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摘要：通過分析清水川特大橋空心墩封頂施工的工程實(shí)例，比較了3種常用施工方法，選擇采用預(yù)制蓋板封頂施工法，應(yīng)用結(jié)構(gòu)力學(xué)原理計(jì)算并確定了預(yù)制蓋板的結(jié)構(gòu)尺寸，詳細(xì)闡述了具體施工工藝流程，在降低成本的同時(shí)也大幅縮短了施工時(shí)間，保證了橋梁施工的安全和質(zhì)量，該工程的安全順利施工為同類工程施工提供了一定的借鑒作用。

關(guān)鍵詞：空心墩；封頂；蓋板；墩身；施工工藝

20世紀(jì)70年代以來，隨著橋梁施工新工藝的發(fā)展，薄壁空心墩技術(shù)日益廣泛應(yīng)用，其中空心墩封頂施工是橋梁下部結(jié)構(gòu)施工中難度較大的一個(gè)環(huán)節(jié)。新建鐵路府谷煤炭專用線工程清水川特大橋位于陜西省榆林市府谷縣哈鎮(zhèn)境內(nèi)，為跨越黃河一級(jí)支流清水川而設(shè)。全橋空心墩數(shù)量多而且高度高，墩身采用拼裝鋼模板翻模施工，選擇合理的墩身封頂施工工藝，可以加快模板周轉(zhuǎn)、節(jié)省工期、保障安全、降低成本。

1清水川特大橋工程概況

清水川特大橋?yàn)閱尉€曲線橋，橋梁起止里程為DK19km+826.102m～DK20km+817.807m，中心里程為DK20km+321.955m，全長(zhǎng)991.705m，共計(jì)31個(gè)墩臺(tái)，其中實(shí)心墩4個(gè)，空心墩25個(gè)，T型單線橋臺(tái)2個(gè)。橋墩采用圓端形實(shí)體墩（1號(hào)、27~29號(hào)）和空心墩（2～26號(hào)）兩種，最高墩（8號(hào)、10~12號(hào)、15號(hào)）高52m。25個(gè)直曲線空心墩高30.5～52m，外坡率為45∶1，內(nèi)坡率為80∶1，墩頂設(shè)置有3.5m高的實(shí)體段，墩頂壁厚（上倒角下端）為0.5m，上倒角為1000mm×500mm，墩頂直線段為2.4m，頂部圓端直徑為4.4m。圖1為橋墩設(shè)計(jì)尺寸示意圖。

2空心墩封頂方案的選定

墩身采用拼裝定型鋼模板翻模施工，配備2套模板，每6m一個(gè)節(jié)段連續(xù)施工。由于高墩封頂施工難度大，施工安全要求高，此次空心墩封頂計(jì)劃分2次澆筑完成：第一次澆筑0.5m；待已澆筑的混凝土達(dá)到一定強(qiáng)度后，利用已澆筑的混凝土和支撐體系，進(jìn)行第二次剩余3m的混凝土澆筑。在確定墩頂封頂方案時(shí)，筆者考慮了3種施工方法。1）滿堂腳手架施工法。該施工法是最常見的解決豎向受力的施工方法，該橋橋墩封頂施工存在以下4點(diǎn)問題：一是清水川特大橋是單線橋，空心墩的內(nèi)部空間較小，施工人員作業(yè)空間受限；二是該橋空心墩內(nèi)部高度最高為45m，滿堂腳手架按照900mm×600mm×900mm布置，單個(gè)墩身需鋼管10t左右，材料需求量大；三是鋼管腳手架只能通過底部的1.2m×0.8m預(yù)留小孔道運(yùn)輸，材料運(yùn)輸不便；四是施工周期長(zhǎng)，腳手架的利用率低，施工成本高。鑒于上述原因，采用滿堂腳手架施工法進(jìn)行橋墩封頂作業(yè)周期長(zhǎng)、成本高，決定不采用2）安裝牛腿支撐施工法。該施工法是在墩身上倒角下部預(yù)埋鋼板，焊接工字鋼牛腿支撐，在其上搭設(shè)槽鋼、方木，再鋪上模板。與滿堂腳手架施工法相比有明顯的優(yōu)勢(shì)，但是該施工法也存在以下2點(diǎn)問題。一是在墩身安裝牛腿，改變了橋墩的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，其受力情況發(fā)生了改變，需要找設(shè)計(jì)院進(jìn)行溝通并另外出圖；二是預(yù)埋材料量大、焊接施工量大，施工完成后整個(gè)體系的拆除難度也較大。因此，該施工法也不是一個(gè)最佳方案。3）預(yù)制蓋板封頂施工法。該施工法利用預(yù)制好的蓋板作為封頂?shù)牡啄?，澆筑完成后，蓋板與墩身成為一個(gè)整體，無需再取出。蓋板還可以提前集中預(yù)制，不影響墩身施工。施工過程中利用吊車吊裝，操作方便，工期較短且經(jīng)濟(jì)性較好。只要蓋板的設(shè)計(jì)檢算滿足力學(xué)性能要求，方案就能實(shí)施[1-2]。因此決定采用預(yù)制蓋板封頂施工法進(jìn)行施工。

