淺談滑模施工在空心薄壁高墩中的應(yīng)用

■李光星

（福建省交通建設(shè)工程監(jiān)理咨詢有限公司，福州 350001）

1 工程概況

某高速公路其中一大橋橋位區(qū)屬丘陵區(qū)間沖溝溝谷地貌，地形起伏較大，山溝河谷呈“U”字形，山坡自然坡度 20～40°。 左幅橋梁橋孔采用 6×30m+7×40m 預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)-鋼構(gòu)T梁，橋長(zhǎng)464m；右幅橋梁橋孔采用5×30m+5×40m+3×30m預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)-鋼構(gòu)T梁，橋長(zhǎng)444m；下部結(jié)構(gòu)左幅7～11#、右幅7～10#橋墩采用矩形空心薄壁墩、樁基礎(chǔ)；其余墩柱為柱式墩樁基礎(chǔ)。矩形空心薄壁墩墩高36～58m，橫橋向墩寬6m，順橋向墩寬3.2m，頂部2.5m、靠近承臺(tái)處4m為實(shí)心段，其余部分為壁厚0.55m的空心矩形，在空心段中間設(shè)置厚度0.4m的橫隔板。

2 滑模工作原理

滑模是通過(guò)液壓千斤頂頂升模板和操作平臺(tái)來(lái)實(shí)現(xiàn)連續(xù)澆筑，其工藝原理是預(yù)先在墩身混凝土結(jié)構(gòu)中埋置支撐桿，利用千斤頂與提升架將滑升模板的全部施工荷載轉(zhuǎn)至支撐桿上，待混凝土具備規(guī)定強(qiáng)度后，通過(guò)自身液壓提升系統(tǒng)將整個(gè)裝置沿支撐桿上滑，模板定位后又繼續(xù)澆筑混凝土并不斷循環(huán)。

3 滑模結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

3.1 滑模構(gòu)造

滑模體在滿足強(qiáng)度、剛度及穩(wěn)定性要求的同時(shí)，為了便于加工，提高復(fù)用率，整個(gè)模體設(shè)計(jì)為整體式桁架結(jié)構(gòu)鋼結(jié)構(gòu)?；＝Y(jié)構(gòu)系統(tǒng)主要由：內(nèi)外模板、提升架、工作盤、輔助盤、支撐桿、液壓系統(tǒng)等組成。面板、桁架、操作盤、提升架等構(gòu)件間均為焊接連接。內(nèi)外模提升動(dòng)力各采用4臺(tái)10噸穿心式千斤頂。支撐桿 （俗稱爬桿）采用Ф48×5mm鋼管（鋼管內(nèi)采用注漿處理），為了便于混凝土脫模后養(yǎng)護(hù)，在桁架梁下端吊掛一輔助平臺(tái)。結(jié)構(gòu)示意圖如圖1所示。

圖1 滑模模板裝置結(jié)構(gòu)圖

3.2 支撐桿受力分析及數(shù)量確定

3.2.1 荷載計(jì)算

滑模豎向荷載W由滑模結(jié)構(gòu)自重G1、施工荷載G2及滑升摩阻力G3三部分構(gòu)成。

（1）滑模結(jié)構(gòu)自重：G1=9.5t。

（2）施工荷載。主要考慮操作人員、振搗機(jī)具和液壓操作設(shè)備以及鋼筋等材料三部分，荷載分別為：人員15×70kg/人=1.05t， 一般工具 2.5t， 鋼筋及支撐桿 1.5t，G2=1.05+2.5+1.5=5.05t。

（3）單位面積上的滑升摩阻力按200kg計(jì)算，同時(shí)考慮附加系數(shù) 1.5，G3=1.5×1.26m×18.4m×200kg/m2=7.0t。

（4）豎向荷載：W=G1+G2+G3=9.5+5.05+7=21.55t。3.2.2 支撐桿承載力計(jì)算

式中：Po——Ф48鋼管支承桿的允許承載力（kN）；

f——支撐桿鋼材強(qiáng)度設(shè)計(jì)值；20kN/cm2；

An——支撐桿的截面積為=3.14×（482-382）/400=6.75cm2；

a——工作條件系數(shù)取0.7（參見(jiàn)施工手冊(cè)第863頁(yè)滑模裝置設(shè)計(jì)與制作）；

ψ——軸心受壓桿件的穩(wěn)定系數(shù)，計(jì)算出桿的長(zhǎng)細(xì)比λ，查現(xiàn)行《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》附表得到ψ＝0.82；其中λ＝（μL1）/r＝（0.75×1.3/0.0153）＝63.73 （參見(jiàn)現(xiàn)行建筑規(guī)范大全、建筑施工扣件式鋼管腳手安全技術(shù)規(guī)范JGJ130-2011）。上式中：μ——長(zhǎng)度系數(shù)，μ＝0.75（參見(jiàn)施工手冊(cè)第863頁(yè)4.2）；

