桥平面布置：从线路的左侧修建施工便道，便道与线路呈“S”型基本贯穿各墩台，全桥布设QTZ80塔吊9台，0~10m范围最大起重量为8t；在6、7、8、9#主墩左侧分别安放施工电梯一台，中心拌和站设在距桥2Km处，沿施工便道左侧设有料场及施工人员驻地。
4、水平及垂直运输方案：主要材料的水平及垂直提升使用塔吊，混凝土采用HBT80C型混凝土泵车进行直接泵送。
高墩施工方案制定
高墩施工的关键是选好墩身模板方案，我们对定型钢模、平台翻模、液压平台滑模几种方案进行综合比较，对模板方案进行了深入细致的研究，并进行了优劣比较：①定型钢模由于不能重复使用，材料用量浪费，耗资巨大，施工作业内外平台难以布置，不能满足高墩施工要求；②滑模施工难以保证高墩线性控制，不能保证混凝土外观质量，同时在托盘顶帽处必须更换平台，操作复杂，效率不能发挥；③抽芯式翻模较适合该桥的施工要求，采用塔吊整体提升施工内平台，外平台安装于模板外侧，人员立足墩身混凝土，便于安全操作，内平台设计与模板系统分离，拆卸方便，施工收坡简单易行，调模及对中工作量小，精度高；但存在抗风、抗扭性比较差等缺点。
墩身施工时，塔吊提升一般材料，施工电梯运送施工人员，混凝土输送泵输送混凝土，输送泵管道设在墩身外部，每6m预埋钢板进行加固。施工内平台高于模板口50cm，泵管走行于内平台上，墩身任意方位混凝土均可入模；墩身施工每隔7.5m预埋电梯附墙预埋件A型或B型。
3、需要研究解决的关键技术
在高墩施工过程中，为保证施工安全、迅速、保证高质量的完成结构施工，必须研究解决以下关键技术问题：
1、抽芯式翻模模板设计与改进；
2、高墩直螺纹套筒连接技术；
3、高墩施工线性控制技术；
4、采用分块预制吊装预留后浇带形成整体高墩横隔板技术；
5、高墩混凝土泵送技术；
6、深谷飓风高墩大跨桥梁施工安全技术措施研究；
4、施工机具及劳动力配置情况说明
根据现场地形地势情况充分比选塔吊的，根据全桥混凝土设计方量大小、单次施工混凝土方量、地形地势等情况，合理设置搅拌站和混凝土输送泵。以便满足施工需要。墩柱施工主要机具统计详见下表。
黑崖沟2#特大桥墩柱施工主要设备登记表
序号
设备名称
设备型号
设备数量
生产厂家
外型尺寸
设备功率
备注
1
塔吊
QTZ80
9座
山东明威

74

2
柴油发电机组
250GF
1台
扬州英泰
3.3×2.1×2.5
250
电压400V
3
拖式砼输送泵
HBT80C-2118
2台
湖南三一重工
7.39×2.1×2.17
132
增加320m150管子
4
装载机
ZL-300
1台
柳工

92
1.7立方/方
5
搅拌机
JS1000
3台
山东济南
7.6×3.3×6.5
搅拌30/提升/7.5/水泵1.1
运输尺寸4.4*2.25*2.62
6
混凝土配料机
2HPD1200AⅢ
3台
山东济南
7.97×1.94×2.77
12
210立方/小时
7
卷扬机
JM6A
2台
南通力威机械有限公司
1.88×1.5×0.9
22
配钢丝绳6*19-22，平均速度16.4m/min
8
卷扬机
JM6B
2台
南通力威机械有限公司
1.88×1.38×0.9
15
配钢丝绳6*19-22，平均速度11.7m/min
9
钢筋切断机
GQ-40
12台
河南长葛华威
1.2×0.45×0.6
2.2
切Φ32钢筋
10
钢筋弯曲机
GW-40
12台
郑州市宇兴通用
0.76×0.76×0.71
3
弯Φ32钢筋
11
交流电弧焊机
B×1-400A
30台
重庆三峡
0.6×0.4×0.6
23.2

