薄壁空心墩施工安全专项方案.docx
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薄壁空心墩施工安全专项方案
重庆渝北至四川广安高速公路（重庆段）
土建第一分部（K3+257.35～K22+500）
黑水滩河特大桥薄壁空心墩
施工安全专项方案
编制：
审核：
审批：
中国水电集团路桥工程有限公司
渝广高速公路总承包部土建第一分部
二Ο一三年六月
1、编制说明
1.1编制依据
1．根据渝广高速公路TJ-1标合同段施工合同；
2．根据渝广高速公路TJ-1标合同段两阶段施工图设计；
3．根据现场调查的有关资料（当地水文、气象、民俗、交通、材料供应、水源、场地情况）；
4．根据我公司《施工技术管理细则》中关于编制施工方案的有关要求；
5．参与施工人员的技术状况、机构组成、机械设备、检测装置等安排。
6．采用的施工规范、标准主要有：
《公路工程质量检验评定标准》（JTGF80/1—2004）
《公路桥涵施工技术规范》（JTJ041—2000）
《公路桥涵设计通用规范》（JTGD60—2004）
1.2编制原则
1．本方案遵守设计文件、招标文件，严格按照各相关施工和设计规范、验收标准中各项规定进行编制。
2．工期安排根据业主对总工期和对本合同段完工时间的要求，考虑雨季对施工生产的影响。
各个单项工程以服从合同段整体施工安排为前提，均衡展开施工，用最节省的投入达到最佳的工期、质量效果，保证合同段整体工期、质量、安全、效益等目标的全面实现。
3．施工计划主抓关键工序，组织平行作业、流水作业，科学安排交叉作业，强调专业间的协同配合，避免窝工，杜绝返工，循序渐进，均衡生产。
4．积极引进、采用新技术、新工艺、新材料、新设备，在确保工程质量的前提下，以求提高效率、压缩工期，降低工程成本。
5．本方案推行“可控成本管理”，全面落实工期、质量、安全、成本责任制的整体安排，在资源配置、过程控制、质量检验和试验、不合格品控制以及环保、文明施工等方面提出具体措施和实施方案，明确目标，保证投标各项承诺的实现。
1.3编制范围
本方案编制范围为渝广高速公路TJ-1段黑水滩河特大桥空心薄壁墩施工部分。
2、工程概述
2.1工程概况
黑水滩河特大桥左幅起止桩号为K14+977.5m～K16+469.5m，全桥长1492m；右幅起止桩号为K14+977.5m～K16+475.5m，全桥长1498m。
桥梁上部结构采用装配式预应砼先简支后连续T梁，下部桥墩采用双柱式墩及矩形空心墩、桩基础，桥台采用U型桥台，扩大基础，下部结构中矩形空心薄壁墩共17处，最大墩度达62m。
2.2主要工程量
薄壁空心墩17个，841.002延m（2.6m墩柱291.442延米；3.0m墩柱549.56延m）。
2.3水文、地质情况
水文：
桥位区地表水主要为桥区跨越的黑水滩河河水，河面宽约50m，位于桥位区第13、14号墩之间，勘察时流量约613m³/s，汛期可达6629.5m³/s。
黑水滩河为该地区地下水最低排泄基准面，也是各类地表、地下水的汇集、排泄通道。
据地面调查和访问，河谷宽200～280m，沟底标高264m左右，属长年流水型河流，河流旱季水流较缓，雨季水量增大，最高洪水位约275m，河谷附近桥梁桥墩所处地面高程约268.2m，河水洪水期对本桥墩台有一定冲刷影响。
地质：
桥位区位于悦来向斜南东翼，岩层产状295～307°∠54～60°，区内无断层通过，区域稳定；区内无滑坡、崩塌、泥石流、地下采空区等不良地质现象，地震活动微弱。
桥位区第四系土层厚度一般小于4m，主要分布于桥区地势低洼及缓坡地段，斜坡局部可见基岩出露，经调查，桥位区地表土体未见开裂迹象，桥位区地表土体整体稳定。
3、施工准备
3.1、管理人员配置
工程现场管理人员表
序号
姓名
职务
备注
1
李强
项目经理
项目负责人
2
李有发
