斜拉橋主塔曲線爬模施工技術(shù)
2017-04-10
1 工程概況
京新高速公路（五環(huán)路―六環(huán)路段）上地鐵路分離式立交橋是京包高速公路工程的一部分，全長510 m，為46+46+230+98+90 m五跨連續(xù)獨塔單索面預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土斜拉橋。本橋上跨既有京包鐵路、城鐵十三號線，與既有京包鐵路相交處鐵路里程為K22+756，公路里程為K3+55.703，相交角度19度。斜拉索主塔施工地處鬧市，場地狹窄，前有地鐵站及密集的居民區(qū)，后有加油站及密集居民區(qū)，兩側(cè)各有一個地下通道，中間夾有13號城鐵線及一條京包線，施工環(huán)境復(fù)雜，為整個工程施工的重點與難點。
2 塔柱施工總體方案
2.1 總體方案概述
本橋主塔柱高度距承臺頂面99 m，呈水滴狀，由下塔柱，中塔柱，上塔柱三部分組成。下塔柱高11 m。中塔柱高40 m，為雙斜柱，矩形變截面，內(nèi)傾角22 °43’08’’。上塔柱高48 m，為刻槽矩形變截面，直線+圓曲線變化。下塔柱采用常規(guī)工藝一次整體澆注，中、上塔柱施工分為20個節(jié)段進(jìn)行，前兩個節(jié)段施工完畢后，從第三節(jié)開始采用液壓爬模施工。爬模為4.25 m一個節(jié)段，每節(jié)段的施工工期為5～7 d。施工階段劃分見圖1。
圖1 主塔立面圖
針對該塔柱獨特的外形構(gòu)造，結(jié)合以往爬模施工的經(jīng)驗，從模板系統(tǒng)的選擇、拼裝、施工三個方面對現(xiàn)有技術(shù)進(jìn)行改進(jìn)，解決直線與曲線結(jié)構(gòu)施工過程中相互轉(zhuǎn)換和調(diào)整的難題。
2.2 模板選擇
所有模板采用全鋼模板。鋼模具有較大的強(qiáng)度與剛度，可滿足爬模設(shè)備多次拆分改制與循環(huán)使用要求。其次，鋼模板技術(shù)成熟，操作工藝相對簡單，組裝方便。同時，可保證塔柱混凝土表面平整、光滑，外觀質(zhì)
量好。
2.3 爬模系統(tǒng)加工及拼裝
爬模系統(tǒng)全部構(gòu)件采用專業(yè)的廠家預(yù)制，根據(jù)施工實際情況，確定爬模的結(jié)構(gòu)尺寸和最經(jīng)濟(jì)的爬模節(jié)段，經(jīng)試拼驗收合格后運至現(xiàn)場進(jìn)行結(jié)構(gòu)拼裝。
爬架系統(tǒng)包括：懸掛件及預(yù)埋件、爬升導(dǎo)軌、液壓頂升設(shè)備、2個上部工作平臺、1個主工作平臺、2個下部工作平臺等。主操作工作平臺寬3.3 m，工作平臺總高15 m。主工作平臺由三角支撐與型鋼組成，承受整個爬架重量及施工荷載，并通過預(yù)埋件將荷載傳遞到澆筑好的混凝土實體上。主工作平臺上部有2層工作平臺，用于模板的支模、收模及混凝土的澆筑。主工作平臺下面懸掛2層工作平臺，用于液壓爬升的操作與混凝土實體的修飾。所有平臺構(gòu)件由型鋼連接而成，桿件可以拆開運輸，用螺栓和銷軸連接，拼裝和拆卸極為方便、快捷。
3 爬模施工工作原理及流程
3.1 爬模施工工作原理
