空心桥墩封顶施工工艺
摘要:结合桥梁施工实例，介绍在施工薄璧空心桥墩墩顶实心部位时，采用在墩壁预留孔，孔内安装钢棒牛腿作为现浇实心墩顶的竖向支撑，进行空心墩顶部实心段施工的工艺。
关键词: 空心墩 墩顶实心 牛腿支撑 实心封顶。 1. 工程简介
连接郑州至西安的郑西铁路客运专线是我国首批开工建设的铁路客运专线。设计中普遍采用双线箱梁。由中铁三局承建的郑西铁路ZQ04标，桥梁桥墩高度超过7米大多采用矩形空心桥墩。矩形空心桥墩墩顶长680cm、宽300cm，墩顶实心部分高300cm，空心薄壁墩壁厚顶部最小为50cm，在与实体部分衔接过度段采用30cm×90cm的倒角。设计尺寸如下图：
1：501：601：50680300300 2. 工艺概述
正立面侧立面1：60 （单位：cm）采用在实心段底部空心墩侧壁预留孔，孔内插入A3钢棒，在钢棒上面安装横向和纵向上下两层工字钢分配梁形成底模支撑系统。为了减轻支撑系统的重量、减少空腔内型钢和模板的安装拆卸工作量，顶部实心段3米分两次浇注。首先浇注1米高的实心段，待已浇注段混凝土达到一定强度后，再浇注顶部2米高实心段。后浇注2米高墩身混凝土重量依靠已浇注1米高段形成的钢筋混凝土结构支撑。先浇注段与后浇注段混凝土经过养护后形成一个整体共同作用。施工完成后堵塞预留孔。 3. 施工工艺
底模支撑系统如下图：
1） 预留孔施工
施工至实体段以下最后一节空心薄壁墩身时，在距离该节顶面一定高度的位臵，两侧横桥向墩身墩壁上，各预埋4根内径φ100mm的硬质PVC管，管两端采用聚乙烯胶带封堵，管内填塞接近最佳含水量能够拍实的土，以防局部漏浆堵塞孔道。PVC管预埋深度以管顶距该节混凝土顶部高度为：下分配梁高+落架木楔高+上分配梁高+模板高+10mm。以上图为例，高度为160mm+55mm+126mm+55mm+10mm，总高为406mm。PVC管采用在墩身钢筋内焊接井字形钢筋骨架定位，靠桥墩空腔一侧切割成与墩身变截面倒角相同的倾斜度，并紧贴内模固定。PVC管长度以距墩壁外侧10cm为宜，既保证了钢棒的锚固深度，又不致使预留孔贯通。混凝土浇注完毕拆模后，侧壁凿出预埋PVC管，并掏净孔内砂土。
2） 模板安装
安装牛腿钢棒，钢棒直径不宜过大或过小，以略小于预留孔直径为宜，选用φ90mm的A3钢。每根牛腿钢棒重约35Kg，采用人工安装。为吊装方便，在每根牛腿钢棒及每根上下分配梁上，焊接钢筋吊钩。将牛腿钢棒插入预留孔内，然后在牛腿上安装上下分配梁及落架木楔。上分配梁采用12.6号的普通工字钢，下分配梁采用16号普通工字钢。在上分配梁上安装底模。
3） 支撑材料拆除
根据实体段混凝土配筋情况及混凝土早期强度的发展情况确定底部1米高实体段的最短养护时间。混凝土浇注完毕，强度养护至设计强度的50%以上时，即可拆除底模及底部支撑体系。在铁路客运专线混凝土施工中，普遍采用掺有粉煤灰等掺合料的高性能混凝土，其早期强度较低（一般气温不高时，5天达到设计强度的50%），养护时间定位5天。施工人员通过空心墩设计的人孔进入墩身空腔内，拆除落架木楔，使顶模脱离墩身后，拆除其余上下分配梁，最后抽出钢棒牛腿。将预留孔清扫干净，采用掺有膨胀剂的同标号混凝土将预留孔堵塞密实。
4） 支撑系统荷载计算 a) 钢筋混凝土自重荷载P1
混凝土分两次浇注，支撑系统只承受1m高的混凝土自重荷载。P1= 1.556×5.356×1×25=208KN。
b) 模板及支撑型钢自重P2（分为P21、P22、P23三部分）
底模为建筑组合钢模板，单位面积质量为34kg/m2，P21=1.556×5.356×34×10-2=2.83KN。
上分配梁为共12根单根长为1.56m的工12.6的普通工字钢，单位长度质量为14.22Kg/m，P22=14.22×1.56×12×10-2=2.66 KN。
下分配梁为共4根单根长为2.7m的工16的普通工字钢，单位长度质量为20.51Kg/m，P23=20.51×2.7×4×10-2=2.22 KN。
c) 人员，振捣设备重P3
