【摘 要】：随着高速公路在山岭重丘区的修建，中，特大桥的设计相对增多，而墩柱也由几十米增高到上百米，施工难度和安全风险逐步增大，如何采取有效的施工技术保证高墩施工安全和质量是值得探讨的。文章结合湖北沪蓉西高速公路龙潭河特大桥的施工实践，介绍了高墩机械设备选型、采用提升爬架翻转模板施工技术进行薄壁空心高墩施工的施工工艺及线型控制。

　　【关键词】：双肢薄壁空心高墩,爬架, 翻模,施工技术

　　一、工程简介

　　龙潭河特大桥是沪蓉国道主干线湖北宜昌至恩施高速公路上的一座重要桥梁，位于湖北宜昌长阳县榔坪镇槐树村，架立于凤凰山两座山头之间，跨越龙潭河，距离318国道约500m，桥梁东西走向，左右线分离式，左线桥孔跨布置为5×40+106+3×200+106+4×40m，右线桥孔跨布置为4×40+106+3×200+106+4×40m，上部结构主桥106+3×200+106m采用变截面预应力混凝土连续刚构箱梁，两岸引桥采用预应力混凝土40米T梁，先简支后刚构。设计荷载：汽超一20级，挂车一120级;设计时速：80km/h。

　　主桥桥墩为双肢变截面矩形空心薄壁墩，墩身混凝土设计标号C50，壁厚0.7米，肢间净距9米，纵向每墩双肢外侧均按100：1放坡，横向根据墩高采用分段放坡方式，从上到下每60米分别采用100：1、60：1和40：1三种坡率，每肢墩顶尺寸均为3.5×8.5米，最大墩高178米，居世界同类桥梁墩高之首。该桥主桥墩身高度高，安全风险大，施工周期长，薄壁空心高墩施工是该桥施工的重点和难点。现结合龙潭河特大桥工程特点，探讨双肢薄壁空心高墩施工技术。

　　二、机械设备及施工方案的选择

　　为了解决178米高墩混凝土、材料垂直运输，本着安全、经济、科学的原则，通过工作性能和经济效益比较，进行了机械设备的选型、配套及选择了方案的选择。

　　(一)施工方案比选

　　第1种：爬模施工。爬模是利用已浇筑的混凝土墩身作为支承，依靠模板提升爬架，依靠爬架提升模板。它集工作平台、支架、模板于一身，无需提升设备，无需为施工模板搭设工作平台，也不需为模板搭设支架，依靠自身动力交替垂直或斜向爬升和下降。

　　第2种：滑模施工。滑模施工是借助液压千斤顶在支撑杆上按既定速度爬升，模板下部的混凝土滑出随即抹光，在滑空的模板内再绑扎钢筋，灌注混凝土，再进行提升，如此循环，直至达到设计标高。滑模施工能确保结构整体性，保证工程质量，而且施工进度快，省工省时工效高。但滑模结构复杂，设备投入量大，而且工艺要求严格，混凝土质量难以控制，易形成表面龟裂纹。

　　第3种：翻模施工。翻模通常由3节段大块组合钢模、支架和内外工作平台组成。随着各节段混凝土的灌注，不断提升平台并带动支架，目前多采用塔式起重机配合电动导链使模板不断翻升直至设计标高。翻模施工时，模板、支架及工作平台制作成本相对较低;模板和作业平台可一次安装到位，并且适用于多种混凝土运输和提升方式，施工速度快;对泵送混凝土施工，能够随模板上翻同步接长泵送管道，提高了混凝土灌注速度;能够随时纠正墩身施工误差，便于模板及时清理、修整、刷油;采用塔式起重机或电动葫芦提升模板和工作平台，设备简单，经济合理;拆模后的混凝土表面平整光洁，克服了滑模施工的不足。

　　(二)机械设备选型及配套

　　根据墩身高度及本桥特点， TC5015及5023塔式起重机进行了比选，TC5023塔吊起重独立高度大，起吊能力大，资金投入大，运营成本高，性价比低;TC5015塔吊满足施工起重量，进行体系转换，节约标准，前期资金投入少，运营成本低，性价比高，且通用性强，本项目选择TC5015塔式起重机。

