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+3127+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：540m（起点侧），（540m）2（终点侧），桥跨全长为：540m+（70+3127+70）m+（540m）21121m。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，67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，010m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：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；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；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QTZ809座山东明威742柴油发电机组250GF1台扬州英泰3.32.12.5250电压400V3拖式砼输送泵HBT80C-21182台湖南三一重工7.392.12.17132增加320m150管子4装载机ZL-3001台柳工921.7立方/方5搅拌机JS10003台山东济南7.63.36.5搅拌30/提升/7.5/水泵1.1运输尺寸4.4*2.25*2.626混凝土配料机2HPD1200A3台山东济南7.971.942.7712210立方/小时7卷扬机JM6A2台南通力威机械有限公司1.881.50.922配钢丝绳6*19-22，平均速度16.4m/min8卷扬机JM6B2台南通力威机械有限公司1.881.380.915配钢丝绳6*19-22，平均速度11.7m/min9钢筋切断机GQ-4012台河南长葛华威1.20.450.62.2切32钢筋10钢筋弯曲机GW-4012台郑州市宇兴通用0.760.760.713弯32钢筋11交流电弧焊机B1-400A30台重庆三峡0.60.40.623.212交流电弧焊机BX3-630-11台13变压器500+250KVA1台含一级配电柜14钢筋直螺纹滚丝机GSJ408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2275、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20mm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32（约3437吨）、28（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25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161820222528323640拧紧力矩值/（Nm）80160230300360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5mm2m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4.310.6m。板上预埋两个16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1520cm，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100mm125mm150mm345弯管每根90度R=0.5R=1.0m129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0.40.6，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（）102020303035掺外加剂混凝土坍落度损失值(mm)52525353550（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。