爬模的頂升運動通過液壓油缸對導(dǎo)軌和爬架交替頂升來實現(xiàn)。導(dǎo)軌和爬模架互不關(guān)聯(lián)，二者之間可進(jìn)行相對運動。當(dāng)爬模架工作時，導(dǎo)軌和爬模架都支撐在埋件支座上，兩者之間無相對運動。退模后立即在退模留下的爬錐上安裝承載螺栓、掛鉤連接座，調(diào)整上下軛棘爪方向來頂升導(dǎo)軌，待導(dǎo)軌頂升到位，就位于掛鉤連接座上后，操作人員立即轉(zhuǎn)到下平臺拆除導(dǎo)軌提升后露出的位于下平臺處的掛鉤連接座、爬錐等。在解除爬模架上所有拉結(jié)之后就可以開始頂升爬模架，這時候?qū)к壉３植粍樱{(diào)整上下棘爪方向后啟動油缸，爬模架就相對于導(dǎo)軌運動，通過導(dǎo)軌和爬模架這種交替附墻，互為提升對方，爬模架即可沿著塔體上預(yù)留爬錐逐段提升。
爬升軌道時，上爬升箱不動，油缸伸出，使下爬升箱中的承力塊支撐在軌道的踏步塊下面。收縮油缸，提升軌道。到位后，上爬升箱中的承力塊支撐軌道，完成一個工作循環(huán)。如此循環(huán)，直至軌道到位。
爬升架體時，下爬升箱中的承力塊壓在軌道的踏步塊上面，油缸伸出，頂升模板。到位后，上爬升箱中的承力塊壓在軌道的踏步塊上面，模板上升一個高度。油缸收縮，提升下爬升箱，使其到上一個踏步塊上面，完成一個工作循環(huán)。如此循環(huán)，直至架體到位。
3.2 爬模施工工藝流程
爬模系統(tǒng)加工試拼裝→鋼筋綁扎，預(yù)埋件安裝→爬模系統(tǒng)現(xiàn)場安裝→爬模系統(tǒng)爬升→模板就位加固→澆筑混凝土→爬模系統(tǒng)拆除
4 爬模施工關(guān)鍵控制點
4.1 可調(diào)模板系統(tǒng)
中塔柱上部自7節(jié)段開始，結(jié)構(gòu)由線性變化段過渡到弧線段，由于塔柱保護(hù)層厚度誤差不能超過5 mm，所以就不能以直代曲，這就要求模板能夠調(diào)整。
由于結(jié)構(gòu)造型的變化，模板系統(tǒng)在爬升過程中，需要根據(jù)結(jié)構(gòu)特點進(jìn)行模板結(jié)構(gòu)特點的改造來滿足施工要求。液壓鋼模爬模在施工過程中通過對小構(gòu)件的結(jié)構(gòu)改造來完成整個結(jié)構(gòu)直線段和曲線段施工。在進(jìn)行直曲轉(zhuǎn)換施工結(jié)構(gòu)改造時，將原有的直線爬軌改成曲線爬軌和相反的曲線爬軌改直線爬軌，并通過調(diào)整模板設(shè)計改型裝置將模板由直線調(diào)整到曲線，調(diào)整爬軌套件的定位檔件使其適應(yīng)曲線軌道線型要求，改變爬軌踏步塊的距離，調(diào)整每次提升的高度。隨著工程的施工進(jìn)展，每次完成結(jié)構(gòu)的階段施工，要對整個架體結(jié)構(gòu)構(gòu)件的空間位置進(jìn)行調(diào)整，以滿足施工平臺的空間位置和安全的要求。
在澆筑完成前一節(jié)混凝土后，若需調(diào)整弧面的曲率，無需將模板拆下，只需利用調(diào)節(jié)螺栓即可實現(xiàn)，如圖2所示。由于鋼板具有一定的韌性，在施加適當(dāng)?shù)耐饬螽a(chǎn)生變形而不被破壞，利用這一特征，通過幾何學(xué)原理，在使用時，如需變化曲率，只需要松緊調(diào)節(jié)螺栓，可以精確到每個絲扣，使面板彎曲成設(shè)計所需的弧度。且鋼模板周轉(zhuǎn)率較高，安拆方便，混凝土成形外觀好，在大大加快施工的進(jìn)度的同時，也能滿足混凝土澆筑的質(zhì)量要求。 施工過程中，弧度的改變導(dǎo)致每次調(diào)整的角度都不同。這就要求在模板的調(diào)整過程中，要把接口處斷開。接口處的縫隙可以用玻璃膠密封，也可以用原子灰勾縫。