　　混凝土垂直输送是高墩大跨桥一个难点，为成功解决混凝土输送，对国外生产的混凝土泵、国内生产的小功率及大功率泵进行了比选，进口泵送能力强，成本高，国内小功率泵泵送能力小，需接力，大功率泵泵送能力满足施工需要，成本适中，本项目选择了中联重科生产的泵送能力达200米高度HBT80型混凝土泵。

　　综合上述利弊，结合龙潭河特大桥工程施工特点，且从降低成本出发，在传统提升翻模技术优点的基础上进行了改型，自行设计了提升爬架翻转模板，对主桥桥墩墩身采用提升爬架翻转模板法进行施工。采用HBT80型混凝土输送泵，TC5015型独塔高度低的塔式起重机。

　　三、翻转模施工

　　1 翻转模结构

　　翻转模是由三层大块组合钢模板、外模爬架、内模脚手架(利用墩身腔内每30米设置的一道横隔板搭设)、围檩、穿墙对拉螺杆及提升设备(塔式起重机和电动葫芦)组合而成的成套模具。

　　2 模板设计

　　2.1 内外模板结构

　　外模模板分块面大模、角模和收分模板三种类型。模板为双向正交异性结构。竖肋采用[8槽钢，间距500mm;边框为∠80×5mm等边角钢;横肋为∠50×5mm等边角钢，间距400mm;边框和横竖肋均采用贴角交错间断焊与δ5面板焊接，焊缝长度≥15cm，间断距离≤90cm，焊缝高度4mm。设计承受静荷载为水平压力45KN/m2。在高度上划分为1.5+3+1.5=4.5m三层组成，分为3m高大模和1.5m高导向模板，3m大模下部的1.5m导向模板做立模支撑，每一次循环浇筑墩身混凝土4.5m高。模板相互支撑，通过端肋法蓝Φ16螺栓连接，间距200mm。

　　内模采用钢木组合模板，钢模采用建筑行业通用1m×1.5m定型组合钢模，在高度上分4×1.5m高，最下层1.5m高模板作为导向支撑模板。

　　围檩采用2[12.6槽钢焊制成型，围檩竖向间距最大85cm，利用Φ25圆钢作为模板拉杆与内模进行对拉，拉杆水平间距大体按1.2米布置。围檩在墩身角部相互交错，采用丝杠拉接固定，由于墩身收坡造成超出模板范围内的围檩用气割切除。

　　2.2 外模收坡原理

　　鉴于墩身横桥向从墩顶往下每60米分别采用100：1、60：1和40：1三种坡率进行双向放坡，纵桥向每墩双肢外侧均按100：1单向放坡，针对每个变坡段均设计独立角模来控制几何尺寸。角模上下口尺寸相同，而坡率分100：1、60：1、40：1和直角模四种类型，每个阶段角模均需置换使用。

　　为满足由于收坡而引起的每一节段外模尺寸的变化，采用在各变坡阶段内设置不同数量、不同尺寸的抽动模板来完成。例如，纵桥向坡率1：100，墩身每施工四个节段(即18米)抽取一块宽180mm抽动模板，18米内采用四种异型模板调整，异型模板在宽度上级差为45mm。同样，对于横桥向三种坡率的双向收坡，坡率1：100时，每18米抽取宽180mm钢模;坡率1：60时，每9米抽取宽150mm钢模;坡率1：100时，每4.5米抽取宽112.5mm钢模。

　　3 爬架设计

　　3.1 爬架结构

　　墩身每侧爬架均由数个爬架立柱单元通过普通螺栓与型钢([10和[16槽钢)横向连接形成整体;每个爬架立柱单元由前后立柱(2[12槽钢组焊)和连接型钢组成。爬架沿高度方向分为七层，层距2米，每层均可作为工作平台，层层之间设置爬梯供人员行走。

　　3.2 爬架提升系统

　　爬架整体组装成型后，墩身每侧爬架采用整体提升，相对两侧爬架同时提升。提升动力采用4个10吨导链。导链上部着力点布置于设计的墩身四角的劲性骨架上(劲性骨架为∠100×100×10mm角钢组焊为格构式)，吊点位置局部采用[10槽钢加强;下部着力点设在爬架提升吊环上，吊环位置根据爬架立柱单元中心确定，提升前可将导向模板作为配重临时固接在爬架下部，随爬架提升的同时，增加爬架抗倾覆力矩。提升过程中采用扶墙脚轮对爬架运动进行定位导向。