12
交流电弧焊机
BX3-630-1
1台

13
变压器
500+250KVA
1台

含一级配电柜
14
钢筋直螺纹滚丝机
GSJ40
8台
北京

劳动力组织表：
序号
工 种
人数
分工
1
队 长
1
全面负责各班组协调工作
2
技术人员
7
负责班组技术工作
3
安 质 员
8
负责班组安全施工及质量检查
4
测 量 工
3
放线及施工测量控制
5
试 验 员
4
原材质量控制及配合比选择
6
班 长
2
负责各班组全面工作
7
起 重 工
18
缆索吊使用、维修及保养
8
电 工
6
施工现场电器维修及安装
9
信 号 员
18
墩身平台施工与塔吊联系
10
模 板 工
50
模板组装、拆除、吊运
11
钢 筋 工
40
墩身钢筋下料、绑扎，平台各部件焊接
12
混凝土工
40
混凝土捣鼓
13
普 工
30
混凝土拌和及材料运输
合 计
227

5、施工方案实施
5.1抽芯式模板的设计与改进
5.1.1方案比选
方案一：外模采用一墩到顶大块钢模，内模采用翻板爬模：
优点：（1）、模板设计时纵、横向均按照设计尺寸，有利于保证混凝土的外观质量和墩柱几何尺寸；（2）、模板单位重量小（80kg/m2），便于安、拆施工；（3）、模板倒用次数少，可以避免因模板倒用变形，影响混凝土外观质量；
缺点：（1）、一套模板总重量大（达288t），增加模板的成本费用；
方案二：内、外模采用抽芯大块翻板钢模：
优点：（1）、一套模板总重量小（达44t），有利于节约模板的成本费用（节约投入达166万元）
缺点：（1）、模板设计时采用抽块调整结构尺寸及墩身坡比变化，角模和抽块接处最大理论错台为1.5mm，严格控制才能保证混凝土的外观质量；（2）、模板单位重量大（80kg/m2），安装时需要调坡，需要加强对工人的培训才能提高施工速度；（3）、模板倒用次数多（本墩柱需倒用21次），应严格模板倒用时的变形，才能保证混凝土外观质量。
5.1.2内、外模设计
内模和外模各加工一套抽芯翻模，模板每套四节，每节2m高，每次浇筑砼高度为6m，每浇筑一次，按照一定的模数逐节更换角模及大块平模之间的抽块，抽块的倒用次数2次（左右副各一次），保证墩柱截面尺寸误差小于1.5mm。
5.1.3模板提升与调节
（1）模板提升
内、外模板均采用塔吊提升，人工配合拆立模。
（2）模板调节和加固
相邻模板之间用螺栓连接，夹海绵条防止漏浆，模型上配有定位销，确保模型位置准确，不留错台，内外模型之间采用φ20mm拉筋连接，拉筋采用U-PVC管护套，方便倒用。
5.1.4结论
全桥共设计8套模型，满足施工要求，解决了墩柱外坡比不一致、截面尺寸变化大等矛盾，节约成本达166万元。