3蓋板的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

3.1蓋板的結(jié)構(gòu)尺寸根據(jù)空心墩頂部空心段尺寸及封頂面積，設(shè)計(jì)出所預(yù)制的鋼筋混凝土蓋板的結(jié)構(gòu)尺寸。還可以根據(jù)封頂面積大小及吊裝難易程度，確定蓋板分段預(yù)制的大小。清水川特大橋墩內(nèi)頂為圓端形，圓端的直徑為2.36m，直線段為2.4m。圖2為墩身內(nèi)頂空心結(jié)構(gòu)尺寸示意圖。由于設(shè)計(jì)蓋板厚100mm，與上倒角搭接100mm，因此圓端部分的蓋板直徑為2.56m。蓋板總面積為11.29m2，厚100mm，重2.8t，為了吊裝的安全方便，計(jì)劃將整個(gè)面積縱向分割為4個(gè)部分，預(yù)制兩種型號(hào)的蓋板：a形板和b形板。圖3為預(yù)制蓋板結(jié)構(gòu)尺寸示意圖。3.2蓋板的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)采用100mm×100mm單層鋼筋網(wǎng)片及直徑φ10mm雙HPB235鋼筋，鋼筋保護(hù)層上下各為40mm，四周為30mm。圖4為蓋板鋼筋布置圖。3.3蓋板的結(jié)構(gòu)計(jì)算1）蓋板上部需承受荷載計(jì)算。由于墩頂分兩次澆筑施工，蓋板只承受0.5m高的混凝土自重荷載，按照最不利情況，取1.25m板寬進(jìn)行檢算。0.5m鋼筋混凝土自重荷載為q1=1.25m×0.5m×25kN/m3=15.625kN/m。取鋼筋混凝土（含鋼筋）的自重為25kN/m3，則鋼筋混凝土蓋板自重荷載為q2=1.25m×0.1m×25kN/m3=3.125kN/m。振動(dòng)器振搗產(chǎn)生的荷載取q3=2kN/m。傾倒混凝土產(chǎn)生的荷載取q4=3kN/m。恒荷載安全系數(shù)為1.2，活荷載安全系數(shù)為1.4，則蓋板恒荷載設(shè)計(jì)載荷g=1.2×（15.625+3.125）kN/m=22.5kN/m。蓋板活荷載設(shè)計(jì)載荷q=1.4×（2+3）kN/m=7kN/m2）跨中彎矩最大值計(jì)算。最大彎矩值為Mmax=18g+ql2=22.5+78×2.362kN•m=20.538kN•m.（1）由《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理》[3]可知：C35混凝土軸心抗壓強(qiáng)度fc=16.7MPa，a1=1，HPB235鋼筋fy=210MPa。混凝土保護(hù)層厚度為40mm，蓋板有效高度為h0=100mm-40mm=60mm。按等效矩形應(yīng)力圖形計(jì)算的受壓區(qū)高度為x=h01-1-2Ma1fcbh02姨姨姨=60mm×1-1-2×205380001×16.7×1250×602姨姨姨=19.6mm.（2）縱向受力鋼筋截面面積為As=a1bxfcfy=1×1250×19.6×16.7210=1948mm2.（3）As＞ρminbh=0.34%×1250×100=425mm2.（4）As＜ρmaxbh=4.88%×1250×100=6100mm2.（5）驗(yàn)算適用條件為ξ=x/h0=19.6/60=0.327＜ξb=0.614.（6）3）鋼筋選配。鋼筋選用直徑φ10mm雙HPB235圓鋼，間距100mm，保護(hù)層厚40mm，則寬1.25m的板配置26根直徑φ10mm雙HPB235圓鋼，截面積A=2042mm2。由于ρminbh=425mm2＜A=2042mm2＜ρmaxbh=6100mm2，因此蓋板不會(huì)出現(xiàn)少筋和超筋破壞。根據(jù)現(xiàn)有配筋面積，計(jì)算受壓區(qū)計(jì)算高度為x=fyAsa1fcb=210×20421×16.7×1250mm=20.54mm＜ξbh0=0.614×60=36.84mm.（7）Mu=a1fcbx（h0-x/2）=1×16.7×1250×9.5×（60-20.54/2）kN•m=21.32kN•m.（8）K=Mu/M=21.32/20.538=1.04＞1.（9）滿足要求。4）墩身倒角抗剪計(jì)算。取1.25m板寬計(jì)算，則總載荷為P=2.56m×（22.5+7）kN/m=75.52kN；剪力為Q=P/2=37.76kN；剪應(yīng)力為τ=Q/A=37.76kN/1250mm×100mm=0.302MPa；容許剪應(yīng)力為τc=0.17fc=0.17×23.4MPa=3.972MPa；其中，fc為軸心抗壓強(qiáng)度，C35混凝土取fc=23.4MPa。由于τ＜τc，因此滿足要求。通過上述檢算，該蓋板的設(shè)計(jì)可以滿足施工的要求。

