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摘要：在公路桥梁中，特别是山区常常遇到一些深谷而需要建造高墩，且出现了很多新型高墩构造物，而高墩最合适的施工技术就是滑模施工技术，现结合工程实例将滑模施工技术在桥墩建造中的原理、关键工艺进行具体论述。
关键词：桥梁高墩、工法、滑模工艺
一、工程概况
某高速公路中的茅坡营特大桥属于典型的山区桥梁，桥梁下部构造主桥桥墩采用空心薄壁墩配桩基础，过渡墩采用空心薄壁墩配合桩基础，引桥桥墩采用实心墩配合桩基础。左右幅1号、2号8个墩柱为薄壁空心墩（8m*4m，壁厚70cm），左右幅6号为薄壁实心墩(6m*2.5m，壁厚250cm)，最高墩位于2号墩，墩高138m；在施工过程中高墩施工受地形条件、工期压力、安全风险、经济效益等方面因素影响非常多,故高墩采用滑模施工。
二、工法特点
滑模施工是机械化程度高、施工速度快、现场场地占用少、结构整体性强、安全系数高、环境与经济综合效益明显的一种施工技术，它包含工具式模板、动力滑升设备以及配套施工工艺等特点。动力设备目前主要以液压千斤顶为主，在成组千斤顶的同步作用下，将整个滑升荷载通过提升架传递给爬杆，从而带动工具式模板沿着刚成型的混凝土表面滑动。每次顶升约30cm左右，如此连续循环作业，直至达到设计高度，完成整个墩身施工。
三、滑模结构、设计、工作原理
1、滑模结构
滑模结构主要由模板、提升系统、工作平台、液压控制系统、辅助系统组成。
（1）模板：墩身模板用δ5mm钢板制作而成，模板高1.30米，用10#槽钢作为加筋肋，间隔30cm一道，通过上下两道围圈定位支撑，围圈桁架焊接。围圈采用10#槽钢加工，围圈上口距模板上面6cm，上下围圈间距100cm。
（2）提升系统：提升架是滑模与混凝土间的联系构件，通过QYD-100楔块液压千斤顶支撑模板、工作平台，人员荷载、滑升荷载等，整个滑升荷载将通过提升架传递给爬杆。爬杆由φ48*3.5mm的钢管制成；提升架采用“F” 字型门架，立柱用［18，横梁采用双排［18，立柱与横梁采用焊接连接。
（3）工作平台：分为主操作平台和辅助工作平台。主操作平台作为施工的操作平台，承受施工人员物料等荷载，主操作平台框架采用桁架梁结构，上部满铺5cm厚脚手板。由于混凝土施工过程中侧向受力较大，为确保主操作平台的刚度，选用∟80*8和∟63*6角钢加工制做100cm ×100cm复式桁架梁作为工作平台。为便于施工，用三角撑将平台外侧加宽50cm；辅助工作平台为混凝土养护修面的工作平台，采用钢木结构悬吊布置，沿混凝土面布置一周宽70cm平台，其上满铺5cm厚脚手板，用φ20mm圆钢间隔2米悬挂在提升桁架梁上，并搭设钢管护栏，悬挂密目安全网和防抛网。上下操作平台通过吊挂在桁架上的挂梯。
（4）液压控制系统：选用QYD-100楔块液压千斤顶，设计承载能力为10t，计算承载能力为5t，爬升行程30mm，每个千斤顶上安装针型阀，以控制进油，油路通过分油器连接；液压控制台为YKT36型液压控制台，采用分组并联主（Φ16）支（Φ8）高压油路系统同千斤顶相连，形成液压系统。
（5）辅助系统：包括洒水养护中心测量水平测量等装置。洒水管用φ50mm胶质软管制成，固定在辅助工作平台上，沿混凝土壁均匀布孔。中心测量用短重垂线，观察模体的水平位移，在模体的四个面对称设四根重垂线测量，并用全站仪校正。水平测量利用水准管，观察操作平台的水平度。
2、滑模设计
滑模结构自重： G1=13000kg；
施工荷载：工作人员12人×75kg/人=900kg、滑模设备3000kg、电焊机和振捣器400kg、钢筋和支撑杆2000kg，考虑2倍的动力系数及1.3倍的不均匀系数，施工荷载为 G2=（900+3000+400+2000）×2×1.3=16380kg；
滑升摩擦阻力：单位面积上的滑升摩擦阻力按照计算，同时考虑附加系数为1.3，所以整圈模板上的滑升摩擦阻力为：(按每平方200kg计算)，G3=S×200×1.3=55.12×200×1.3= 14331.2kg；