r——回轉(zhuǎn)半 徑，（D/4）×（1+（d/D）2）1/2=（4.8/4）×（1+（3.8/4.8）2）1/2＝1.53cm；

L1——支撐桿計(jì)算長(zhǎng)度（cm），L1＝130cm，L1取千斤頂下卡頭到澆筑砼上表面的距離。

則 Po=a.f.ψ.An＝0.7×20×0.82×6.75×0.102＝7.9t 3.2.3 支撐桿數(shù)量計(jì)算

支撐桿數(shù)量（千斤頂數(shù)量）：N=W/C/Po式中：C——載荷不均衡系數(shù)，取C=0.8

則N=21.55/0.8/7.9=3.4（臺(tái)），取千斤頂4臺(tái)，即可滿足要求。

4 滑模施工工藝

承臺(tái)施工完成后，對(duì)墩臺(tái)接觸面進(jìn)行鑿毛沖洗，利用勁性骨架綁扎墩身鋼筋，在承臺(tái)頂面彈畫立模線并拼裝外模和桁架結(jié)構(gòu)，經(jīng)調(diào)試驗(yàn)收合格后，分層澆注墩底實(shí)心段混凝土，混凝土入模坍落度控制在160～180mm，待最下層30cm厚混凝土強(qiáng)度達(dá)到0.2～0.4MPa時(shí)，利用液壓千斤頂提升滑模桁架，待實(shí)心段完成后拼裝內(nèi)模，經(jīng)調(diào)試合格后，同時(shí)滑升內(nèi)外模及澆注混凝土?；Ｌ嵘^(guò)程中，混凝土澆注應(yīng)連續(xù)進(jìn)行，依次循環(huán)施工，墩身按30cm進(jìn)行分節(jié)連續(xù)澆注。施工至橫隔梁時(shí)，拆除內(nèi)模，內(nèi)吊架并安裝底膜，澆注橫隔梁，然后重新安裝內(nèi)模繼續(xù)滑升澆注混凝土，待滑升至設(shè)計(jì)標(biāo)高時(shí)將滑?；眨植坎鸪Ｄｓw吊放至下一噸位?；９に嚵鞒桃?jiàn)圖2所示。

圖2 滑模工藝流程圖

5 施工控制要點(diǎn)

5.1 測(cè)量控制

采用線錘測(cè)法（或激光垂度儀）和全站儀相結(jié)合，以滑升平臺(tái)水平為基準(zhǔn)，在滑模設(shè)備兩條軸線的幾何中心線上選定適當(dāng)?shù)膬牲c(diǎn)，各懸掛1個(gè)10kg的大錘球。按照所選定兩點(diǎn)的位置投影到承臺(tái)，在此面上設(shè)立兩個(gè)固定的觀察控制點(diǎn)。模板滑升以前，應(yīng)檢驗(yàn)兩個(gè)懸掛錘球的投影點(diǎn)是否分別與兩個(gè)觀察點(diǎn)相重合，測(cè)量人員在每提升300mm時(shí)觀察一次，以此檢查與控制墩身中線及滑模平臺(tái)的扭轉(zhuǎn)偏移，測(cè)量見(jiàn)圖3所示。每天用全站儀校核縱橫軸線位置，確保墩身垂直度和中線偏差不積累。

圖3 線錘測(cè)法

5.2 鋼筋施工質(zhì)量控制

鋼筋施工是墩身施工的關(guān)鍵點(diǎn)，為保證墩身鋼筋的準(zhǔn)確定位和鋼筋骨架豎直度，同時(shí)加快綁扎速度，采用特制勁性骨架對(duì)鋼筋進(jìn)行定位。勁性骨架為角鋼與節(jié)點(diǎn)板組焊結(jié)構(gòu)并與滑模爬架焊接成整體，在墩身四角設(shè)置四根通長(zhǎng)10#角鋼，角鋼按墩身主筋間距設(shè)置孔眼，已確保定位準(zhǔn)確，見(jiàn)圖4。模板每提升一定高度，穿叉進(jìn)行接長(zhǎng)支撐桿及鋼筋綁扎，此項(xiàng)工作應(yīng)在滑升間隔時(shí)間內(nèi)完成，以免影響施工進(jìn)度。

