中交第一公路工程局有限公司
摘要：随着我国基础设施建设发展战略的西移，山区日益成为高速公路施工的重点，该区域地形复杂、山高谷深，使用爬模和翻模施工存在施工进度慢、工程造价高、难度大等多重缺点，滑模施工成功解决了此项难题，但其存在对混凝土性能要求高，高墩质量外观差的劣势，尤其在高温天气混凝土性能较难控制，针对这一现状，2013年，我国工程技术人员在综合考虑翻模和滑模的优点之后，对二者进行合成，成功研制出高墩辊模施工工艺，本文旨在通过高墩辊模和滑模施工对比分析，说明辊模施工的技术优势和发展前景，希望为以后此类工程施工研究提供借鉴和参考。
关键词：高墩;辊模;滑模;对比
1、绪论
1.1国内外发展概况
高墩滑模施工起源于20世纪初的美国，由于采用手动杠杆或螺旋式提升机具，用工多和较难控制等原因，没有得到推广应用。20世纪40年代以后，瑞典贝京(BYGGING)公司成功研制了用于滑模施工的液压千斤顶和集中控制等滑模专用设备，初步解决了多台千斤顶同步滑升的问题。
20世纪50年代，我国开始应用滑模工艺建造筒仓类工程，当时采用的滑模提升设备，主要是由苏联引进的手动螺旋式千斤顶。1966年，我国开始进行滑模液压提升设备的研究工作。
20世纪末期，我国滑模施工得到迅速发展，由起初的烟囱、筒仓、框架施工发展到水塔、双曲线冷却塔、工业厂房、核电站、电视塔、观光塔、高墩、高层和超高层建筑等高大建筑物和地下竖井筑壁以及水利水电等工程的施工。滑模施工因其作业连续，不留施工缝，所需工作面积小，节省塔吊和输送泵，经济效益好，在桥梁高墩施工领域得到较多的应用，但是因其对砼性能要求高，尤其遇到高温天气，一旦对混凝土初凝时间和初凝至终凝持续时间控制不当，模板滑升过程中较容易出现粘模和墩身拉裂现象，严重时会出现掉角、漏筋等工程质量事故，本项缺点使其在桥梁施工领域的应用受到一定的局限，因此，急需找到一种新的施工工艺来弥补此方面的不足。2013年3月，中交一公局四公司成功研制出高墩辊模施工工艺，它综合滑模和爬模施工装置的优点，克服了滑模施工对混凝土要求高、墩身易拉伤和翻模施工效率低、不设水平施工缝、安全系数低等问题，先后在凯羊高速排牙大桥和沿德高速麻岭特大桥等进行试验推广，在外观质量控制和经济效益分析等方面成果显著。
1.2适用地形
我国地域辽阔，随着西部大开发步伐的快速推进，在崎岖山区施工的桥梁下构等截面直线型高墩越来越多，使用常规施工工艺如爬模和翻模需要塔吊和输送泵的支持，但山区陡坡多，地势高差大，机械进场困难，限制了此类工艺的使用，高墩辊模和滑模施工因其所需场地面积小，除架体拼装和初步滑升阶段需要汽车吊配合以外，其他施工过程利用自身提升系统吊装混凝土和运输钢筋等材料，既克服了机械进场困难问题，又节省造价，经济可靠，在山高谷深和地形陡峭的山区非常适用。
2、结构组成系统对比
自动液压辊模系统主要由五大系统组成：钢结构系统、自动液压提升系统、电气控制系统、安全和防护系统设计等。
滑模结构系统由模板系统、操作平台、液压提升设备、上料系统和辅助设备等组成。
辊模的钢结构系统由上护栏、模板架平台和下操作平台组成，与滑模模板系统及操作平台非常类似，辊模操作平台上钢结构提升横梁替代传统意义上的提升架，不但起到传递液压千斤顶和外框架、桁架之间内力作用，为电气控制和自动液压提升设备也提供支撑，还横穿墩身上侧，降低施工人员的安全风险；二者架体都是由两块长模架体和两块短模架体组成，四块排列成一个整体后利用螺栓紧固，架体拼装完成后，接着使用汽车吊输送混凝土，墩高滑升3米左右停滑，开始立龙门架、固定导向轮、安装卷扬机、穿钢丝绳，上料系统安装结束后进行混凝土试吊，尤其验证启动、刹车和铃声提醒按钮的功能完整性，试吊成功后撤去汽车吊，利用辊模或翻模自身提升系统垂