山區(qū)公路橋梁薄壁高墩混凝土無(wú)拉桿滑式翻模設(shè)計(jì)與施工技術(shù)研究
——以南龍高速公路擴(kuò)容工程 B6 標(biāo)橋梁為工程案例

劉志偉

(中鐵十七局集團(tuán)第六工程有限公司 福建福州 350011)

0 引言

薄壁高墩設(shè)計(jì)是山區(qū)公路橋梁建設(shè)中，最為常見(jiàn)的設(shè)計(jì)形式。根據(jù)其設(shè)計(jì)特點(diǎn)，結(jié)合工程實(shí)際的地形地貌情況，墩身混凝土施工時(shí)，一般可以采用爬模、翻模、滑模等施工工藝。比較幾種工藝的優(yōu)缺點(diǎn)，爬模施工的優(yōu)點(diǎn)是，混凝土實(shí)體和外觀質(zhì)量都比較好；缺點(diǎn)是資源投入較大，在機(jī)械性能方面，對(duì)爬模頂升系統(tǒng)的要求更加嚴(yán)格?；Ｊ┕さ膬?yōu)點(diǎn)是設(shè)備安全性能好、施工速度快；缺點(diǎn)是整體外觀質(zhì)量較差，施工控制難度較大。翻模施工的優(yōu)點(diǎn)是實(shí)體和外觀質(zhì)量更有保障，但設(shè)備設(shè)施的投入量比較大，施工進(jìn)度與滑模及爬模相比較慢。當(dāng)墩身超過(guò)一定高度時(shí)，施工安全風(fēng)險(xiǎn)更高[1]。

在高速公路施工中，項(xiàng)目業(yè)主對(duì)施工技術(shù)、施工進(jìn)度、施工成本控制等各方面要求都越來(lái)越嚴(yán)格，促使在施工中應(yīng)更多推廣使用新技術(shù)、新工藝、新設(shè)備，并在有效降低工程成本、提高經(jīng)濟(jì)效益、縮短施工工期方面做更多的探索。

1 工程概況

1.1 工程設(shè)計(jì)概況

南昌至龍南高速公路擴(kuò)容工程B6標(biāo)，位于江西省信豐縣崇仙鄉(xiāng)境內(nèi)，起點(diǎn)K95+700位于信豐縣崇仙鄉(xiāng)貓形村北面。線(xiàn)路經(jīng)過(guò)兩山隘口進(jìn)入信豐縣崇仙鄉(xiāng)貓形村，經(jīng)仙水緣漂流區(qū)，再進(jìn)入山間礙口依山脊布設(shè)。終點(diǎn)位于K101+500，線(xiàn)路全長(zhǎng)5.803 km。標(biāo)段內(nèi)共有橋梁工程3座，分別為特大橋1座，大橋2座，橋梁實(shí)心薄壁墩共計(jì)44個(gè)。其中貓形特大橋起訖里程為K95+721～K96+889，全橋長(zhǎng)1168 m，11#～27#墩左右幅橋墩均為薄壁墩；水口高架橋 K97+051～K97+819，全橋長(zhǎng)768 m，2#～6#墩左右幅橋墩均為薄壁墩。薄壁墩截面尺寸為10.95 m×2.2 m，墩身高度在27 m～37.5 m之間，均屬于寬幅薄壁高墩。

水口高架橋薄壁墩數(shù)量統(tǒng)計(jì)表如表1所示。

表1 南龍高速擴(kuò)容工程B6標(biāo)段水口高架橋薄壁墩數(shù)量統(tǒng)計(jì)表

1.2 地形地貌情況

貓形特大橋、水口高架橋兩座橋梁，均為主線(xiàn)跨丘陵間河谷地及河流而設(shè)的橋梁。橋址區(qū)山高陡峭，地質(zhì)構(gòu)造復(fù)雜，橋梁跨越深山溝壑，橋墩高差大。江西夏季高溫時(shí)間長(zhǎng)，雨量大。施工現(xiàn)場(chǎng)地形復(fù)雜，施工場(chǎng)地狹窄，施工便道沿山邊鋪設(shè)，難以投入大型設(shè)備、材料運(yùn)輸受限，施工困難大。