　　3.3 爬架锚固系统

　　每个爬架立柱单元下部均布置有挂臂和下挑梁，分别与上锚板和下锚板通过φ32销轴进行联结;上下锚板均由δ=12mm和16mm钢板焊制而成，通过墩身内外壁之间的穿墙螺栓进行锚固，并根据上下锚板受力情况，上锚使用六根穿墙螺栓，下锚三根，穿墙螺栓为φ25圆钢。穿墙螺栓采取在内外模钻孔，用PVC管预留眼孔的方式，便于周转使用。(注：爬架每次提升高度与翻转模每次循环高度一致，翻转模完成首次循环后，模板上钻制的穿墙螺栓眼孔位置将不再改变，大大方便穿墙螺栓眼孔的预埋)

　　四、墩身施工工艺

　　4.1 施工工艺流程

　　4.2 施工准备

　　模板进场后为了保证墩身外观质量，首先进行模板预拼装，检查模板各部分尺寸、模板接缝及平整度，在承台顶面用全站仪放出墩身边线。4.3 钢筋及劲性骨架的制作与安装

　　根据设计图纸对钢筋和劲性骨架进行下料，为满足翻转模每次循环施工高度(4.5米)，墩身竖向主筋和劲性骨架每次安装9米高，这样安装一次主筋和劲性骨架，可满足翻转模两次循环，缩短了施工周期。主筋采用剥肋直螺纹套筒进行连接，按相关规范进行抽样检测。

　　4.4 模板的安装

　　钢筋绑扎完毕检验合格后进行模板的安装，模板拼装之前先将模板磨光清除干净，涂抹脱模剂，脱模剂采用新鲜机油，涂刷时要轻、薄、均匀，以保证混凝土表面颜色一致。模板拼装完毕后，穿入拉杆进行模板加固。拉杆外套PVC塑料胶管，以便拉杆循环使用。

　　4.5.混凝土的施工

　　由于地势地形的限制，总方量为12.6万m3的混凝土，只能通过位于河床的混凝土输送泵直接泵送施工，泵送混凝土的相对高差在60—207m之间，相对的水平距离在220—366m之间。因此提高远高程泵送混凝土的可泵性，对加快施工进度，提高施工效率和质量，节省劳力和经济费用具有十分重要的意义。

　　(1)混凝土的运输

　　混凝土采用拌和站集中拌和，输送泵输送。输送泵管采用在墩身内预埋螺栓的方式对其进行加固，以保证后续墩身及上部结构施工中泵管使用的安全性。

　　(2)提高远程泵送混凝土采取的措施

　　选择责任心强，有一定的操作经验，加强岗前培训，搅拌机司机、输送泵司机均持证上岗，能够按操作规程对机械进行熟练操作，拌制的混凝土能够满足要求，输送时能均匀泵出。

　　增加称量范围在200kg以内的水称量设备，拌合用水量误差<1%，确保拌合物用水量准确。择优选用引气型减水剂，相对压力泌水率控制在<40%，经时坍损1小时<3cm;优化混凝土配合比，选择适合的砂率及煤灰掺量，使泵送混凝土粘聚性好、不离析并有好的流动性;增加一个细砂料斗，调整粗、细砂掺量，控制砂粗，细度模数大，级配符合规范规定的Ⅱ区，小于0.315筛孔的颗粒含量在18-22%之间;提高混凝土的扩展度;限制泵送速度在20m3/h;泵送前浸湿砂石料，降低砂石等材料的吸水率和泵送速度，减少泵送压力损失大。