竖向荷载总重：G=G1+G2+G3=13000+16380+14331.2=43711.2kg；
模板的侧压力：当采用插入式振捣器时，混凝土对模板的侧压力为：P=r(h+0.05)
式中：r--混凝土的容重，取2500kg/m3
h--每层浇筑混凝土厚度，取0.3m
则：P1=2500×(0.3+0.05)=875kg/m2
同时考虑浇筑混凝土时，动荷载对模板的侧压力：P2=200kg/m2
故：P=P1+P2ֽ=875+200=1075kg
支撑杆（爬杆）计算：
允许承载能力：P=3.142EJ/K(ml)2
E: 支撑杆的弹性模量：E=2.1×106kg/cm2
J: 支撑杆的截面惯性矩：J=11.35cm4
k: 安全系数：取k=2
ml: 计算长度：按0.6×1.8=1.08m计
则：p=3.142×2.1×106×11.35/[2×(0.6×1.8×100)2]
=10073.88kg/cm2
因此支撑杆的数量（千斤顶的数量）
n=w/cp
w:撑杆承载，w=G1+G2+G3=43711.2kg
p: 支撑杆允许承载能力，取4000kg
c: 载荷不均衡系数，取0.8
n=13.65 台
考虑结构对称要求以及提升安全有效，内外模板共取千斤顶16台，支撑杆16根。考虑内外同步滑升，故选择8个对称均匀布置。
3、滑模的工作原理
滑模向上滑动原理通过支撑在提升架和依附在爬杆上的16台10t穿心式千斤顶向上滑升，千斤顶和油泵之间用高压油管连接，由总操纵室统一集中控制，每台千斤顶设分油器和进油开关，对千斤顶不同步提升进行调整。千斤顶滑升每行程3cm，通过回顶反复顶升达到要求的滑升高度。爬杆一端埋置于墩台结构的混凝土中,另一端穿过千斤顶心孔,千斤顶依附在顶杆上。提升时,滑模系统的重力及其他临时施工荷载全部由顶杆承担。
四、施工工艺
1、工艺流程：施工准备—滑模及钢筋组装(支立内模—绑扎钢筋—支立外模)—浇筑第一层混凝土—养护—浇筑第二层混凝土—提升工作平台—模板的拆除、提升—循环上升之墩顶、拆除模板—拆除平台—施工结束。
2、滑模组装：（1）测放墩身中心线和滑模安装边线后，安装滑模前进行找平，将墩身部分混凝土凿毛清洗,接长竖向主筋,绑扎提升架横梁以下的箍筋；（2）按设计位置安装外滑模和提升架,继续安装操作平台、千斤顶及顶杆等。顶杆需穿过千斤顶心孔到达基础顶面；（3）浇筑完底部2m实心段混凝土后安装内滑模，与外滑模安装相同；（4）耐压:加压120kg/cm2，5分钟不渗不漏；空载爬升:调整行程30mm；负荷爬升:记录加荷5吨,支撑杆压痕和行程大小,将行程相近的编为一组；（5）为及时修复施工中千斤顶出现的故障，要备用如：簧上卡头、排油弹簧、钢珠密封圈、卡环、下卡头等零部件，且要对其经常进行检修。
3、滑模调试：滑模组装检查合格后,安装千斤顶 ,液压系统,插入支撑杆并进行加固,然后进行试滑升3～5个行程，对提升系统液压控制系统操作平台及模板变形情况进行全面检查，发现问题及时解决，确保施工顺利进行。为确保滑模施工顺利进行，不发生粘模事故，除T接380伏电源外，还做好备用电源准备工作。
滑模结构设计图
4、墩身混凝土浇注：滑模施工混凝土,坍落度控制在12～16 cm，初凝时间在4～5h。分混凝土层均匀对称浇注,分层浇注厚度为20～30cm,浇注后混凝土表面距模板上缘的距离宜控制在10～15 cm。振捣采用插入式振捣器进行，振捣器插入前一层混凝土的深度不应超过5 cm,避免振捣器触及钢筋、爬杆和模板,禁止在模板滑升时振捣混凝土。混凝土出模强度应控制在0.2～0.5 MPa范围内（手有硬感即可）,以防止坍塌变形。出模8h后开始养生。混凝土浇筑配一台吊机，连续不间断浇筑。