1.3 工程重難點(diǎn)分析

安全風(fēng)險(xiǎn)高：T梁架設(shè)是整個(gè)標(biāo)段工期制約點(diǎn)，而薄壁高墩施工為控制T梁架設(shè)的關(guān)鍵點(diǎn)。施工過(guò)程中，高空作業(yè)點(diǎn)多，存在不確定風(fēng)險(xiǎn)因素，施工安全風(fēng)險(xiǎn)較大。

資源投入大：高墩施工需分節(jié)進(jìn)行，墩身澆筑完成所需周期長(zhǎng)。多墩同時(shí)展開(kāi)施工時(shí)，需投入大量的模板、機(jī)械設(shè)備。

精度要求高：薄壁高墩施工的特點(diǎn)，一是墩身重心高，二是橫截面相對(duì)面積較小，三是薄壁墩身柔度較大。在施工過(guò)程中，必須加強(qiáng)對(duì)坐標(biāo)方位、軸線(xiàn)偏移、外觀線(xiàn)形、溫度應(yīng)力等多方面的監(jiān)控，確保施工精度能夠滿(mǎn)足規(guī)范要求。同時(shí)，高墩分節(jié)施工帶來(lái)的不可避免的施工縫，也是墩身受力的薄弱之處。所以，施工過(guò)程中加強(qiáng)線(xiàn)形及精度定位監(jiān)測(cè)、加強(qiáng)細(xì)部工藝質(zhì)量，是施工的關(guān)鍵控制點(diǎn)。

2 墩柱模板系統(tǒng)和提升系統(tǒng)改進(jìn)

2.1 設(shè)備改進(jìn)原理

橋墩無(wú)拉桿滑式翻模施工工裝，由外部桁架、液壓千斤頂、提升柱、模板、撐桿、吊裝葫蘆等組成。提升裝置采用提升柱配合液壓千斤頂?shù)幕浇Y(jié)構(gòu)。設(shè)置可調(diào)節(jié)的撐桿，支撐在外部桁架上，用來(lái)固定模板；待澆筑完成本節(jié)段混凝土后，首先松開(kāi)撐桿，然后再采用吊裝葫蘆進(jìn)行模板翻升操作。整個(gè)結(jié)構(gòu)通過(guò)提升柱固定于墩身混凝土之中，穩(wěn)固安全。

模板無(wú)需設(shè)對(duì)拉桿，墩身無(wú)拉桿孔，工程實(shí)體質(zhì)量可控，外觀質(zhì)量得以顯著提高。通過(guò)桁架內(nèi)翻升通道進(jìn)行翻模操作，可以避免外部翻模受高空作業(yè)中風(fēng)的影響，減少安全隱患。采用組合桁架作為外模架，穩(wěn)固安全，無(wú)需重復(fù)拆裝，節(jié)省了大量勞動(dòng)力和周轉(zhuǎn)材料。操作平臺(tái)采用液壓千斤頂為頂升系統(tǒng)進(jìn)行整體提升，其特點(diǎn)是設(shè)備無(wú)需反復(fù)拆裝，設(shè)備的整體穩(wěn)定性更好更牢固，施工過(guò)程安全系數(shù)高，施工更加便捷。

無(wú)拉桿滑式翻模的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理如圖1所示。

圖1 無(wú)拉桿滑式翻模結(jié)構(gòu)原理圖

2.2 模板優(yōu)化改進(jìn)

選擇模板高度：本標(biāo)段的薄壁墩身高度均在27 m以上，最高達(dá)37.5 m。綜合考慮高墩施工工序及工藝流程等工程實(shí)際情況，在模板的選擇上，選用大塊組合鋼模板，經(jīng)過(guò)加工拼裝，制作成可翻轉(zhuǎn)的模板，每層選定高度為2 m，一共加工2層，總高度為4 m。

確定模板構(gòu)造：為確保模板的強(qiáng)度、鋼度、多次倒運(yùn)后不發(fā)生變形，外模選用厚度6 mm的鋼板制作，豎肋采用[10槽鋼、鋼背楞采用雙拼[12槽鋼進(jìn)行組焊加固支撐[2]。