项目副经理
生产负责人
2
李友谊
项目总工
项目技术负责人
3
秦忠友
测量主管
测量负责人
4
邹盛禹
物资部长
物资负责人
5
裴茂才
工区负责人
现场负责人
8
蒋祖国
安全总监
安全负责人
9
黄彬
试验室主任
试验负责人
3.2、施工人员配置
本项目工期紧，为确保工期和施工质量，分八个班组平行作业组织实施。
左右两墩共用一个塔吊及人工步梯，人员上下方案均采用搭设钢管支架设置人工梯方法解决，以满足材料、设备、人员垂直上下问题与施工问题。
1、翻模施工每工班劳动力组织
序号
工程
人数
分工
1
工班长
1
负责本工班全面工作
2
技术人员
1
负责本工班技术工作
3
安质员
1
负责本工班安全工作和质量检查
4
组长
3
分别负责模板、钢筋、混凝土作业组
5
测量员
1
放线和各断面测量控制
6
试验员
1
材料检测、混凝土配合比选择
7
塔吊司机
2
塔吊操作与保养
9
拌合机司机
2
拌合机操作与检查保养
10
电工
1
现场电器的安装管理及维修
11
信号员
2
墩身上下联络
12
模板工
8
模板组装、拆装、吊运、维修
13
钢筋工
8
钢筋下料、焊接、绑扎
14
混凝土工
10
拌合混凝土和灌注混凝土振捣
15
机修工
3
配件加工
16
普工
12
混凝土及材料运输
合计
58
2、每套施工机械设备表
序号
名称
型号
数量
用途
1
塔吊
TC5013B
1台
吊运模板、机具
2
装载机
30B轮胎式
1台
后台供制
3
手动葫芦
10KN、50KN
各2只
模板拆除、安装
4
全站仪
TS06power，精度2″
1台
模板放线
5
水准仪
精度1mm
1台
6
直螺纹连接机
φ40以下
1台
钢筋接头
7
混凝土拌合机
HSZ120
1套
8
混凝土泵车
48m
1台
9
钢筋切断机
5-40
1台
钢筋加工
10
钢筋弯曲机
WT4-140
1台
钢筋加工
11
钢筋调直机
4～14mm
1台
钢筋加工
12
振捣器
φ50插入式
4台
混凝土施工
13
吊篮
承重200kg
2台
拆除作业
14
抽水机
扬程120m
2台
供水
15
发电机
120kW
2台
发电备用
16
汽车吊车
25T
1台
拆塔吊、电梯
3.3矩形墩塔机布置
黑水滩河特大桥矩形空心薄壁墩17个，墩高39.3～64.3m，共841.00延米，其中位于黑水滩河处6个，聂家河处11个。
墩柱高，从承台至盖梁，模板、钢筋、混凝土等工程量较大，拟计划采用塔机进行垂直起降工具。
拟计划塔机5台，其中2台ZL-63型塔机2台设置在黑水滩河附近，负责6个高墩的施工；3台ZL-80型塔机设置在黑聂家河附近，负责11个高墩的施工；具体布置如下：
第二处高墩塔机平面布置图：
4、模板方案选择
高墩常用滑模、爬模及翻模施工，滑模及爬模由于配套设备多，一次性投入大，模板自重大，混凝土外观质量很难控制，施工纠偏困难。
一旦开始施工，不得中断，雨季施工质量难以保证，且昼夜连续作业，管理难度较大。
“提升翻模”施工配套设备少，施工机具投入小，模板刚度要求低，自重小，混凝土外观质量容易控制，施工纠偏容易，可以连续和间断施工，已成为当前高墩施工的最常用方法。
因此，根据本工程现场实际情况，经比较拟采用“提升翻模法”施工空心薄壁高墩，充分利用常用设备，且工艺较简单易行。
5、施工工艺及方法
5.1薄壁空心墩墩身施工
5.1.1主要数量
空心薄.模板的安装壁墩17个，最大墩高62m，共841.00延m。
空心薄壁墩盖梁17个。
5.1.2施工方法概述
1、空心薄壁墩：
采用定制钢模配合塔吊进行翻模施工，每次施工高度4.5m，一次性浇筑成型。
2、空心薄壁墩盖梁：
采用墩柱预留孔道穿钢轴配合工字钢作为支撑承重系统，侧模为大面钢模，浇筑砼后张拉落架成型。
5.1.3施工工艺
1、施工工艺流程
施工顺序为：
