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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例，比較了3種常用施工方法，選擇采用預制蓋板封頂施工法，應用結構力學原理計算并確定了預制蓋板的結構尺寸，詳細闡述了具體施工工藝流程，在降低成本的同時也大幅縮短了施工時間，保證了橋梁施工的安全和質量，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。

關鍵詞：空心墩；封頂；蓋板；墩身；施工工藝

20世紀70年代以來，隨著橋梁施工新工藝的發展，薄壁空心墩技術日益廣泛應用，其中空心墩封頂施工是橋梁下部結構施工中難度較大的一個環節。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境內，為跨越黃河一級支流清水川而設。全橋空心墩數量多而且高度高，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、節省工期、保障安全、降低成本。

1清水川特大橋工程概況

清水川特大橋為單線曲線橋，橋梁起止里程為DK19km+826.102m～DK20km+817.807m，中心里程為DK20km+321.955m，全長991.705m，共計31個墩臺，其中實心墩4個，空心墩25個，T型單線橋臺2個。橋墩采用圓端形實體墩（1號、27~29號）和空心墩（2～26號）兩種，最高墩（8號、10~12號、15號）高52m。25個直曲線空心墩高30.5～52m，外坡率為45∶1，內坡率為80∶1，墩頂設置有3.5m高的實體段，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為橋墩設計尺寸示意圖。

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一個節段連續施工。由于高墩封頂施工難度大，施工安全要求高，此次空心墩封頂計劃分2次澆筑完成：第一次澆筑0.5m；待已澆筑的混凝土達到一定強度后，利用已澆筑的混凝土和支撐體系，進行第二次剩余3m的混凝土澆筑。在確定墩頂封頂方案時，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點問題：一是清水川特大橋是單線橋，空心墩的內部空間較小，施工人員作業空間受限；二是該橋空心墩內部高度最高為45m，滿堂腳手架按照900mm×600mm×900mm布置，單個墩身需鋼管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預留小孔道運輸，材料運輸不便；四是施工周期長，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行橋墩封頂作業周期長、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埋鋼板，焊接工字鋼牛腿支撐，在其上搭設槽鋼、方木，再鋪上模板。與滿堂腳手架施工法相比有明顯的優勢，但是該施工法也存在以下2點問題。一是在墩身安裝牛腿，改變了橋墩的結構設計，其受力情況發生了改變，需要找設計院進行溝通并另外出圖；二是預埋材料量大、焊接施工量大，施工完成后整個體系的拆除難度也較大。因此，該施工法也不是一個最佳方案。3）預制蓋板封頂施工法。該施工法利用預制好的蓋板作為封頂的底模，澆筑完成后，蓋板與墩身成為一個整體，無需再取出。蓋板還可以提前集中預制，不影響墩身施工。施工過程中利用吊車吊裝，操作方便，工期較短且經濟性較好。只要蓋板的設計檢算滿足力學性能要求，方案就能實施[1-2]。因此決定采用預制蓋板封頂施工法進行施工。