5.2.1施工方案比选
主墩钢筋设计量φ32（约3437吨）、φ28（约1905吨），钢筋用量大，平均每米墩身钢筋6吨。
方案一：埋弧对焊技术
优点：（1）节约材料，钢筋的损耗小；（2）操作简单，工人很容易接受；（3）成本低；
缺点：（1）适用小于φ25的钢筋；（2）多台同时使用，对电压、电流要求高；
方案二：搭接焊接技术
优点：（1）操作简单，工人很容易接受；
缺点：（1）材料损耗大，成本高；（2）立焊质量不宜保证；（3）焊接浪费时间，工期不宜保证；
方案三：滚轧直螺纹套筒连接技术
优点：（1）墩身施工和钢筋加工可平行作业，节省工期；（2）钢筋损耗小，节约材料；（3）不受电压限制，安装简单；
缺点：（1）套丝合格率偏低；
5.2.2、滚轧直螺纹套筒连接施工要点
（1）在进行钢筋连接时，钢筋规格与连接套筒规格一致，并保证丝头和连接套筒内螺纹干净、完好无损。
（2）采用标准型套筒连钢筋时，先对正一端钢筋中线旋入另一侧钢筋，用手拧至不动时，采用扳手或管钳对套筒进行旋拧。
安装时，首先把连接套筒的一端安装在基本钢筋的端头上，用扳手或管钳等工具将其拧紧到位，然后把导向对中钳夹紧连接套筒，将待接钢筋通过导向夹钳中孔对中，拧入连接套筒内拧紧到位，即可完成连接。卸下工具后随即检验，不合格的立即纠正，合格的接头作上标记，与未拧紧的接头区分开来，以防有的钢筋接头漏拧，并认真做好现场记录工作。
（3）钢筋连接时用工作扳手将丝头在套筒中央位置顶紧。当采用加锁母型套筒时用锁母锁紧。
（4）钢筋丝头保护帽在钢筋连接前拧入套筒时逐一取下，集中取下多个保护帽。
（5）钢筋接头拧紧后用力矩扳手按不小于下表中的拧紧力矩值检查，并加以标记。
滚轧直螺纹钢筋接头拧紧力矩值
钢筋直径
≤16
18～20
22～25
28～32
36～40
拧紧力矩值/（N·m）
80
160
230
300
360
注：当不同直径的钢筋连接时，拧紧力矩值按较小直径钢筋的相应值取用。
（6）力矩扳手的精度为±5％。
5.2.3结论：
采用直螺纹套筒连接施工工艺，很好的解决了墩身钢筋接头多、钢筋损耗大等问题，同时节省了工期。
5.3、高墩施工线形控制
5.3.1施工方案
墩身下实体施工完成后，放样其左右副中心，做为永久性中心，利用5Kg线坠或垂准仪引至施工平面进行控制其平面结构尺寸。
5.3.2墩身平面标高控制
利用山体自然坡度，将平点设置在较高位置，用平镜对其模板口标高进行控制，其标高误差应不大于5mm。
标高的有效控制，可避免墩身在不断升高过程中，由于误差累计而造成模板出现倾斜、板缝太大及墩身内外坡比达不到设计要求。
5.3.3墩身模板组装
墩身模板组装质量标准
序号
项目
允许误差
检查方法
1
表面平整度
5mm
2m靠尺和塞尺不少于3处
2
高程
±5mm
测量
3
相邻模板表面高低差
2mm
尺量
5.3.4墩身防扭曲控制
5.4、采用分块预制吊装预留后浇带形成整体高墩横隔板技术
5.4.1方案比选

托架施工方案图

方案二、满堂架法施工
满堂架施工方案是利用墩身内空搭设脚手架，在顶部利用托架调整标高，上铺槽12作为主梁，间距1.1m，分配梁采用槽10，间距0.7m。
优点：隔板和墩身一次浇筑，外观良好！
缺点：1、模板拆除及钢管架拆除安全风险大，同时复杂的钢管支架从空心墩有限空间内不容易吊装出墩。2、资金投入大。3、影响工程进度及工期，每循环耽误工期4天。
满堂架施工方案图

方案三、采用分块预制吊装预留后浇带形成整体来施工高墩横隔板的方案
隔板分四块预制，每块重量约6吨（QTZ80型塔吊在10m范围可吊装8吨，满足施工要求），钢筋按照设计图纸进行布设，钢筋外露20cm，吊装完成后主筋进行焊接处理，在空心墩部分吊板浇注后浇带部分混凝土，整个横隔板形成整体并嵌入墩身内部，从而满足设计受力要求。
优点：1、避免了拆底模的安全风险。 2、安装只需要2小时即可完成，省工省时。3、可与墩身施工平行作业，减少相互干扰。4、经济性良好。
缺点：墩身内横隔板部分因二次后浇带施工，控制不好时外观质量稍差。