　　(3)混凝土的浇注

　　浇注混凝土前，先将将杂物清理干净，接触面洒水润湿。混凝土的振捣采用插入式振动器，振动器的移动距离在30-35cm范围内，与侧模保持5-10cm的距离;混凝土分层浇注，每层厚度控制在30-40cm左右。为保证混凝土的外观质量，在混凝土的浇注过程中试验人员进行混凝土的质量控制，保证混凝土具有良好的和易性、流动性，并严格控制混凝土的坍落度在18-22cm范围内，以保证混凝土表面颜色一致;混凝土浇注过程中有专人看护模板，防止螺栓松动导致跑模影响混凝土质量。

　　(4)混凝土顶面高度的控制

　　因墩身混凝土分节浇注，控制好每节混凝土顶面高度可以保证相邻两段墩身接缝良好，从而保证混凝土的外观美观。当混凝土浇注到顶层时，使混凝土面稍高于模板顶，以便凿毛时方便清洗处理;浇注完毕后派专人用木抹子将模板四周附近的混凝土抹平，使混凝土面与模板顶面平齐，以保证上下两节段为一条平齐的接缝。

　　(5)凿毛

　　为了保证上下两节段混凝土的良好的结合，待混凝土达到强度后进行凿毛，凿毛标准为，首先将混凝土表面的浮浆凿掉，露出石子，凿完后用高压水冲洗干净，保证凿毛的混凝土面清洁。

　　4.6.模板拆卸和翻模

　　凿毛完毕后，提升爬架，即可进行下一循环的劲性骨架安装和钢筋绑扎。钢筋绑扎完成后，待上节混凝土达到拆模强度时后，可拆除底层模板，最上层一节导向模板不拆，作为下一节段模板的持力点。底层模板采用人工配合电动葫芦拆除，电动葫芦挂于爬架顶部。拆除的模板直接提升至下一节段，并安放就位。拆除的模板在提升过程中清除掉板面上的混凝土、涂刷脱模剂进入下道工序。

　　五、TC5015塔式起重机体系转换

　　TC5015塔吊主要用于提升内、外模板、钢筋及其它工程材料等，将TC5015塔吊安装在桥墩两肢之间合适的位置。为了节约塔吊标准节，避免损失，经计算，从墩顶合迁的位置作起点，向下通过标准节的整数数量推算，选择最终点，确定塔吊基础位置，在横系梁上留2×2m天窗，横系梁浇注混凝土并达到设计强度后，转换塔吊到横系梁顶板上，拆除顶板以下标准节，浇注天窗。同样转换到第二道横系梁上，最后在0#块底板及顶板上预留2×2cm的孔，用于穿过塔吊，0#块混凝土达到设计强度后，转换塔吊至0#块顶面，成桥后拆除塔吊。

　　六、线型控制

　　178m高墩受风载、日照、温差等外界因素和砼收缩对高墩施工的影响，选择合理的控制方法是确保墩身垂直度的关键。

　　6.1线型控制方案

　　在优化和平差的控制网基础上，采用精密高的全站仪，先择在日出前或日落后，无风或风速小的时刻，选取刚度大，稳定好的平台上测量，控制桥墩轴线测量、高程测量、墩身垂直度及沉陷观测。

　　6.2测量控制内容和方法

　　6.2.1轴线测量控制

　　轴线测量控制采用传统的方向交会法，在此不作详细叙述。轴线测量的主要目的是控制墩身中心，墩身模板的定位，也是控制前后浇注混凝土共轴性主要手段，同时是墩身平面几何尺寸控制的主要措施。施工中，采用标定的全站仪，观测大气压表，温度计读数，输入全站仪进行自动修正，利用精密控制网点和极坐标法放在墩身稳定性好的平台上放出墩身轴线，同时准确放出模板四个角的控制点的平面位置，采用三角高程法测出模板顶面标高，在安装好的模板顶面上精确测定各角点的坐标，以此为参照对模板进行调整。

　　6.2.2三角程测量控制

　　由于本桥两侧地形高，采用三角水准测量可能有效地消弱大气垂直折光对成果的影响。施工中采用铝合金对中杆对中，不需要量取棱镜中心点高度，也不需要量取仪高，有利于提高精度。具体控制过程为：在放样点和控制水准点之间尽量等距合适位置置镜，在墩身钢筋上做一个前视观测标，测量前后视竖直角(如图)，

　　采用下式计算高差：

　　△ HAP=L2sinβ-L1sinα+(1-K)/2R/(L2cosβ*L2cosβ-L1cosα*L1 cosα)+(D-C)