直吊装混凝土，对于钢筋等材料的吊装也是由卷扬机提供驱动力，以滑轮为支点，带动紧固在钢丝绳上钢筋等上下完成施工材料的供应；辊模电气和液压控制设备得到进一步升级，采用自锁式提升系统，一个行程距离增加到15cm；辊模内衬模采用树脂面板和胶角拼装，滑动时与墩身保持相对静止，与框架相互分离，并且与框架之间只有水平推力和滚动摩擦力作用，模板分两节，质量较轻，便于拆卸，然后在外框架上再次进行拼装，循环作业，而滑模模板与外框架通过焊接连接，模板随着架体同步提升；辊模支撑系统安装是通过在钢管中心位置固定钢板、打膨胀螺栓、焊接基座管，再把爬升杆插入基座管中进行安装，而滑模爬升杆的安装是在浇筑第一层砼前穿过液压千斤顶，调竖直度，支撑在基础顶，没有进行预埋定位。二者现场施工图如下：
3、施工原理
辊模是通过在墩柱基础预埋无缝钢管用来定位和支撑，其外框架通过液压千斤顶悬吊在提升架上，千斤顶以钢管作为基础支点带动辊模外框架同步上升，千斤顶受控于提升控制电脑，通过带动外框均匀、竖直的提升，来保障墩柱垂直度，辊模的外框架需要提前定位和调平，它主要是用来约束内衬模，保障墩柱外形尺寸和固定工作平台用，辊模外框架与衬模发生滚动运动，内衬模与墩身保持相对静止，内衬模与外框架之间受到混凝土侧压力和滚动摩擦力作用，当辊模外框向上提升一段距离后，混凝土达到初凝和终凝之间状态，此时将衬模树脂板和胶角从墩身上剥离下来，对墩身进行喷淋养生，再对树脂板进行清理转运至框架上继续使用，进行逐节翻升，实现墩柱的连续和快速浇筑。
滑模是通过在基础顶定位墩身模板，模体、桁架焊接拼装完成后安装提升架和液压千斤顶，调整模体水平和垂直度，无缝钢管竖直穿过液压千斤顶夹孔，初滑之前墩柱混凝土与爬杆固结之后，以爬杆作为支撑，通过液压控制台实现千斤顶带动桁架和模板系统一体滑升，滑模模板与桁架固结，与墩身保持相对滑动，模板受到混凝土的侧压力和滑动摩擦力作用，模板滑过墩身一段距离立即对墩身进行抹面修饰，再进行喷淋养护。
辊模施工的创新点之一在于融入翻模施工原理，将模板与框架进行分离，在框架随着提升系统上升的同时与墩身保持相对静止，避免对混凝土表面产生拉伤，另外对于混凝土初凝时间和初凝至终凝持续时间长短要求大大降低，不再受季节性因素尤其是高温天气的制约，有效的保证了墩身外观质量；辊模施工另一项创新还在于引进新型材料，内衬模模板采用高分子PVC板，倒角使用胶质条，模板和模板、模板和胶角之间采用Z形接缝嵌接，密实混凝土，避免出现施工缝，模板质轻、强度高，很好地替代钢板，既减小滑升过程中模板与框架之间滚动摩擦力，也方便模板翻升过程中连续施工操作。
4、施工工序
4.1施工流程
4.1.1辊模
场地平整 测量放样及定位 安装辊模装置 辊模调平 钢筋绑扎 混凝土浇筑 辊模提升 模板翻升 墩身养生 循环连续作业 辊模提升 至墩顶辊模装置拆除
4.1.2滑模
场地平整 测量放样及定位 安装滑模装置 滑模调平 钢筋绑扎 混凝土浇筑 滑模提升 墩身抹面和养生 循环连续作业 滑模提升 至墩顶滑模装置拆除
4.2场地平整
根据现场地形、场地条件，安排机械配合人工平整场地并用混凝土硬化，场地周围做好防护和排水设施，避免雨季地表积水和边坡垮塌。
4.3测量放样及定位
墩身基础施工完毕之后先对基础顶进行凿毛，再对墩身四个控制点放样，对于辊模施工还要根据钢结构提升横梁对爬升杆距离要求放样爬杆中心位置。
4.4安装模体装置
4.4.1辊模
1）爬升杆安装就位。
分别在爬升杆中心预埋提前打上孔的钢板，在钢板上等距离打上4个膨胀螺栓，螺栓通过垫片穿过钢板并与基础锚固，此时钢板定位牢固，在钢板孔插入基座管并保持竖直，钢板与基座管接触部位要进行满焊，再把爬升杆插入基座管内。支撑系统图如下所示：
4）钢筋绑扎
