基于快速拼装式墩帽底模及操作平台的高空薄壁空心墩施工技术

1 工程概况

新建深圳至南宁高铁珠三角枢纽机场至省界段自新建珠三角机场站引出，经佛山高明区、肇庆高要区、云浮云城区、罗定市，与新建广西玉林至岑溪（桂粤省界）段贯通。线路正线全长142.322 km，设特大桥25座，大桥56座，中桥19座，隧道51座，车站3座。某标段项目位于广东省云浮市境内，标段起点为云石隧道出口，终点为牛角迳隧道进口，起讫里程DK 398+648.72~DK 425+049.744，正线长度26.401 km。现场空心墩施工如图1所示。

图1 现场空心墩施工

该标段夏洞村跨汕湛高速特大桥、象山特大桥、思劳镇跨广昆高速特大桥3座桥，空心墩高度大于20 m桥墩采用空心墩，共计48个。其中，空心墩高度大于40 m桥墩采用空心墩，共计13个。

2 传统空心墩内模及操作平台施工存在的问题

2.1 传统空心墩封底施工成本较大

目前，传统空心墩墩帽封底方法存在满堂脚手架封底和预埋型钢支架封底两种方法，但均存在成本较高问题。

传统方法一：若采用满堂脚手架封底，存在以下两方面的问题。

（1）空心墩内部空间狭小；不利于满堂脚手架的搭设和人员操作，同时在很大程度上限制了其他施工机具的吊装和使用。

（2）空心墩内还得同步进行检查梯的吊装、安装，交叉影响大。该方法耽误工期，且成本较高。

传统方法二：若采用预埋型钢支架封底，由于跨度大，墩帽荷载重，经计算需要采用I 22a、I 25b、I 28b等型号工字钢，用钢量较大、一次性投入成本高，而且混凝土浇筑完成后型钢无法拆除回收。

2.2 传统空心墩内落地脚手架搭设、拆除量较大

目前传统空心墩内部施工的主要方法有以下两种。

传统方法一：通过在墩身内部的空心部位搭设落地脚手架绑扎钢筋、加固模板，该方法需要搭设、拆除脚手架，存在施工成本较高且耽误工期的缺点。

传统方法二：通过汽车式起重机装配吊篮将工人吊入空心墩内部高空作业绑扎钢筋、加固模板。该方法施工安全风险较大，且工效较低，因此不推荐采用。

3 薄壁空心墩施工工艺及技术创新

3.1 空心墩施工工艺

空心墩（翻模法）施工工艺流程如图2所示。

图2 空心墩施工工艺流程

3.2　创新点1：空心墩墩帽内（底）模采用预制盖板封底

根据墩高不同，分别采用10 cm、20 cm的预制混凝土板作为底模板。先浇筑30 cm高的墩帽混凝土作为封底混凝土，并利用桥墩墩帽底部原设计主筋作为受力钢筋。待封底混凝土形成强度后，与预制混凝土板作为整体承载构件，再浇筑墩帽顶部混凝土。本方案优化仅需投入10 cm、20 cm两种预制板混凝土及钢筋，成本相对较低。

预制盖板安装完成后，将盖板周边预留钢筋与墩身上倒角内预留筋焊接。继续绑扎墩帽底钢筋，完成后进行封底混凝土浇筑，封底浇筑厚度28 cm。

最后一节空心段混凝土浇筑时，预留10~20 cm暂不浇筑（30 m及以下空心墩预留10 cm，30.5 m及以上空心墩预留20 cm），完毕后拆除全部内模板，但保留外模板和模板固定架，以便于进行墩顶上实体段施工。内模从墩身空腔顶部吊出，吊运时注意不要碰撞到已完墩身混凝土。为固定外模和模板固定架，应保留对拉螺栓。

根据空心段顶孔口尺寸制作钢筋混凝土预制盖板，盖板采用与墩身同标号混凝土浇筑，尺寸各边比孔口大5 cm，四面留有预留钢筋。盖板有以下3种类型。

（1）30 m以下空心墩盖板厚度为10 cm。盖板设1层N1（HRB 400  12 cm）钢筋，间距10 cm；1层N2（HRB 400  16 cm）钢筋，间距10cm。

（2）30.5~40 m高空心墩盖板厚度为20 cm。盖板设1层HRB 400  16 cm@10 cm×10 cm的钢筋网。

（3）40.5 m以上空心墩盖板厚度为20 cm。盖板设1层N1（HRB 400  16 cm）钢筋，间距10 cm；设双层N2（HRB 400  16 cm）钢筋，间距10 cm布置。以40.5 m以上空心墩为例，墩高40.5~50 m混凝土板标准组合下，最大变形3.069 mm<7 230/400=18.1 mm，刚度满足要求。

3.3 创新点2：新型快速拼式内模操作平台

该工程应用一种已申请专利的快速拼装式空心墩内模操作平台，旨在解决传统作业平台搭建复杂、调整不便，以及工人活动范围受限等问题。

该操作平台的横截面呈“六边形”，由操作平台架、支撑平台及防坠网组成。操作平台架分4层，每层高2 m，设爬梯通行（带挂钩固定），由75 mm角钢焊接而成，铺设3 mm防滑钢板，周边设不低于0.8 m临边防护，并铰接于支撑平台上。支撑平台由M 25精轧螺纹钢、16号工字钢、14号槽钢及托架构成。螺纹钢横穿已浇筑混凝土，间距1 m，螺母锚固；工字钢纵向分布，传递荷载；槽钢提高刚度，增大接触面积；托架位于螺纹钢底部，提供支撑。防坠网由钢筋网片和安全网组成，设置于支撑平台，保障人员与物品安全，降低坠落伤害。

该平台基本组合下，钢平台角钢最大剪应力值为6.2 MPa，小于抗剪强度设计值[τ]=125 MPa；最大弯曲压应力值为113.4 MPa，小于材料抗弯强度设计值[σ]=215 MPa。因此，平台构件承载力满足要求，且有一定安全富余。标准组合下结构最大下挠值为13.1 mm，满足刚度要求。

支点螺纹钢验算：支点支撑在模板对拉钢筋上，为直径25 mm的精轧螺纹钢筋。支点最大反力为11.7 kN。螺纹钢最大剪切应力τ=11 700/（3.1415×25×25/4）=23.8 MPa<[τ]=110 MPa。支点螺纹钢抗剪承载力满足要求。

4 结束语

本研究针对新建深圳至南宁高铁空心墩施工，提出预制盖板封底与新型快速拼式内模操作平台两项创新技术。预制盖板封底通过优化设计，降低了成本，提高了效率。新型快速拼式内模操作平台结构独特，拼装便捷，显著提升了施工安全与工人作业效率。两项技术的成功应用，为高铁空心墩施工提供了新方案。