　　式中：K折光系数 采用0.13-0.14

　　C、D前后视观测点标高

　　6.2.3垂直度测量控制

　　原理及方法如下：

　　1、设站点S位置(在DA延长线上)，并计算其坐标(XS，YS)，M，N为控制网中两个高级控制点

　　YB-YA

　　]YS-YA= (XS-XA)

　　XB-XA

　　DSA=(XA-XS)2+(YS-YA)2

　　直线MS的方位角及放样距离DMS，令△XMS=XS-XM;△YMS=YS-YM

　　αMS=arctan(△YMS/△XMS) 判断△XMS , △YMS所在的象限，确定直线MS方位角，根据M，S两点的坐标，计算MS距离，将全站仪置于M点，后视N点，放出S点大样。倾斜量的计算如下图：

　　在S点置镜，观测墩A点，水平制动归零，观测桥墩(位于AB平面内)，读得θ， 为墩棱角点，小偏角为ε，倾斜量根据下列计算：

　　式中：ρ值为206 265″

　　根据S点所处的位置，判断S点在DA的延长线上，ε>0°，则偏向与线路前进方向一致，ε<360°附近，则偏向线路前进方向相反的方向。

　　根据倾斜方向与倾斜量及时调整模板，严格控制垂直度测量。

　　6.2.4沉陷测量控制

　　高墩施工完成后，组织测量班采用陆地精密几何水准测量，求得墩顶绝对高程，为箱梁0#块施工提供准确高程。

　　6.3技术措施：

　　6.3.1应对日照温差

　　1、尽量选择在早晨光线亮，日照时间不长的时候进行测量;

　　2、配合墩身养护设置喷水装置，使日照时间长的墩身混凝土表面形成水雾(幕)，降低日照温升;

　　3、正确设置通风孔，加强墩外与内腔空气对流;

　　6.3.2大气对流

　　1、按龙潭河口风力进行抗风验算;

　　2、增加临时抗风装置抵抗风力，增强测量平台的稳定性;

　　3、加强与当地气象部门联系，掌握天气变化情况，对于大风天气，停止测量;

　　6.3.3其他

　　1、选取刚度大，稳定性好的平台进行测量作业;

　　2、加强爬架临时荷载的清理，防止大吨位荷载造成爬架偏载;

　　3、所用仪器经过检验与校正，保证仪器横轴垂直于竖轴，确保视准面为铅垂平面，避免倾斜面出现，影响观测精度;

　　4、在松软的地区安置仪器时，注意避免脚架下沉影响仪器的稳定性;

　　5、观测选在大气透明度好，成像清晰，气温低，减少大气折射;

　　七、思考

　　本施工技术在模板设计上存在一些不足，在同类结构施工作如下完善，系统更简单、更安全。

　　1.随升式脚手宜做成可调式框形结构,脚手爬架在确保安全的前提下,重量越轻越便于提升作业, 可调框式结构以与墩身收坡之要求相适应,框式结构紧箍于墩身以策安全,与分片式结构形式相比,没有防倾覆的顾虑.

　　2.模板高宜选成1500mm高,以与3015型标准组合钢模板相配套.

　　3.对空心墩而言,外模翻升以求观感质量,内模爬升以便简化操作;空腔内脚手制成随升式更便于作业;腔内若置有横隔板,其模板宜应定型制作,以利施工.

　　4.拉筋选在Φ16～Φ20间为妥,间距控制在120cm～200cm间,围檩选用8～20槽钢为善.

　　参考文献：

　　[1] 湖北省沪蓉西高速公路施工设计图.中交第二公路勘察设计研究院.2004.9

　　[2] 中华人民共和国国家标准.钢结构设计规范(GB 50017—2003).北京：人民交通出版社，2003

　　[3] 中华人民共和国国家标准.公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范(JTG D62—2004).北京：人民交通出版社，2004

　　[4] 路桥施工计算手册.周永兴，何兆益，邹毅松等.北京：人民交通出版社.2003.7

　　[5] 公路工程施工方法与实例.孙大权，沈天勇. 北京：人民交通出版社.2002.9