由于從直線段過渡到弧線段，而直導(dǎo)軌只能沿直線運動，為了既滿足爬升的需要，又能節(jié)省材料，可把內(nèi)側(cè)拆下的軌道現(xiàn)場壓弧，與實體弧線平行，這樣，導(dǎo)軌就能沿實體弧度行進(jìn)。由于每次爬升的角度不一樣，這就要在爬升過程中利用塔吊調(diào)整角度，保證導(dǎo)軌能順利就位于附墻裝置。
4.2 鋼筋及預(yù)埋件的安裝
塔柱鋼筋主要采取直螺紋接頭連接，鋼筋連接在勁性骨架安裝到位后進(jìn)行，并依托勁性骨架進(jìn)行定位。連接方法如下：用全站儀在已經(jīng)接長的勁性骨架上測放出塔柱縱、橫軸線，鋼筋施工人員根據(jù)塔柱縱、橫軸線，在勁性骨架上放出鋼筋安裝位置線，塔吊起吊主筋，將其與下節(jié)主筋對接，使用管鉗旋轉(zhuǎn)套筒，將兩根鋼筋連接起來，再根據(jù)勁性骨架上放出主筋位置將主筋定位固定。
預(yù)埋件設(shè)置時除應(yīng)注意位置、數(shù)量正確外，還應(yīng)與周圍鋼筋及模板固定牢固，以防止混凝土澆筑時位置錯動，爬錐定位中心允許偏差應(yīng)為±5 mm。對于外露的永久性埋件做好防銹蝕、防污染工作，臨時施工埋件待工程完工后及時拆除并作好混凝土表面修補(bǔ)工作。
4.3 爬?，F(xiàn)場安裝
先進(jìn)行主要承重結(jié)構(gòu)架體平臺和附屬結(jié)構(gòu)操作平臺的拼裝，平臺拼裝完畢后，將主承重架體平臺吊放安裝到預(yù)埋爬模施工的定位預(yù)埋件上，調(diào)整架體撐腳和定位銷栓進(jìn)行固定。主平臺安裝完畢后，附屬輕型操作平臺對應(yīng)主平臺的內(nèi)外位置從上而下進(jìn)行安裝。
塔柱在澆筑達(dá)到爬架安裝要求的基本高度后，開始進(jìn)行爬架、模板的安裝工作。爬架按0層平臺與-1號平臺、+1號平臺、+2號平臺、-2號平臺單元順序進(jìn)行安裝，各單元分別需在組拼平臺上組拼完成，然后各單元整體起吊安裝在塔柱預(yù)埋件上就位。
主附平臺安裝完畢后利用塔吊進(jìn)行導(dǎo)軌和模板的吊放安裝，導(dǎo)軌和模板均從架體的上部向下進(jìn)行安裝，在插入導(dǎo)軌的過程中應(yīng)注意軌道軸線位置滿足施工要求，將所有的構(gòu)件安裝完畢，進(jìn)行架體構(gòu)件的定位調(diào)整，達(dá)到施工操作要求。
模板的安裝是在爬架安裝、調(diào)整完成后進(jìn)行。模板拼裝時，必須按照順序逐塊對位，連接成框架后臨時固定，采用液壓千斤頂微調(diào)，嚴(yán)禁強(qiáng)拉硬頂，使模板變形。
架體防護(hù)設(shè)施在結(jié)構(gòu)拼裝完畢后進(jìn)行安裝。
4.4 爬模系統(tǒng)的爬升
?。?）爬升施工必須建立專門的指揮管理組織，制定管理制度，控制臺操作人員應(yīng)進(jìn)行專業(yè)培訓(xùn)，合格后方可持證上崗操作，嚴(yán)禁其他人員操作。
?。?）導(dǎo)軌爬升前，其爬升接觸面應(yīng)清除粘結(jié)物和涂刷潤滑劑，檢查爬升箱承力塊是否處于提升導(dǎo)軌狀態(tài)，確認(rèn)架體固定在承載體和結(jié)構(gòu)上，確認(rèn)導(dǎo)軌鎖定楔板和底端支撐已松開。
?。?）導(dǎo)軌爬升由油缸和上、下爬升箱自動完成，爬升過程中，應(yīng)設(shè)專人看護(hù)，確保導(dǎo)軌準(zhǔn)確插入上層掛鉤連接座。
（4）導(dǎo)軌進(jìn)入掛鉤連接座后，須及時插上楔板掛住導(dǎo)軌上端的擋塊，同時調(diào)整導(dǎo)軌底部支撐，然后轉(zhuǎn)換爬升箱承重塊爬升功能，使架體支承在導(dǎo)軌踏步塊上。