荷载集度取2.5KN/ m2，P3=1.556×5.356×2.5=20.83KN。 d) 震动器振捣产生荷载P4
荷载集度取2KN/m2，P4=1.556×5.356×2=16.67KN。 e) 倾倒混凝土产生荷载P5
采用混凝土泵车泵送入模，荷载集度取4KN/m2，P5=1.556×5.356×4=33.34KN。
5） 钢棒牛腿检算： 钢帮牛腿受力简图如右图： 钢棒选用φ90mm的A3钢。[σ]=170MPa，[τ]=85 MPa。
面积A=π×92/4=63.62cm2。 抵抗拒W=π×93/32=71.57cm3。
容许抵抗剪力[Q]=2/3×A×[τ] =2/3×63.62 ×85×10-1=360.5KN。 容许抵抗弯矩[M]=W×[σ] =71.57×170×10-3=12.17KN〃m。 单根钢棒承受荷载
P=1/8×（P1+P21+P22+P23+P3+P4+P5）=
（208+2.83+2.66+2.22+20.83+16.67+33.34）/8=35.82KN。
Mmax=P×L=35.82×0.254=9.10KN〃m<[M],满足要求。 Qmax=P =35.82KN <[Q],满足要求。 6） 上分配梁检算
上分配梁采用工12.6的普通工字钢，单根长为1.56m的，顺桥向每50cm布臵一根共12根。承受由模板传递的竖向荷载。受力简图如右：
材料特性及截面几何特性为:E=210GPa、[σ]=170MPa、
W=77460mm3、I=4880000mm4。[f]=L /400=1560/400=3.9mm。
强
度
检
算
：
q=
(P1+P21+P22+P3+P4+P5)/12/L=
（208+2.83+2.66+20.83+16.67+33.34）/12/1.56=15.19KN/m。 σmax=Mmax/W=ql2/8/W=15.19×1.562/(8×77460)×106=59.65 MPa<[σ]。满足要求。
刚度检算：q=(P1+P21+P22)/12/L=（208+2.83+2.66）/12/1.56=11.40KN/m。
fmax5ql35?11.40?1.563???109?0.55mm?[f]。满足刚度要求384EI384?210?48800007） 下分配梁检算
下分配梁采用工16的普通工字钢，单根长为2.5m的，横桥向每侧2根共4根。支撑于插入墩身的钢棒牛腿上，承受由上分配梁传递而至的竖向荷载。由于上分配梁间距较小，故简化为均布荷载。受力简图如右：
材料特性及截面几何特性为:E=210GPa、[σ]=170MPa、W=140875mm3、I=11270000mm4。[f]=L /400=2500/400=6.3mm。
强度检算：q= (P1+P21+P22+P23+P3+P4+P5)/4/L=
（208+2.83+2.66+2.22+20.83+16.67+33.34）/4/2.5=28.66KN/m。 σmax=Mmax/W=ql2/8/W=28.66×2.52/(8×140875)×106=158.9MPa<[σ]。满足要求。
刚度检算：q=(P1+P21+P22+P23)/4/L=（208+2.83+2.66+2.22）/4/2.5=21.57KN/m。
fmax5ql35?21.57?2.53???109?1.9mm?[f]。满足刚度要求384EI384?210?112700004. 结束语
当墩身高度较高，墩顶实体部分采用在空心墩空腔内搭设支架的方法施工时，不仅费时、费工、费料，而且施工周期长。并且施工支架过高难以保证结构的安全可靠；采用钢棒牛腿支撑法施工空心墩墩顶实心部分，省工、省料，操作简单，辅助材料构建可多次重复倒用。缺点是顶部荷载大，混凝土无法一次浇注完毕，需分次浇注，降低了施工速度，降低了模板的周转速度。笔者认为当空心墩的空腔净高度超过两层钢管支架的搭设高度（>13m）时,采用预留孔牛腿支架法施工较为经济、合理。
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