设备准备→施工放样→钢筋绑扎→预埋件安装→模板安装调整→高程测量→砼浇筑→砼养护（7天）→第二节段钢筋接长、安装（含预埋件）→安装并调校第二节段模板（注意与第一节段墩身模板连接好，并控制坐标、高程）→浇筑第二节段墩身砼（及养护）→拆除第一节段模板。
翻模是由4节段大块组合模板及支架、内外工作平台、塔式起重机、手动葫芦组合而成的成套模具。
每一节段翻转模主要由内外模板、模板固定架、围带、拉杆等构成。
根据该桥实际，翻转模板用大块组合模板拼成，因墩身较高，综合考虑了节段施工时间、机具长度及钢筋配料和减少砼施工缝的数量的目的，共加工4层模板，每层1.5m，总共6m（见模板拼装图）。
施工时，每次浇注3节模板的高度，即每次翻3层模板，浇筑4.5m高的砼。
施工第1节段时模板支立于承台顶上，第2节段模板及第3、4节段模板分别支立于前一节段模板上，测量定位后一次性浇筑砼。
砼达到拆模强度后（须第4节段混凝土抗压强度达到3 mpa，且第1节段混凝土抗压强度达到10 mpa）拆除第1节段模板同时拆除第2节模板的最下层拉杆，此时荷载由已硬化的墩身混凝土传至墩底。
待第1节段模板作调整和打磨后后利用塔吊、手拉葫芦将其翻升至第5层，依此循环向上形成拆模、翻升立模、模板组拼、钢筋焊接绑扎、灌注混凝土、养生和测量定位、标高测量的不间断作业，直至达到设计高度。
每一个环节均应经过三检，即：
自检、互检和专检。
2、具体步骤
现场布置
1）作业平台：
采用翻模施工，在每节模板顶面安装简易操作平台，四周布置安全灯笼架进行封闭施工，在施工作业面上满铺安全防护网和人行走板（用木板）。
2）塔吊：
塔吊布置于横桥向的承台上，既作墩柱施工吊具，又作上下通道。
塔吊均设附着于墩柱上，塔吊每20m一道，并在塔吊上设置爬梯及爬梯护栏，随墩柱施工高度的增加，逐渐接高塔吊。
塔吊安装程序：
固定塔吊基础→安装塔吊标准节→吊装塔帽转台和驾驶室→吊装平衡臂及卷扬机、配电箱→先吊装一块配重块→吊装起重臂及撑架系统（包括小车牵引机构和小车）→吊装剩余两块配重块穿绕有关绳索系统→检查整机的机械部件,结构连接部件、电气部件等→调整好各安全保护装置→进行试车。
塔吊安装工艺标准要求：
a.塔吊必须做好接地保护，防止雷击（采用不小于10mm2多股铜线用焊接的方法连接），接地电阻值不大于４欧姆。
b.塔吊安装完成后，在无荷载的情况下，塔身与地面的垂直度偏差值不得超过3/1000。
c.塔吊各部件的连接螺栓、销轴预紧力应符合要求。
液压系统、安全阀的数值，电器系统保护装置的调整值及其它机构部件的调整值，均应符合要求。
d.力矩限制器的综合误差不大于其额定值的８％，超过额定值时，力矩限制器，应切断吊钩上升和幅度增大方向的电源，担机构可做下降和减小幅度方向的运动。
e.超高限制器：
当吊钩架上升高度距定滑轮不小于１米时，超高限制器应能切断吊钩上升方向的电源。
f.变幅限制器：
当小车行驶至吊臂端部0.5米处时，应能切断小车运行方向的电源。
g.塔吊安装完成检查无误后，必须进行空载、静载、动载试验，其静载试验吊重为额定荷载的125％，动载吊重试验吊重为额定荷载的110％，经试验合格后方能交付使用。
3）人员上下：
采用扣件式脚手架拼装封闭矩形受力框架，内设梯步，均设附着于墩柱上，每20m一道。
随墩柱施工高度的增加，逐渐接高梯步架。
3、翻身模板
1）基本参数
a、墩柱模板的截面宽度B=7000×3000mm（7000×2600mm）
b、墩柱模板的截面高度H=1500，
c、墩柱模板的计算高度L=4.5mm，
d、柱箍间距计算跨度d=800mm。
e、柱箍采用槽钢[16#，每道柱箍1根-4根钢箍，间距800mm。
f、柱箍设斜拉螺杆，对拉螺栓直径（mm）:
Φ27精轧螺纹钢；
g、模板采用对拉杆Φ25精轧螺纹钢
h、柱箍是墩柱模板的横向支撑构件，其受力状态为受弯杆件，应按受弯杆件进行计算。
i、模板连接螺栓采用M20高强度螺栓.