吊装预制钢筋混凝土板施工高墩横隔板方案图

5.4.2隔板方案实施控制要点
（1）隔板预制
场地选择在距墩身50m左右料场预制，可根据施工人员的时间安排，提前按照技术交底进行预制，隔板分4块预制，尺寸为4.3×1×0.6m。板上预埋两个φ16吊环。
（2）隔板吊装
采用墩身施工的QTZ80型塔吊进行分块提升，保证隔板在墩身倒角上压15~20cm，同时保证后浇带的宽度。
（3）连接钢筋焊接
对于预留的钢筋，必须按照规范要求对钢筋进行焊接，保证主筋受力良好。
（4）后浇带施工
钢筋在焊接完成后，采用1.8cm的杨木板对宽20cm的后浇带封底，后浇筑混凝土，将隔板形成整体受力状态。
5.4.3.结论
采用吊装预制砼板施工比托架法、满堂架法施工关键线路工期缩短20天。节约施工成本131.95万元。
5.5、高墩混凝土泵送技术
混凝土工程是一个系统工程，高墩泵送混凝土如何能够顺利到达墩顶，和每一个细小的环节都分不开。高墩混凝土输送目前基本上采用泵送混凝土，针对现场实际情况，我们购置的三一重工HBT80C型混凝土输送泵。
泵送高度水平换算长度表
类别
单位
规格
水平换算长度m
向上垂直管
每米
100mm
125mm
150mm
3
4
5
弯管
每根
90度R=0.5
R=1.0m
12
9
软管
每5-8m长的1根
20
注：1、弯管的弯曲度小于90度时，需将列表数值乘以该角度与90度的比值；2、斜向配管时，根据其水平及垂直投影长度，分别按水平、垂直配管计算；
5.5.1高墩泵送混凝土施工要点
（1）泵送混凝土的水灰比宜为0.4—0.6，在满足可泵性要求条件时可适当降低水灰比；砂率宜为38%—45%；最小水泥用量不小于300Kg/m3。
混凝土坍落度经时损失值
大气温度（℃）
10—20
20—30
30—35
掺外加剂混凝土坍落度损失值(mm)
5—25
25—35
35—50
（2）混凝土输送泵管扶着墩身上升，在墩身上预埋钢板，每6m加固一道。
（3）泵送混凝土堵管防止：
混凝土浇筑过程中，保证混凝土和易性、保水性、粘聚性，快速连续浇筑。
洗泵过程中若发生堵管，输送班值班人员配合现场值班领工，落实施工队把泵管清洗干净后方可下班。
在混凝土浇筑前，清洗活塞必须放置在水中，充分的让吸收水分，从而保证海绵球在泵管中的密封效果。
泵管清洗必须采用清洗活塞和海绵球， 40m以上使用完整海绵球不得少于两个。由于墩身立管比较长，在高墩浇筑混凝土时，泵车前3.5m处安装闸板阀，洗泵时，先将闸板阀关闭（防止立管混凝土倒流），泵车料斗清洗干净后，在S阀安装清理活塞及海绵球（注意顺序）。注意：必须清理干净S阀中的混凝土，清洗活塞及海绵球方可放置的下。
5.6、深谷飓风高墩大跨桥梁施工安全技术措施研究
针对飓风高墩大跨连续梁快速施工，作业难度大、技术新、工艺高的特点，成立了科技攻关组，开展科研论证和施工方案定制，确立了研究试验课题，分工负责，责任到人，加大科技投入，关键施工技术进行试验，掌握方法取得经验后在进行实施，从而确保施工质量和安全。主要试验内容及方法：
5.6.1抽芯式翻模组拼试验
出厂前对模板进行组拼，量测组拼后各部位的尺寸，检测模板整体刚度及检验加工精度，后进行统一编号，保证墩身混凝土质量。
5.6.2塔吊安装、顶升试验
随着墩身高度增加，塔吊分别进行静载、动载试吊，测量塔架位移，观测塔架垂直度等各部位的变化，为安全提供可靠的数据。
5.6.3风载试验
在风力小于6级的情况下，大块平模吊装迎风受力摆动，积累风速和塔吊施工摆动的关系，确保施工安全。
6、效益比较
6.1技术经济及效益分析
6.1.1、人才效益分析
通过对120.5m高墩抽芯模板、隔板的设计与施工。锻炼了技术人员的设计与施工控制能力，成立了《大体积混凝土内外温差控制QC小组》、《高墩翻模施工混凝土外观质量控制QC小组》、《提高大直径直螺纹套筒连接一次合格率》、《减少大高度、远距离泵送混凝土堵管频率QC小组》；合理化建议《采用分块预制吊装预留后浇带形成整体高墩横隔板技术》等取得了很好的人才效益。
6.1.2、经济效益分析
通过高墩抽芯翻模的设计与应用，经济效益明显：
本工程“采用分块预制吊装预留后浇带形成整体高墩横隔板技术”与“托架法及满堂架法施工”相比共节约资金131.95万元（具体见费用对比表）。
6.2社会效益
11.2.1、通过抽心式翻模的设计、施工研究，为以后类似工程提供成熟经验。
11.2.2、通过“采用分块预制吊装预留后浇带形成整体高墩横隔板技术”，减少施工投入的优点，弥补模板拆除安全风险大的缺点，大幅提高了功效。
11.2.3、“高墩混凝土泵送技术”的应用，克服了泵送堵管浪费混凝土的缺点，为企业节约成本、为国家节约能源，给以后类似项目提供成熟经验。
11.2.4、黑崖沟2#特大桥施工技术，业主单位邀请我们联合科研立项，给公司在河北市场创下了良好的声誉。