圖4 勁性骨架定位

5.3 混凝土澆注

混凝土澆筑前應(yīng)做混凝土固身凝固試驗(yàn)，應(yīng)控制其固身凝固時(shí)間6～8h，初凝3～5h。為保證混凝土順利入倉(cāng)，要求混凝土具有較好的流動(dòng)性和擴(kuò)展度，入倉(cāng)坍落度控制在16～18cm?；炷翝沧?yīng)分層對(duì)稱進(jìn)行，分層澆注厚度控制在20～30cm，澆注后混凝土表面距模板上緣的距離控制在10～15cm，混凝土澆注應(yīng)在前一層混凝土凝結(jié)前進(jìn)行，同時(shí)采用插入式振搗器進(jìn)行振搗。振搗器插入前一層混凝土的深度不應(yīng)超過(guò)5cm，避免振搗器觸及鋼筋、頂桿和模板，嚴(yán)禁在模板滑升時(shí)振搗混凝土?；炷翉?qiáng)度達(dá)到0.2～0.4MPa，且能保證其表面及棱角不至因模板滑升受損時(shí)，滑模爬升。若脫?；炷撩嫫秸刹蛔瞿ü馓幚?。如脫?；炷撩嬗腥毕?，應(yīng)立即進(jìn)行混凝土表面修補(bǔ)。為使已脫?；炷撩婢哂羞m宜的硬化條件，防止發(fā)生裂縫，通過(guò)固定在輔助盤上的噴淋養(yǎng)護(hù)系統(tǒng)對(duì)脫模混凝土面進(jìn)行養(yǎng)護(hù)。

5.4 模板滑升

（1）初升。初始澆注的混凝土高度為60～70cm，分2～3層進(jìn)行澆筑，然后開始緩慢滑升3～6cm（見(jiàn)圖5），檢查脫?；炷聊虪顩r，若混凝土強(qiáng)度達(dá)到0.2～0.4MPa時(shí)即可出模，現(xiàn)場(chǎng)可通過(guò)手指按壓方式進(jìn)行判斷，隨后可適當(dāng)提高滑升高度?；３跎^(guò)程中，應(yīng)對(duì)液壓裝置、模板結(jié)構(gòu)以及有關(guān)設(shè)施在負(fù)載情況下作全面檢查，發(fā)現(xiàn)問(wèn)題及時(shí)處理，待一切正常后方可進(jìn)行正?；?。

圖5 模板初升

（2）正?；?。施工轉(zhuǎn)入正?；龝r(shí)，每澆注一層混凝土，即每滑升一次，力爭(zhēng)使滑升高度與混凝土澆注高度一致。在正?；A段，應(yīng)盡量保持連續(xù)作業(yè)，由專人觀察脫?；炷帘砻尜|(zhì)量，以確定合適的滑升時(shí)間和滑升速度，一般混凝土澆注和模板滑升速度控制在20cm/h左右。期間澆注混凝土、綁扎鋼筋及滑升模板交替進(jìn)行。

（3）終升。當(dāng)模板滑升至離墩頂標(biāo)高1m左右時(shí)，滑模進(jìn)入終升階段。此時(shí)應(yīng)放慢滑升速度，并進(jìn)行準(zhǔn)確的抄平和找正工作，保證最后澆注的一層混凝土頂部標(biāo)高和位置準(zhǔn)確。

（4）停滑措施。滑模施工需連續(xù)進(jìn)行，因結(jié)構(gòu)需要或意外原因?；瑫r(shí)，應(yīng)采取?；胧?，混凝土停止?jié)仓?，每?5min，滑升1～2個(gè)行程，直至混凝土與模板不再粘結(jié)。

5.5 滑模拆除

滑?；林付ㄎ恢脮r(shí)，將滑模滑空后，拆除附屬物件，再利用塔吊在高處分部進(jìn)行拆除，吊放至下一個(gè)墩位?；Ｑb置拆除在統(tǒng)一指揮下進(jìn)行，操作人員配戴齊全安全帶安全帽等必要的防護(hù)用品，拆卸的滑模部件要嚴(yán)格檢查，捆綁牢固后下放?；Ｑb置拆除時(shí)，本著先組裝后拆除，后組裝先拆除的原則，嚴(yán)格按照安全規(guī)程進(jìn)行操作。拆除順序如下：

滑模平臺(tái)清理→拆除內(nèi)外吊架→拆除液壓油路系統(tǒng)→拆除內(nèi)模板及其支撐系統(tǒng)→拆除操作平臺(tái)外欄桿外鋼圈→拆除提升架→割斷支撐桿。