墩柱主筋分段高度一般是4.5m，采用切割机把主筋原材端头切平，再进行滚丝，主筋之间通过螺纹套筒连接，安装完毕后调整主筋间距，在高出框架顶1.5m位置点焊横向定位筋，再进行箍筋的焊接和套筋的绑扎，一般第一次一次性绑扎1.5m。
5）混凝土浇筑和模体翻升
辊模模板一般按每节1m高设计，第一次浇筑混凝土高度75cm，待混凝土初凝开始进行辊模提升，第一次滑升45cm，紧接着再进行箍筋、套筋绑扎和第二节树脂板的安装，在这个过程中要注意观察混凝土流动性和坍落度情况，如果出现混凝土干和离析情况应立即停止浇筑，并且做试块查明原因，才能进行再次浇筑，根据钢筋绑扎和混凝土运输速度计算分析，一般应控制其初凝时间在3小时以内，终凝时间为6个小时，混凝土经多次调试满足要求之后，进行正常钢筋绑扎、架体提升和混凝土浇筑循环作业阶段，每次架体提升45cm，每提升3个循环，把框架下面树脂板拆除，清理完毕后再与胶角拼装，完成模板翻升作业。判断混凝土初凝状态的一般方法是通过手指按混凝土顶面，如果上面留有手指印但是混凝土没有下陷，则表明混凝土强度达到滑升要求。
6）经过循环施工作业，在滑升至距设计墩顶4-6米处进行施工放样，确定剩余墩高，并做好预埋进盖梁主筋长度的计算，距墩顶2m左右再次进行放样，以墩顶横坡较低点为控制标高，滑升到设计墩顶时再次进行复测。
4.4.2滑模与辊模施工工艺及工、料、机对比
1）滑模没有进行爬杆安装定位。因其在组装完模体并且调平之后，再进行提升架和液压千斤顶的安装，千斤顶安装结束后再插入爬杆并且调整爬杆垂直度，对爬杆位置精确性要求比较低。
2）滑模模板也是采用上口小下口大方式进行拼装，由于混凝土随时间变化会产生水化热，墩身发生膨胀变形，务必会增大模板与墩身的滑动摩檫力，此方法可抵消墩身膨胀变形量，尽量减小二者之间滑动摩檫力。但此滑动摩擦力要远大于同等条件下辊模滚动摩擦力，很容易对墩身造成一定程度的损伤。
3）滑模模体一般设计高度1.26m，一个循环只滑升30cm，而辊模一个循环滑升45cm，滑模比辊模滑升速度要慢，滑升之后还对墩身增加一道抹面工序。
4）工、料、机对比
上表可以得出辊模施工安全性和质量性较好的结论。
10、局限性——变截面施工
高墩辊模和滑模目前主要应用于等截面直线型高墩施工，对于变截面高墩施工应用非常少，鉴于辊模施工具有速度快、外观质量好和经济效益高等多重优点，相信在未来辊模施工在变截面高墩施工中仍然具备很好的发展前景。
11、结论
辊模施工相比滑模施工的优势主要在于能保证混凝土外观质量，施工速度基本相同，对混凝土要求比较低，表面密实无缝隙，使混凝土表面耐腐蚀和耐冻融，增加混凝土的耐久性；其采用自锁式提升系统，提升横梁横穿墩柱顶部，上下操作平台均由安全护栏围挡，降低了施工安全风险；使用新型材料树脂面板和胶角，质轻、经济、安全，节省模板翻升所需人工和时间。辊模施工因其能保证墩柱质量、经济、环保，具备很强的技术优势和较好的发展前景，但其还有诸多方面值得我们去研究，比如对于材料性能的优化，滑升过程中水化热对比，液压提升系统性能的改进和每个循环高度的提升等等，都将具备很高的科研价值。
参考文献:
[1]《公路桥涵施工技术规范》(JTG/T F50-2011)
[2]《滑模模板技术规范》(GB50113-2005)
[3]崔昌洪、张长青，《桥梁高墩辊模施工方法》，2013(CN103147403A)
[4]赵雄清，《高墩翻模施工技术探讨与实践》，科技致富向导，2011（26）
论文作者:张立明,杨振华
论文发表刊物:《基层建设》2015年28期供稿
论文发表时间:2016/4/5
标签：混凝土论文; 千斤顶论文; 模板论文; 框架论文; 液压论文; 系统论文; 作业论文; 《基层建设》2015年28期供稿论文;