高墩大跨连续刚构桥施工技术研究报告之二

超高薄壁空心墩外翻内爬模施工技术

1前言

根据对典型高墩大跨连续刚构桥施工稳定性的研究指出，结构的稳定性计算表明，试验模型实测的失稳临界荷载总是大大低于理论的计算值，这是由于结构不可避免地存在一些几何偏差和缺陷，而几何缺陷对临界荷载的影响很大。本项目具有138m 高墩、主跨为160m为一典型的高墩大跨连续刚构，理论分析表明，“T”构在最大悬臂状态下（73m长）时，9#(138m墩高)和8#(130m墩高)墩的稳定特征值较小，稳定安全储备不大，如果高墩的墩身由于施工的原因而出现了偏斜、弯曲等几何缺陷，将会使结构的稳定性大大下降，甚至产生整体失稳的严重后果。在施工中只有严格控制墩身的垂直度，才能使结构的稳定得到根本的保证。

葫芦河特大桥位于陕西黄土沟壑地区，由于工程的特殊地理位置，日照温差较大，而且主墩均为薄壁空心墩，受日照温差影响后，墩身不可避免将出现位移。根据计算，日照温差致使混凝土箱形空心墩身发生弯曲变形，使墩顶发生较大位移，138m的高墩位移甚至可达到3cm±。温度变化对超高墩混凝土结构的受力与变形影响很大，并随温度的改变而改变。在不同时刻对结构状态进行量测，其结果是不一样的，如果在施工控制中忽略了该项因素，就必然难以得到结构的真实状态数据(与控制理想状态比较)，从而也难以保证控制的有效性。因此，在施工控制中必须考虑日照温差对结构的位移影响。

2工程概况

葫芦特大桥是黄陵至延安段高速公路上的一座特大型连续刚构梁桥，位于中国西部黄土高坡陕西黄陵县境内，桥梁全长1468m,主桥为90m+3×160m+90m共660m五跨曲线连续刚构桥，上、下行分离。主梁为三向预应力连续箱梁结构。主桥桥墩采用双薄壁空心墩，单幅由两个4.0m×6.5m薄壁空心墩组成，其中9#墩最高，达138m 高。7#和10#墩壁厚0.5m，8#、9#墩壁厚横桥向0.7m，顺桥向1.2m。主桥桥墩7#、8#、9#、10#高度分别为80m、138m、130m、58m。7#墩单幅从基顶起40m高，8#墩单幅从基顶起44m、86m高,9#墩单幅从基顶起46m、92m高设高度为1m的横撑，将两个薄壁空心墩联接成一体。葫芦河特大桥主桥立面图见图2-1所示，箱梁墩顶和跨中断面图

如图2-2所示，主墩封顶见图2-3，墩身立面和断面图如图2-4所示。群桩基础，矩形承台。

图2-1葫芦河特大桥主桥立面图

图2-2 主梁墩顶及跨中断面主要尺寸图 单位：cm

6#

11# 7#

8#

13

0000

13800

9# 10#

图2-3 葫芦河特大桥墩身封顶图

图2-4 9＃墩墩身立面及断面图 单位：cm ⅡⅡ

Ⅰ Ⅰ

Ⅱ-ⅡⅠ-Ⅰ26033012070400650410

70400160120120

60020050

50120

1206509#墩1300013000

9#墩

3超高薄壁空心墩施工难点

3.1稳定性分析

根据对138米薄壁空心墩在不同工况下的稳定特征值的分析表明，在主墩施工过程中的稳定特征值足够，表明主桥在墩身施工阶段的稳定性满足要求；但在最大双悬臂状态下的稳定特征值计算表明，当主墩高度超过100m时，虽满足要求，但其稳定特征值较小，墩越高则最大双悬臂状态时结构稳定特征值越小。结构的稳定性试验表明，由于结构模型不可避免的存在一些几何偏差和缺陷，而几何缺陷对于临界荷载的影响是很大的，故一般情况下试验模型实测的失稳临界荷载值总是大大低于理论计算值。由于葫芦河特大桥是一典型的高墩大跨连续刚构桥，在最大双悬臂状态时，8#、9#墩的稳定安全储备不大，如果高墩墩身由于施工原因而出现了偏差、弯曲等几何缺陷，将会使结构的稳定性大大下降甚至产生整体失稳的严重后果。在施工时只有严格控制墩身的垂直度，才能从根本上使结构的稳定性得到保证。