4墩身封頂?shù)木唧w施工工藝流程

墩身封頂?shù)木唧w施工工藝流程為：施工準(zhǔn)備→預(yù)制蓋板→待墩身上倒角施工完畢吊裝蓋板→墩頂支?！枕斀変摻睢谝淮螡仓炷?.5m并養(yǎng)護(hù)→第二次澆筑混凝土并養(yǎng)護(hù)[4]。1）蓋板預(yù)制。該工程設(shè)有混凝土預(yù)制廠，封頂蓋板集中預(yù)制。為了避免影響墩身封頂施工，應(yīng)至少提前28d完成對(duì)所用對(duì)應(yīng)墩身施工的蓋板。預(yù)制蓋板采用同強(qiáng)度等級(jí)的C35砼澆筑，平板振動(dòng)器振搗密實(shí)，同時(shí)制作混凝土試塊，以檢驗(yàn)混凝土28d齡期的立方體抗壓強(qiáng)度，評(píng)定混凝土的質(zhì)量。澆筑完畢后，及時(shí)灑水，覆蓋養(yǎng)護(hù)。2）上倒角施工。采用拼裝定型鋼模板施工，支立模板后按要求綁扎鋼筋。模板采用對(duì)拉桿加固，拉桿采用直徑φ25mm的精軋螺紋鋼，拉桿橫向間距為1.4m，豎向間距為0.4～1.0m（外套PVC管）。分段均勻澆筑混凝土，人工使用振動(dòng)棒振搗密實(shí)，澆筑完成后進(jìn)行砼養(yǎng)護(hù)，待達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度的75%后拆除內(nèi)倒角模板，并對(duì)PVC管注漿處理。3）蓋板吊裝。根據(jù)蓋板的重量并結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況，選用既有的QY50吊車進(jìn)行吊裝作業(yè)。吊裝作業(yè)前檢測(cè)蓋板混凝土的強(qiáng)度，達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度的80%方可起吊。預(yù)制蓋板時(shí)在蓋板的4個(gè)角預(yù)埋4個(gè)吊環(huán)，吊環(huán)采用直徑φ20mmHPB235鋼筋，底部與主筋焊接。為保證吊裝時(shí)蓋板水平，采用等長(zhǎng)的4條鋼絲繩分別吊住4個(gè)吊環(huán)。提前彈好位置墨線，確保蓋板兩側(cè)受力均勻，方便安裝。為了防止蓋板吊裝完畢后的水平移動(dòng)，上倒角施工時(shí)在對(duì)應(yīng)蓋板的外圍20mm埋設(shè)豎向間距為0.5m、長(zhǎng)為200mm、埋深為100mm的直徑φ10mmHPB235鋼筋。最后用砂漿填塞蓋板之間的縫隙，防止發(fā)生漏漿問題。4）墩頂支模并綁鋼筋。橋墩模板采用大型組合鋼模板，圓弧模板與平模板之間邊框除用直徑φ16mm高強(qiáng)螺栓連接外，還采用抱箍連接，加強(qiáng)模板整體受力。鋼筋加工按照?qǐng)D紙要求進(jìn)行。5）墩頂混凝土澆筑。墩頂3.5m分2次澆筑完成：第一次為蓋板吊裝到位后進(jìn)行0.5m澆筑；第二次待其達(dá)到一定的強(qiáng)度后進(jìn)行剩余3m澆筑。施工前先對(duì)混凝土結(jié)合面進(jìn)行鑿錨清洗處理。將混凝土先均勻傾倒在圓環(huán)四周，避免澆筑在蓋板上。結(jié)束后及時(shí)灑水覆蓋養(yǎng)護(hù)，達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度的75%時(shí)拆除外模，完成墩頂施工。

5結(jié)束語

清水川特大橋空心高墩封頂施工單個(gè)墩身消耗鋼筋300kg左右。與其他兩種施工方法比較，預(yù)制蓋板封頂施工法在降低成本的同時(shí)也省工省力，大幅縮短了施工時(shí)間，保證了橋梁施工的安全和質(zhì)量，為同類工程施工提供了一定的借鑒作用。

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