墩柱模板简图
2）侧压力计算
混凝土作用于模板的侧压力，根据测定，随混凝土的浇筑高度而增加，当浇筑高度达到某一临界时，侧压力就不再增加，此时的侧压力即为新浇筑混凝土的最大侧压力。
侧压力达到最大值的浇筑高度称为混凝土的有效压头。
通过理论和实践，可按下列公式计算：
式中F------新浇筑混凝土对模板的最大侧压力（KN/m2）
γc------混凝土的重力密度（kN/m3），此处取24kN/m3
t0------新浇混凝土的初凝时间（h）,可按实测确定。
当缺乏实验资料时，可采用t0=200/（T+15）计算；假设混凝土入模温度为25ºC，即T=25ºC，t0=5
V------混凝土的浇灌速度（m/h）;取1m/h
H------混凝土侧压力计算位置处至新浇混凝土顶面的总高度（m）;取4.5m
β1------外加剂影响修正系数，不掺外加剂时取1；掺具有缓凝作用的外加剂时取1.2。
β2------混凝土塌落度影响系数，当塌落度小于30mm时，取0.85；50—90mm时，取1；110—150mm时，取1.15。
侧压力计算（按整体4.5米计算）：
按下列两式结果取最小值：
有效压头高度：
计算距底1/3高度处的侧压力标准值
新浇混凝土对模板侧压力标准值的设计依据值
采用容积为0.2～0.8m3运输器具倾倒混凝土时所产生的水平载荷标准值4.0kN/m2
3）模板计算
模板浇筑高度为4.5m，面板采用6mm冷轧钢板；竖向筋采用10#槽钢，间距为300～400mm；横向筋采用8～10mm冷轧钢板，水平柱箍采用双16#槽钢背楞，间距800mm.
具体验算数据见下表：
模板杆件规格
杆件
型号
材质
面板
6mm厚钢板
Q235
法兰
12mm厚钢板/10号角钢
Q235
拉筋
直径25mm精扎螺纹钢
竖肋
10号槽钢
Q235
横肋
10mm厚钢板
Q235
大背楞
16号双拼槽钢
Q235
面板直接承受模板传递的荷载，取5跨连续板，计算如下
A.跨中弯矩计算公式
其中q——强度设计荷载（kN/m）；
q=（1.2×75.00+1.4×4.00）×1.00=95kN/m
d——竖楞的距离，d=300mm；
经过计算得到
支座弯矩M1=-0.10×95×0.30×0.30=-0.885kN·M（端）
M2=-0.08×95×0.30×0.30=-0.684kN·M（端）
跨中弯矩M3=0.078×95×0.30×0.30=0.6669kN·M（中端）
M4=0.033×95×0.30×0.30=0.282kN·M（中端）
M5=0.046×95×0.30×0.30=0.3933kN·M（中）
面板截面抵抗矩W=1000.0×6.0×6.0/6=6000.0mm3
经过计算得到f=M/W=0.482×106/6000.0=80.400N/mm2
B.抗剪计算
最大剪力的计算公式如下:
Q=0.6qd
截面抗剪强度必须满足:
T=3Q/2bh<[T]
其中最大剪力Q=0.6×0.300×53.600=9.648kN
截面抗剪强度计算值T=3×9648/（2×1000×6）=2.412N/mm2
截面抗剪强度设计值[T]=110.00N/mm2
C.面板挠度计算
最大挠度计算公式
其中q——混凝土侧压力的标准值，q=40.000×1.000=40.000kN/m；
