杜建華，沈紅云，冀文英

(1.石家莊鐵路職業(yè)技術學院，河北石家莊050041;2.河北交通職業(yè)技術學院，河北石家莊050035; 3.北方工程設計研究院有限公司，河北石家莊050011)

現(xiàn)澆鋼筋混凝土空間異形斜墩施工技術研究

杜建華1，沈紅云2，冀文英3

(1.石家莊鐵路職業(yè)技術學院，河北石家莊050041;2.河北交通職業(yè)技術學院，河北石家莊050035; 3.北方工程設計研究院有限公司，河北石家莊050011)

天津開發(fā)區(qū)西區(qū)冬旭路跨京津塘高速橋梁為空間異形斜墩橋梁，其建筑造型獨特，結構形式復雜，是國內首次使用，施工難度大。本文主要針對施工質量控制重點——空間異形斜墩在施工中遇到的空間測量定位、扭曲面鋼筋定位、模板加工安裝、高強度鋼棒張拉等問題進行了分析。實踐證明，所采用的施工技術是可行的，可供同類工程參考。

異形斜墩 空間測量 鋼筋定位 鋼棒張拉

1 工程概況

天津開發(fā)區(qū)西區(qū)冬旭路跨京津塘高速橋梁是開發(fā)區(qū)西區(qū)重要的交通樞紐。該橋長度為669.94 m，公路橋軸線和分孔線與道路設計線法線斜交，斜交角度-16°。該橋造型獨特、結構形式復雜，是天津市首座空間異形斜墩橋梁，在國內也非常罕見。該橋有144根空間異形斜墩，墩身類型有10種。斜墩底面為不規(guī)則四邊形，斜墩頂面為平行四邊形，因此斜墩的3個側面為平面，1個側面是扭曲面，為空間異形斜墩。斜墩長度約為9 m，墩身在橫橋向和縱橋向皆傾斜，斜向傾角達61.1°～67.8°，墩柱斷面約1.5 m×2.0 m。墩身下部設置縱橋向底梁連接墩身，墩身頂部在橫橋向設有墩頂橫梁、在縱橋向采用高強度鋼棒作為拉桿(圖1)。這種結構形式的空間異形斜墩的施工屬國內首次。

圖1 空間異形斜墩

2 空間異形斜墩施工難點

該橋是天津市的重要景觀橋梁之一，對其外觀質量要求較高。經過分析施工中存在的難點主要有:①平面線位及空間線位的施測難度大。②空間異形斜墩扭曲面鋼筋定位難度大。在施工中要精確控制斜墩扭曲面鋼筋定位，使綁扎好的鋼筋形成平順圓滑的扭曲面。③空間異形斜墩扭曲面模板加工難度大。要使斜墩混凝土表面平滑，對扭曲面模板加工精度要求高。④墩頂高強鋼棒張拉施工工藝選擇及張拉應力控制難度大。設計中未考慮使用千斤頂進行張拉，使用千斤頂也無反力裝置，需要研究簡便實用的張拉方法。

3 施工過程

異形斜墩的施工過程:①施測承臺平面線位及空間線位。②安設承臺鋼筋。③搭設用于斜墩頂空間位置測量、綁扎安裝斜墩鋼筋骨架的支架。④施測斜墩頂面、底面空間位置。⑤在斜墩頂(平行四邊形)與斜墩底(不規(guī)則四邊形)通過拉線定出斜墩的外輪廓線。⑥將柱頂平行四邊形和柱底的不規(guī)則四邊形按照保護層厚度要求向內側偏移，按照圖紙設計的鋼筋間距進行標記。⑦拉出鋼筋線，定出每根鋼筋的位置和傾斜角度，并進行斜墩鋼筋綁扎、測量、調整、固定。⑧支立承臺模板、澆筑承臺混凝土并養(yǎng)護。⑨拆除用于斜墩頂空間位置測量、綁扎安裝斜墩鋼筋骨架的支架。⑩搭設用于安裝斜墩模板和澆筑混凝土的支架，安裝斜墩側面平面模板，再安裝扭曲面模板;安裝墩底橫梁鋼筋和模板;墩頂對角側安裝高強鋼棒預埋件;橫橋向預埋墩頂橫梁鋼筋;斜墩和墩底橫梁模板測量、調整、固定、加固。?澆筑底橫梁和斜墩混凝土、養(yǎng)護、拆模。?搭設支架，安裝高強鋼棒并張拉，同時監(jiān)測鋼棒拉力。?綁扎墩頂橫梁鋼筋、安裝模板。?澆筑墩頂橫梁混凝土并養(yǎng)護。