?。?）架體與模板爬升前，須拆除模板上的全部對拉拉桿及妨礙爬升的障礙物；清除架體上剩余材料，解除相鄰分段架體之間、架體與塔體之間的連接，確認(rèn)爬升箱處于爬升工作狀態(tài)；解除保溫棚四角的連接，和工作平臺踏板的連接。檢查液壓設(shè)備均處于正常工作狀態(tài)，承載體受力處的混凝土強(qiáng)度滿足架體爬升要求，確認(rèn)架體支腿已退出，安全插銷已拔出；架體爬升前要組織安全檢查，合格后方可爬升。
?。?）爬升應(yīng)由總指揮統(tǒng)一指揮，各分段機(jī)位應(yīng)配備足夠的監(jiān)控人員。
（7）架體爬升到達(dá)掛鉤連接座時，應(yīng)及時插入安全插銷。并旋出架體調(diào)節(jié)支腿，頂撐在塔體上，使架體從爬升狀態(tài)轉(zhuǎn)入施工固定狀態(tài)。
（8）爬模過程中如發(fā)生偏移，應(yīng)立即糾偏。對于爬模裝置的整體偏差，可采用鋼絲繩和手動葫蘆進(jìn)行糾偏；對于局部偏差可以通過支腿調(diào)節(jié)絲杠進(jìn)行模板截面調(diào)節(jié)和垂直度調(diào)節(jié)。
4.5 混凝土澆筑
模板加固完畢后進(jìn)行混凝土澆筑施工，混凝土采用汽車泵送進(jìn)行澆筑，加強(qiáng)振搗施工和拆模后的養(yǎng)生施工，保證混凝土施工質(zhì)量?；炷翝仓戤吅?，以模板頂口線為基準(zhǔn)，對靠近模板、寬約1.5 cm的混凝土頂面內(nèi)外接縫作修整、壓實、抹平處理，在進(jìn)行施工縫鑿毛時，嚴(yán)禁破壞這條接縫，以確保上下層混凝土接縫順直。鑿毛由人工完成，當(dāng)處理層混凝土強(qiáng)度達(dá)到2.5 mPa時，由人工開始鑿除混凝土表面的水泥砂漿和松軟層，經(jīng)鑿毛處理的混凝土面用壓縮空氣或高壓淡水清理干凈。由于索塔模板底口無接口模，為防止混凝土澆筑時漏漿以及上下兩節(jié)段混凝土結(jié)合部出現(xiàn)過大的錯臺，待澆節(jié)段的模板底部應(yīng)壓緊已澆節(jié)段的混凝土頂部外表面，不得留有空隙。混凝土澆筑前，再次對接縫表面進(jìn)行檢查清理；混凝土澆筑過程中，要經(jīng)常觀察模板與下節(jié)段混凝土面的貼緊情況，若出現(xiàn)漏漿，立即旋緊相應(yīng)部位的對拉桿螺母及支撐螺旋；接縫兩側(cè)的混凝土應(yīng)充分振搗，以使縫線飽滿密實。
4.6 爬模系統(tǒng)拆除
拆除工作遵循從上而下的順序，先拆除臨建附屬，再拆除模板和上層架體部分，最后拆除下層平臺和承重結(jié)構(gòu)。
5 結(jié)語
液壓鋼模板曲線爬模施工能滿足塔柱不同傾角和線型尺寸施工要求，一套施工設(shè)備完成整個結(jié)構(gòu)工程施工，同比液壓木模爬模及支架法施工，能最大限度的節(jié)約人力、物力和設(shè)備的用量，減少施工設(shè)備的周轉(zhuǎn)，提高施工效率，保證施工安全和結(jié)構(gòu)外觀質(zhì)量。上地鐵路分離式立交橋工程施工中，整個爬模系統(tǒng)不需要外接動力，僅以電力帶動液壓系統(tǒng)提升模板，整個模板系統(tǒng)施工達(dá)到零排放，對施工環(huán)境沒有產(chǎn)生任何污染，為工程所在范圍的北京市民營造了良好的生活環(huán)境，滿足了工程對工期、質(zhì)量、安全和經(jīng)濟(jì)性等的要求。
參考文獻(xiàn)
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