3蓋板的結構設計

3.1蓋板的結構尺寸根據空心墩頂部空心段尺寸及封頂面積，設計出所預制的鋼筋混凝土蓋板的結構尺寸。還可以根據封頂面積大小及吊裝難易程度，確定蓋板分段預制的大小。清水川特大橋墩內頂為圓端形，圓端的直徑為2.36m，直線段為2.4m。圖2為墩身內頂空心結構尺寸示意圖。由于設計蓋板厚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，計劃將整個面積縱向分割為4個部分，預制兩種型號的蓋板：a形板和b形板。圖3為預制蓋板結構尺寸示意圖。3.2蓋板的結構設計采用100mm×100mm單層鋼筋網片及直徑φ10mm雙HPB235鋼筋，鋼筋保護層上下各為40mm，四周為30mm。圖4為蓋板鋼筋布置圖。3.3蓋板的結構計算1）蓋板上部需承受荷載計算。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。振動器振搗產生的荷載取q3=2kN/m。傾倒混凝土產生的荷載取q4=3kN/m。恒荷載安全系數為1.2，活荷載安全系數為1.4，則蓋板恒荷載設計載荷g=1.2×（15.625+3.125）kN/m=22.5kN/m。蓋板活荷載設計載荷q=1.4×（2+3）kN/m=7kN/m2）跨中彎矩最大值計算。最大彎矩值為Mmax=18g+ql2=22.5+78×2.362kN•m=20.538kN•m.（1）由《混凝土結構設計原理》[3]可知：C35混凝土軸心抗壓強度fc=16.7MPa，a1=1，HPB235鋼筋fy=210MPa。混凝土保護層厚度為40mm，蓋板有效高度為h0=100mm-40mm=60mm。按等效矩形應力圖形計算的受壓區高度為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，因此蓋板不會出現少筋和超筋破壞。根據現有配筋面積，計算受壓區計算高度為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）墩身倒角抗剪計算。取1.25m板寬計算，則總載荷為P=2.56m×（22.5+7）kN/m=75.52kN；剪力為Q=P/2=37.76kN；剪應力為τ=Q/A=37.76kN/1250mm×100mm=0.302MPa；容許剪應力為τc=0.17fc=0.17×23.4MPa=3.972MPa；其中，fc為軸心抗壓強度，C35混凝土取fc=23.4MPa。由于τ＜τc，因此滿足要求。通過上述檢算，該蓋板的設計可以滿足施工的要求。

4墩身封頂的具體施工工藝流程

墩身封頂的具體施工工藝流程為：施工準備→預制蓋板→待墩身上倒角施工完畢吊裝蓋板→墩頂支模→墩頂綁鋼筋→第一次澆筑混凝土0.5m并養護→第二次澆筑混凝土并養護[4]。1）蓋板預制。該工程設有混凝土預制廠，封頂蓋板集中預制。為了避免影響墩身封頂施工，應至少提前28d完成對所用對應墩身施工的蓋板。預制蓋板采用同強度等級的C35砼澆筑，平板振動器振搗密實，同時制作混凝土試塊，以檢驗混凝土28d齡期的立方體抗壓強度，評定混凝土的質量。澆筑完畢后，及時灑水，覆蓋養護。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，人工使用振動棒振搗密實，澆筑完成后進行砼養護，待達到設計強度的75%后拆除內倒角模板，并對PVC管注漿處理。3）蓋板吊裝。根據蓋板的重量并結合現場實際情況，選用既有的QY50吊車進行吊裝作業。吊裝作業前檢測蓋板混凝土的強度，達到設計強度的80%方可起吊。預制蓋板時在蓋板的4個角預埋4個吊環，吊環采用直徑φ20mmHPB235鋼筋，底部與主筋焊接。為保證吊裝時蓋板水平，采用等長的4條鋼絲繩分別吊住4個吊環。提前彈好位置墨線，確保蓋板兩側受力均勻，方便安裝。為了防止蓋板吊裝完畢后的水平移動，上倒角施工時在對應蓋板的外圍20mm埋設豎向間距為0.5m、長為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高強螺栓連接外，還采用抱箍連接，加強模板整體受力。鋼筋加工按照圖紙要求進行。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行0.5m澆筑；第二次待其達到一定的強度后進行剩余3m澆筑。施工前先對混凝土結合面進行鑿錨清洗處理。將混凝土先均勻傾倒在圓環四周，避免澆筑在蓋板上。結束后及時灑水覆蓋養護，達到設計強度的75%時拆除外模，完成墩頂施工。

5結束語

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

參考文獻：

[1]黃偉.鐵路橋梁空心墩預制蓋板法封頂工藝探討[J].城市建設理論研究,2013(20):9-12.

[2]李廉錕.結構力學[M].5版.北京:高等教育出版社,2010.

[3]劉文峰.混凝土結構設計原理[M].北京:高等教育出版社,2006.

[4]劉衛峰.特大橋空心墩封頂施工工藝及受力分析[J].安徽建筑,2015(4):133-134.