4 空間異形斜墩施工關鍵技術

4.1 平面線位及空間線位的施測

斜墩為不規(guī)則形狀，空間定位、外形控制是決定施工質量的先決條件。經過分析，采用以下步驟保證平面線位及空間線位的施測精度:①用CAD軟件繪制斜墩三維立體模型，研究斜墩各截面實際樣式。②根據三維模型標注變截面控制點，計算控制點空間坐標。③選定一斜墩進行線下模擬試驗。在一平整地面用全站儀測量出斜墩底面及頂面各角點，搭設腳手架，依據在地面放出的頂面控制點及相對高程，將頂面控制點引至空間相應位置，根據上下各點關系，拉線做出斜墩大體樣式。將各變截面控制點精確定位。④對線下模擬試驗實施過程進行總結，用以指導現(xiàn)場實際測量放樣。⑤現(xiàn)場模板支立完成后對各主要控制點進行復測，并在混凝土施工過程中進行監(jiān)測。⑥施工期間進行工后變形監(jiān)測。

4.2 扭曲面鋼筋定位

1)定位難點

空間異形墩有4個側面，2個為平行四邊形，1個為梯形，還有1個為扭曲面。在鋼筋施工圖中，縱向鋼筋在每個面的數(shù)量并沒有變化，因此平行四邊形側面的鋼筋傾斜角度和長度是相同的，定位要容易些。但是，梯形側面和扭曲側面的鋼筋傾斜角度和長度是不斷變化的，定位比較復雜。

2)鋼筋安裝

異形斜墩采用直徑為32 mm的螺紋鋼，預埋鋼筋在承臺施工完成后可調性差，為保證斜墩混凝土保護層厚度，預埋鋼筋位置必須準確。在澆筑承臺混凝土前預埋墩柱鋼筋。預埋鋼筋前先測量放線，搭設腳手架，根據放樣結果拉線做出斜墩樣式，根據線形及設計保護層厚度預埋墩柱鋼筋，主筋內側做環(huán)箍及斜撐，確保鋼筋不彎折、偏移。斜墩鋼筋預埋完成后，搭設支架、攬風繩進行固定。在承臺模板外側做測量基準點，承臺混凝土施工中對斜墩預埋鋼筋位置進行檢測，若斜墩鋼筋有移位現(xiàn)象，立即停止承臺混凝土施工，對斜墩鋼筋位置進行糾正。在鋼筋安裝時，可以按照設計長度整根安裝固定，也可以先安裝斜墩底一定長度，然后再用機械連接方式接長。

斜墩綁扎箍筋的施工工藝:綁扎斜墩箍筋時應先在一根斜墩主筋上劃出箍筋間距線，然后按照間距1 500 mm左右綁一個箍筋，形成鋼筋骨架后根據此線再畫間距線，這樣便于控制箍筋綁扎的平整度。綁扎斜墩箍筋時注意箍筋編號和斜墩的變化方式，以免用錯箍筋。綁扎成型的斜墩鋼筋骨架如圖2所示。

圖2 空間異形斜墩鋼筋骨架

4.3 模板加工及安裝

4.3.1 斜墩特點

對于斜墩施工，質量控制的關鍵在于對模板的控制。模板的設計施工質量決定混凝土外觀質量及斜墩成品位置準確程度，因此需認真研究模板方案。斜墩在支護體系上，既應將其視為水平構件，又應視為豎直構件。在斜墩下的支撐體系，按照水平構件支撐，底模需待混凝土強度達到100%以上時方可拆除;頂模可按照墩模(豎直構件)進行支撐，以便控制斜墩的穩(wěn)定性。

4.3.2 斜墩模板安裝工藝流程

工藝流程:模板加工→承臺上彈線→搭設外圍整體支撐架→安裝平面底?！惭b兩平面頂?！惭b扭面底模→自下而上安裝柱箍并安裝底面模板斜撐→預檢→澆筑混凝土時鋼筋模板的復查→拆?！０迩謇?。

4.3.3 斜墩模板加工與安裝

1)模板選用。墩柱為異形，模板通用性極差。如采用鋼模板，對生產廠家要求很高，模板加工難度大，且模板通用性差，不利于連續(xù)施工。根據工程特點，墩柱模板采用木模板，面板采用2.8 cm厚大塊竹膠板以加強面板剛度(圖3(a))。

2)模板加工。根據斷面尺寸，平面選用大塊竹膠板，模板后背肋采用10 cm×10 cm木枋，木枋使用前進行拋光，盡量選用大小一樣的木枋，防止背肋受力不均造成模板不規(guī)則變形。模板接縫做到平整，拼縫內側防水膠條擠壓密實，防止漏漿。對于扭曲面模板，在加工前利用空間CAD技術，將扭曲面展開成平面，根據展開面尺寸準確加工扭曲面模板。

3)模板環(huán)箍。為保證斜墩美觀，模板內不做對拉桿，在模板外側用環(huán)箍固定。用2根高180 mm槽鋼和M16對拉螺栓于斜墩兩邊豎向木枋外按柱截面尺寸夾牢固，每環(huán)箍互為置換方向緊貼設置，環(huán)箍豎向間距6 m高以下每300 mm一道，6 m高以上每500 mm一道，用以加強模板的水平剛度(圖3(b))。