5、滑模提升：滑模施工的整个过程中,滑升可分为初升、正常滑升和终升3个阶段：（1）初升阶段：最初灌注的混凝土的高度一般为80～90 cm,分3～4层浇注,约需4h,浇筑前现场做试块，手有硬感时混凝土强度约0.2～0.5 Mpa，即可提升模板，随后模板缓慢提升3cm，再检查底层混凝土凝固状况，正常后模板正常提升至10cm左右。此时，对滑模系统进行全面检查，包括提升架的垂直度和水平度是否满足要求,平台焊缝连接是否可靠,系统的变形是否在允许范围内,模板接缝是否严密,操作平台的水平度是否达到标准,连接螺栓是否松动,千斤顶工作是否正常,顶杆有无弯曲现象等。发现问题要及时修正和完善；（2）正常滑升阶段：各项检查完毕并符合要求后,进入正常滑升阶段。每浇注一层混凝土（20～30cm）,滑升一次,力争使滑升高度与混凝土浇注厚度基本一致。在正常滑升阶段,浇注混凝土、绑扎钢筋、滑升模板、出模混凝土压光处理要交替进行。一般混凝土浇注和模板滑升速度控制在30cm/h左右。正常滑升阶段应分多次慢慢滑升,每次连续滑升高度不宜超过30cm,要经常停下来检查构件与设备是否正常工作。正常滑升阶段各项作业之间要紧密配合。正常滑升阶段中间由于各种原因停止滑升，滑模下口要在已浇混凝土面以下20～30 cm为宜，再次进行滑升时进行凿毛处理后，浇筑混凝土前清理干净；（3）终升阶段：当模板滑升至离墩顶标高2 m实体段时,滑模进入终升阶段。此时拆除内滑模，安装制作的内底模，并放慢滑升速度,进行准确的抄平和找正工作,保证最后浇注的一层混凝土顶部标高和位置准确。
6、绑扎钢筋及竖向筋接长：模板每提升一定高度后,要穿插进行接长顶杆及绑扎钢筋的工作。为便于加快钢筋接长，钢筋接头采用直螺纹接头，并且便于操作，每次接长钢筋为4.5m为宜。此项工作应在滑升间隔时间内完成,以免影响施工进度。
7、墩身横隔板施工：（1）模板滑升到横隔板以上时，暂停滑升，利用隔板下墩身预埋件，焊接牛腿，安装隔板底模；（2）扳出墩身里预埋的横隔板钢筋，绑扎横隔板钢筋；（3）灌注横隔板混凝土，滑升模板。
8、滑模拆除：（1）拆除顺序：按与滑模组装的相反顺序进行；（2）拆除注意事项：①先清理平台上堆放的各种机具和材料；②拆除时利用墩旁塔吊分内外滑模整体进行拆除；③拆除工作系高空作业，人员必须系好安全带，机具应绑扎牢固，慢运轻放，防止损坏；④拆除工作完后，应将构件分类存放。
9、混凝土施工技术措施:（1）施工前，测定混凝土的塌落度凝固时间。（2）浇筑前检查模板尺寸是否正确，接缝是否严密，模板内的杂物是否已清除，检查钢筋的数量、尺寸、间距及保护层厚度是否符合设计要求。（3）浇筑前给每个振捣工划分好振捣区域，责任落实到人。（4）混凝土浇注采用直径75mm及50mm插入式振捣器水平分层紧随下料及时振捣，振动器移动距离不大于其作用半径的1.5倍，且振动器插入下层混凝土内不超过50mm。模板角落以及振捣器不能达到的地方，辅以人工插捣,振捣时间不大于60s。（5）混凝土振捣时防止碰撞模板钢筋预埋件，确保预埋件位置尺寸数量等的准确。（6）因施工需要或因其他原因不能连续滑升时，采取停歇措施：混凝土浇灌到同一水平面上；模板先每隔一段时间提升一个行程，直至模板与混凝土不在粘结为止；再施工时，对液压系统进行运转检查，对旧砼面进行凿毛处理，凿毛后用清水将砼面冲冼干净。
五、结束语
滑模施工技术在桥梁高墩施工中应用还处于新尝试阶段，它具有的优势必然在今后的施工中得到广泛使用。滑模施工技术是比较特殊的一门施工技术，由于对混凝土的连续性施工要求较高，同时施工具有机械化程度高，多工种协同工作和强制性连续作业的特点，任何一环脱节都会影响全盘，因此，周密地做好施工准备和控制工作是搞好滑模施工的关键。在桥梁设计时使用滑模施工的桥墩最好设计成圆角，以防滑升时尖角会掉块，另外对钢筋的布置应考虑滑升用的支承杆代替部分钢筋。总之滑模施工技术在公路施工中的应用，必然会进一步完善，会为今后公路建设做出更大贡献。
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论文作者:陈红生
论文发表刊物:《基层建设》2018年第4期
论文发表时间:2018/5/22
标签：混凝土论文; 模板论文; 千斤顶论文; 钢筋论文; 荷载论文; 工作论文; 桥梁论文; 《基层建设》2018年第4期论文;