6 滑模偏移控制

滑模施工過(guò)程中由于種種不當(dāng)?shù)氖┕し椒ê鸵蛩?，極易造成滑模偏扭。針對(duì)出現(xiàn)的偏扭，應(yīng)先對(duì)其偏移產(chǎn)生原因進(jìn)行分析，而后制定相應(yīng)的預(yù)防和糾正措施。

6.1 偏移預(yù)防措施

（1）嚴(yán)格控制模板滑升速度?；Ｊ┕さ幕炷脸瞿?qiáng)度，宜控制在0.2～0.4MPa，混凝土出模強(qiáng)度不夠容易造成支撐系統(tǒng)失穩(wěn)，從而產(chǎn)生較大的偏移，所以應(yīng)嚴(yán)格控制模板滑升速度。

（2）嚴(yán)格控制操作平臺(tái)的傾斜度。滑升過(guò)程中，操作平臺(tái)應(yīng)保持水平。每一千斤頂行程后都要隨時(shí)觀測(cè)和掌握操作平臺(tái)各點(diǎn)的標(biāo)高?？刂撇僮髌脚_(tái)的水平應(yīng)做好以下幾點(diǎn)：

①嚴(yán)格控制各千斤頂?shù)纳?。各千斤頂?shù)南鄬?duì)高差宜控制在2cm內(nèi)，相鄰兩千斤頂?shù)纳钜丝刂圃?cm內(nèi)，升差的控制可采用限位調(diào)平器進(jìn)行。

②操作平臺(tái)上的荷載應(yīng)盡量分布均勻。每次滑升前，應(yīng)檢查平臺(tái)上物品（主要是鋼筋、人員等），布置均勻后方可滑升。

③嚴(yán)格控制支撐系統(tǒng)的垂直度。對(duì)于支撐桿和千斤頂垂直度的檢查，應(yīng)采用吊垂球的方法，做到勤觀測(cè)、勤檢查。對(duì)于傾斜的支撐桿應(yīng)立即調(diào)正或更換。

④注意混凝土澆筑順序?；Ｒ话阌邢蛳葷仓炷恋姆较蚱频默F(xiàn)象，所以澆筑順序應(yīng)注意調(diào)整。

6.2 糾偏措施

千斤頂每一行程，都應(yīng)對(duì)垂直度進(jìn)行觀測(cè)，依據(jù)觀測(cè)數(shù)據(jù)，制訂糾偏措施。

（1）對(duì)于5mm以下的偏移或扭轉(zhuǎn)，可采用變換混凝土澆筑方向的方法進(jìn)行逐步的糾正。即先澆筑偏移反向一邊的混凝土，后澆筑偏移方向一邊的混凝土，對(duì)于滑模的扭轉(zhuǎn)，應(yīng)采取反方向澆筑混凝土的方法予以糾正。

（2）對(duì)于5～10mm的偏差，可采用偏載法進(jìn)行糾正，即重新調(diào)整操作平臺(tái)上荷載分布的方法。最簡(jiǎn)單的方法是在滑升時(shí)讓操作平臺(tái)上的人員偏于一邊，但應(yīng)注意偏載不宜過(guò)大。

7 滑模效益分析

以該大橋工程為例，高為58m、35m的空心薄壁墩采用滑模施工歷時(shí)分別為21d、12d，平均工效為2.82m/d，高為45m、42m的空心薄壁墩采用翻模施工歷時(shí)分別為40d、38d，平均工效為1.12m/d。通過(guò)對(duì)滑模工藝與同期施工的翻模相比，滑模施工明顯縮短了施工周期，加快了施工進(jìn)度，經(jīng)綜合測(cè)算分析，采用滑模工藝每方混凝土可節(jié)約施工成本150元，經(jīng)濟(jì)效益明顯。

8 結(jié)語(yǔ)

實(shí)踐證明，滑模施工既能保證工程質(zhì)量和保障作業(yè)安全，同時(shí)與翻模施工技術(shù)相比，具有施工速度快，節(jié)約成本的優(yōu)點(diǎn)，能夠在空心薄壁高墩施工中得到有效應(yīng)用，可為今后的類似工程施工提供參考依據(jù)。

[1]向昌興.橋梁墩臺(tái)滑模施工技術(shù)的應(yīng)用探討[J].中國(guó)戰(zhàn)略新興產(chǎn)業(yè)，2018（08）：212-213.

[2]歐蓮花.液壓滑模施工技術(shù)在橋梁施工中的應(yīng)用[J/OL].交通世界，2017（35）：94-95.

[3]余北飛，張麗.滑模施工技術(shù)在高速公路橋梁高墩施工中的應(yīng)用[J/OL].交通世界，2017（28）：82-83.