E——面板的弹性模量，取206000.0N/mm2；
I——面板截面惯性矩I=1000.0×6.0×6.0×6.0/12=18000.0mm4；
经过计算得到v=0.677×（40.000×1.00）×300.04/（100×206000.0×18000.0）
=0.592mm
[v]面板最大允许挠度，[v]=300.000/250=1.20mm；
4）10#槽钢验算：
竖楞槽钢直接承受模板传递的荷载，应该按照均布荷载下的三跨连续梁计算，计算如下
竖楞槽钢计算简图
A.竖楞槽钢抗弯强度计算
支座最大弯矩计算公式
跨中最大弯矩计算公式
其中q——强度设计荷载（kN/m）；
q=（1.2×40.00+1.4×4.00）×0.30=16.08kN/m
d为柱箍的距离，d=1000mm；
经过计算得到最大弯矩M=0.10×16.080×1.00×1.00=1.608kN.M
竖楞槽钢截面抵抗矩W=48.0×100.0×100.0/6=80000.0mm3
经过计算得到f=M/W=1.608×106/80000.0=20.100N/mm
竖楞槽钢的抗弯计算强度小于190.0N/mm2，满足要求。
B.竖楞槽钢抗剪计算
最大剪力的计算公式如下:
Q=0.6qd
截面抗剪强度必须满足:
T=3Q/2bh<[T]
其中最大剪力Q=0.6×1.000×16.080=9.648kN
截面抗剪强度计算值T=3×9648/（2×48×100）=3.015N/mm2
截面抗剪强度设计值[T]=110.00N/mm2
竖楞槽钢抗剪强度计算满足要求!
C.竖楞槽钢挠度计算
最大挠度计算公式
其中q——混凝土侧压力的标准值，q=40.000×0.300=12.000kN/m；
E——竖楞槽钢的弹性模量，取206000.0N/mm2；
I——竖楞槽钢截面惯性矩I=48.0×100.0×100.0×100.0/12=4000000.3mm4；
经过计算得到v=0.677×（40.000×0.30）×1000.04/（100×206000.0×4000000.3）
=0.099mm
[v]竖楞槽钢最大允许挠度，[v]=1000.000/250=4.00mm
竖楞槽钢的最大挠度满足要求!
5、柱箍的计算
本算例中，柱箍采用钢楞，截面惯性矩I和截面抵抗矩W分别为:
钢柱箍的规格:
槽钢[16#；
钢柱箍截面抵抗矩W=234.00cm3；
钢柱箍截面惯性矩I=2570.00cm4；
柱箍计算简图
其中P——竖楞槽钢传递到柱箍的集中荷载（kN）；
P=（1.2×40.00+1.4×4.00）×0.30×1.00=16.08kN
经过连续梁的计算得到
柱箍剪力图（kN）
柱箍弯矩图（kN.m）
柱箍变形图（kN.m）
最大弯矩M=45.571kN.m
最大支座力N=72.360kN
最大变形v=2.863mm
A.柱箍抗弯强度计算
柱箍截面抗弯强度计算公式
其中Mx——柱箍杆件的最大弯矩设计值,Mx=45.57kN.m；
x——截面塑性发展系数,为1.05；
W——弯矩作用平面内柱箍截面抵抗矩,W=468.00cm3；
柱箍的抗弯强度设计值（N/mm2）:
[f]=205.000
B边柱箍的抗弯强度计算值f=97.37N/mm2；
B边柱箍的抗弯强度验算满足要求!