圖3 斜墩現(xiàn)場模板及環(huán)箍示意

4)模板加固。在柱模板吊裝到位后，用φ48×3.5 mm鋼管四向斜撐頂牢柱模。斜撐與地面成60°夾角;斜撐頂部支墊方木，模板坐落在方木上，方便模板加固。

5)倒角設置。橋墩墩身與承臺相交面角度小于90°的位置，皆設置20 cm的倒角，并設置倒角鋼筋;橋墩墩身設置2 cm的倒角以方便拆模。模板制作完成后，在模板內側加塞板條作為倒角，在外側用鋼釘連接加固。

6)模板拼裝。單片模板采用寬邊壓窄邊的方式，柱模安裝前在模板邊線外2 mm粘貼海綿條進行密封。用汽車吊吊裝柱模板，并臨時固定。自下而上安裝柱箍，利用線垂和全站儀沿縱橫兩個方向控制和測設柱的軸線，并進行多次測設、復核、校正?，F(xiàn)場根據墩柱傾角加工靠尺，作為粗支模板依據，然后通過全站儀打點測距，計算軸線位置是否符合要求。

7)保護層墊塊設置。采用長條曲面形砂漿墊塊，曲面向下放置，平面向上作為鋼筋支承面。

4.4 高強鋼棒張拉

4.4.1 千斤頂張拉存在的問題

由于一個承臺上的兩個斜墩傾斜方向相反，斜墩受荷后墩底截面會產生很大的彎矩，會使墩底截面開裂破壞。因此設計時，在橋梁縱向設置了高強度鋼棒用于平衡墩底彎矩。由于設計中未設計千斤頂張拉用的端面，并且高強度鋼棒也未完全從斜墩內部穿過，因此在現(xiàn)場無法采用傳統(tǒng)的千斤頂張拉。

4.4.2 高強鋼棒張拉解決辦法

經過反復研究，決定采用倒鏈將一個承臺上的兩個斜墩頂部套住，通過手拉倒鏈讓兩斜墩發(fā)生相對位移，邊拉倒鏈邊緊固高強度鋼棒的絲扣。由于高強度鋼棒的剛度與對拉斜墩的剛度不同，因此在施工時必須連續(xù)監(jiān)測高強度鋼棒內拉力，保證松開后鋼棒拉力符合設計要求。由于高強度鋼棒長度大、自重較大，在自重作用下的非線性變形很大，不易張拉緊固，因此在張拉鋼棒下方用支架搭設了張拉平臺。

4.4.3 高強鋼棒張拉流程

斜墩施工時在墩頂預埋鋼棒連接頭→等待斜墩、墩底橫梁強度達到設計要求→搭設用以張拉鋼棒的支架→安裝高強鋼棒→利用倒鏈葫蘆對拉兩個斜墩→邊對拉、邊緊固高強鋼棒、邊監(jiān)測鋼棒拉力→鋼棒符合設計要求后放松倒鏈，觀察鋼棒拉力變化→調整倒鏈松緊，使倒鏈完全放松后鋼棒拉力值符合設計要求→錨固→張拉完畢。

5 結語

在天津開發(fā)區(qū)西區(qū)冬旭路跨京津塘高速橋梁施工中，探索并應用了新的空間異形斜向帶扭曲面斜墩施工工藝，解決了空間測量施工、扭曲面模板制作安裝、異形柱鋼筋定位、高強鋼棒張拉等技術難題，節(jié)約了工時及臨時支撐材料。成品斜墩混凝土表面平整度控制在2 mm以內，異形斜墩表面平滑、棱角直順、空間定位準確，混凝土的外觀質量優(yōu)良，達到了預期的施工目的，取得了良好的社會效益及經濟效益。異形斜墩施工中形成的施工方法對類似工程施工具有參考價值。

［1］邢厚俊.雙鉸型上承式鋼筋混凝土拱橋斜立柱混凝土施工技術［J］.鐵道建筑，2006(4):4-6.

［2］黃大健.天津市新建的具有獨特風格的橋梁［J］.中國勘察設計，2009(10):64-70.

［3］戴志杰，王偉良.雙層高架橋Y型墩臺立柱施工技術［J］.建筑施工，2004，26(6):516-518.

［4］向科.大蒸港彎曲紡錘形鋼主塔施工技術［J］.鐵道建筑，2013(5):32-34.

(責任審編李付軍)

U445.55+9

A

10.3969/j.issn.1003-1995.2015.02.08

1003-1995(2015)02-0029-03

2014-06-16;

2014-08-10

2013年河北省高等學校科學技術研究項目(Z2013092)。

杜建華(1979—)男，河北石家莊人，副教授，碩士。