3.2日照温差对墩身的位移及应力的影响

项目地处中国西部黄土高原，薄壁空心超高墩在施工过程中，太阳辐射强烈，日照温差致使混凝土箱形空心墩身发生弯曲变形，使墩顶发生较大位移，138m的高墩位移甚至可达到3cm±。根据计算，温度变化对超高墩混凝土结构的受力与变形影响很大，并随温度的改变而改变。在不同时刻对结构状态进行量测，其结果是不一样的，如果在施工控制中忽略了该项因素，就必然难以得到结构的真实状态数据(与控制理想状态比较)，从而也难以保证控制的有效性。因此，在施工控制中必须考虑日照温差对结构的位移影响。

根据对连续晴好及连续阴雨天气的数组观测数据进行分析可知，混凝土空心墩内外壁的最大温度差在20℃±。采用程序计算可得，6月份最大温差应力为1.96MPa，10月份最大温差应力为2.13MPa，都接近C40混凝土强度的轴心抗拉标准值2.60MPa。这种温差应力与其它荷载的组合有可能使混凝土开裂。尤其在墩身的施工过程中，混凝土结构未达到设计强度之前由于日照温差的影响完全可能致使结构开裂，因此，高墩的混凝土养护必须考虑空心墩内外壁温差对结构的影响，并尽可能将此种温差控制在该时刻结构允许的范围内，避免结构的开裂。

3.3工期压力

项目地处西部，一年的有效施工时间仅８个月，且７、８月为雨季，因此，施工工期非常紧张，而且资金异常紧张，因此桥墩的顺利施工将成为能否按期完成施工任务的关键，高墩模板的施工设计也就成了此桥高墩施工的技术重点。

3.4方案选择

目前，高墩施工中主要的施工方法有：爬模、滑模及翻模施工等。下面对这三种主要的高墩施工方法进行简要描述并作对比。

⑴爬模施工

爬模是利用已浇筑的混凝土墩身作为支撑，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。爬模的主要优点是不需要大型起重设备，容易形成作业平台，施工安全。缺点是施工时需要滑轨和大量的预埋件，模板就位相对较慢。

⑵滑模施工

滑模施工是借助液压千斤顶在支撑杆上按既定的速度进行爬升，模板的下部混凝土滑出随即进行抹光，在滑空的模板内再分层绑扎钢筋、灌注混凝土、提升，然后再循环，直至设计标高。滑模施工能确保结构的整体性，保证工程整体质量，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，尤其是控制好混凝土的出模强度是滑模施工的关键技术之一，也是确保结构混凝土质量的必要条件。出模强度过低，会使结构混凝土流坠、跑浆、坍塌；出模强度过高时，会使结构混凝土出现拉裂、滑痕、疏松、不密实、不美观等。由于滑升过程中，内外模与已浇筑的混凝土表面有摩擦，势必会造成混凝土表面不光滑，故在模板提升后，出模部分的混凝土表面必须再次收浆压光，易形成表面龟裂纹。高墩的垂直度控制是施工控制中的一项重要内容，对结构的稳定性具有至关重要的意义。而滑模施工中模板易偏扭，且纠偏不易，一次纠正量不宜过大，需逐步调整到位。采用滑模施工时，百米高墩混凝土的养护难度较大，且拆模较早，易造成养护时间不足、墩身内外温差过大，使混凝土开裂等一系列的问题。

⑶翻模施工

翻模由滑模演变而来，它由3-4节段的大块组合模板、支架和内外工作平台组成。随着各阶段混凝土的灌注，采用液压千斤顶或塔吊为动力提升平台并带动支架使模板不断翻升直至墩顶。翻模施工时，模板可在施工现场进行制作，成本相对较低；模板和内外作业平台可一次安装，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，能够随模板的上翻同步接长泵送管道，提高了混凝土的灌注速度；能够随时纠正墩身的施工误差，便于模板能够及时清理、修整、刷油，混凝土表面平整光洁；其主要的优点是混凝土外观质量好，方便施工，节省劳动力，施工周期短。