B.柱箍挠度计算
经过计算得到v=2.863mm
[v]柱箍最大允许挠度，[v]=2500.000/400=6.25mm；
在计算过程中相关系数均考虑了风荷载。
6、结论
计算模型中选取了3m厚桥墩模板进行了计算，均满足强度及刚度要求，因此在3m及2.6m范围内的模板易满足要求。
经计算，1.5m高桥墩模板横肋采用10mm厚钢板，也可采用8mm厚钢板。
模板斜拉采用φ27精扎螺纹钢,连接螺栓采用M20高强度螺栓;
经有限元分析及构造要求，环肋应采用断横不断纵的方式，
具体尺寸及构造详见桥墩模板方案图。
5.1.4钢筋骨架的制作安装
1、钢筋端部墩粗和套丝
该技术是通过对钢筋端部镦粗，切削直螺丝，再用连接套筒对接钢筋，具有接头强度高，质量稳定，施工方便，连接速度快等优点。
剥肋套丝
a.钢筋端头的直螺纹加工在专用设备上进行，操作人员经技术培训合格后即可上岗操作。
b.通过直螺纹规对套丝进行抽检，直螺纹套丝机能很好地保持丝头加工质量的稳定性。
c.因为钢筋笼对接时，两端钢筋不能转动，所以采用加长丝头型接头，一端（下节上端）加工成标准长度丝头，另一端（上节钢筋笼下端）加工成加长丝头。
为了便于入扣选用扩口型连接套筒。
d.钢筋丝头用专用塑料帽保护。
E．连接用力矩扳手拧紧接头，其接头拧紧力矩值为275Nm。
2、接头检验与验收
a.钢筋连接工程开始前应对接头做不少于3根的单向拉伸试验，其抗拉强度应符合A级接头标准。
b.接头的现场检验按验收批进行，同一加工条件下采用同一批材料的同等级同规格接头，以500个为一个验收批进行验收，不足500个也作为一个验收批。
c.对接头的每一批验收，必须在工程中随机抽取3个试件，试验结果均符合fomst≥1.0ftk的抗拉强度要求时该验收批为合格。
d.现场连接检验10个验收批，其全部单向拉伸一次抽样检验均合格时，验收批接头数量可扩大一倍。
3、钢筋安装、绑扎
墩柱钢筋在钢筋房制成半成品，运输到墩位现场安装。
全部d20以上主筋采用直螺纹快速接头连接，其它构造或架立钢筋采用绑扎搭接或焊接，绑搭长度应不小于30d，焊接长度单面焊应不小于10d，双面焊应不小于5d。
全桥墩柱高度大，钢筋骨架不能一次安装到顶，随着墩柱砼浇注高度的增加，逐渐接高钢筋骨架。
骨架制作时应注意预留错头长度，保证钢筋同一截面搭接数量不能超过50％，错开距离应至少为35d。
钢筋骨架安装中以劲性骨架定位。
5.1.5模板的安装
1、第一次（起步段）模板的安装
每次浇筑以4.5m为一个单元。
首先在承台上准确放出墩柱边线位置，弹上墨线，将墨线内砼凿毛；然后再用4cm厚的木方垫在放样位置（这样便于拆除模板），内空为墩柱边线；接下来按正模、侧模、侧模、正模的顺序将翻模吊运至安装位置，模板下端与木方内口对齐，然后将模板相互用螺栓连结成整体，并安装工作平台，对于内模须在倒角处设方便拆卸的三角木条；再接下来利用两台经纬仪交会法进行调位；首先对模板四角点进行高程测量，使之等高；再调侧模，使之铅垂并平行于该墩副轴线，之后调整正模，使之铅垂并平行于该墩副轴线；然后再调侧模，这样反复几次，直至侧模、正模同时符合偏位要求。
接着将第二块模板置于下面一块模板顶面，其底面与上一块模板顶面对齐，其余方法与上面相同；当第二块模板调位完毕后，即可浇筑砼。
第二次浇筑砼时则将第三块模板置于第二块模板上，将第一块（起步段）模板翻到第三块模板顶面安装，以后照此循环。
模板安装时要保证上下段接缝密合顺直。
施工中除严格控制其轴线位置外，还要严格控制其垂直度。
轴线采用交汇法进行控制；垂直对采用激光垂直仪进行控制，根据现场实际，也可运用分层投点测量来进行控制。
一种方法是在承台顶面距墩身一定距离，在四面放样出四个基准点，根据基准点用重5kg铜丝测绳每隔一定施工高度用长钢尺在已完成的墩
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