桁架及鋼模板平面布置圖如圖2所示。

圖2 桁架及鋼模板平面布置圖

2.3 液壓提升系統(tǒng)

整套滑式翻模設(shè)備在設(shè)計(jì)配置上是否成功，關(guān)鍵在于液壓提升系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計(jì)是否合理。液壓提升系統(tǒng)設(shè)備配置主要包括：液壓操作系統(tǒng)、提升架、支承桿。

其中液壓操作系統(tǒng)是由液壓控制臺(tái)、液壓千斤頂、油管及其他附件組成。為了保障系統(tǒng)能正常工作，在組裝前對(duì)這些設(shè)備設(shè)施進(jìn)行檢查驗(yàn)收，尤其要加強(qiáng)對(duì)管路的檢查，提前排查管路是否存在異常情況，及時(shí)采取措施予以排除。

提升架共設(shè)置12根掛桿，掛桿與操作平臺(tái)主桁焊接成整體。

液壓千斤頂、爬桿、爬架橫梁連接如圖3所示。

圖3 液壓千斤頂、爬桿、爬架橫梁連接示意圖

3 無(wú)拉桿滑式翻模施工要點(diǎn)

3.1 施工準(zhǔn)備

實(shí)心薄壁墩驗(yàn)收內(nèi)容，包含對(duì)平面位置、寬度等尺寸進(jìn)行驗(yàn)收。驗(yàn)收合格以后，對(duì)即將施工的實(shí)心薄壁墩進(jìn)行切割鑿毛，安裝模板及外模架，檢驗(yàn)合格進(jìn)入下道工序[4]。

3.2 鋼筋籠扎制、固定

滑式翻模施工特點(diǎn)：每個(gè)節(jié)段均要進(jìn)行鋼筋綁扎、模板安裝、模板提升、澆筑混凝土，然后循環(huán)作業(yè)，直至完成每個(gè)節(jié)段。

根據(jù)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，每段主筋長(zhǎng)度取4.5 m，主筋連接采用直螺紋套筒方式連接[3]，鋼筋接頭應(yīng)采用I級(jí)，同一截面的接頭數(shù)量應(yīng)滿(mǎn)足規(guī)范要求；箍筋連接采用雙面焊，焊縫長(zhǎng)度應(yīng)滿(mǎn)足規(guī)范要求。

3.3 模板安裝、固定

安裝首節(jié)模板前，在承臺(tái)上沿模板的地面采用砂漿設(shè)置厚為30 mm～50 mm 的找平層，并在墩底設(shè)置零接模板。零接模板的上端與墩身翻模模板相連接，下端直接支承在砂漿找平層上，最先拆除的一塊模板下端與承臺(tái)的接觸邊設(shè)計(jì)為銳角，方便脫模。外撐桿應(yīng)支撐牢固，防止?jié)仓炷吝^(guò)程中移位、漏漿。

整個(gè)節(jié)段模板安裝完成，對(duì)平面位置、模板標(biāo)高、穩(wěn)定性專(zhuān)項(xiàng)檢查校核，滿(mǎn)足要求后進(jìn)入下道工序。

底模鋼筋綁扎、桁架及模板安裝如圖4～圖6所示。

圖4 底模鋼筋綁扎圖

3.4 墩身混凝土澆筑工序

(1)施工關(guān)鍵

采用滑式翻模澆筑混凝土，確保設(shè)備的穩(wěn)定，確保液壓操作系統(tǒng)提升過(guò)程中的平穩(wěn)是施工的核心；整個(gè)模板系統(tǒng)通過(guò)液壓系統(tǒng)、預(yù)埋的支撐桿、提升架共同作用，進(jìn)行平穩(wěn)提升操作，是施工的關(guān)鍵。

(2)施工順序

澆筑底節(jié)混凝土、檢測(cè)混凝土強(qiáng)度滿(mǎn)足要求、液壓操作系統(tǒng)開(kāi)始提升工作、安裝第二節(jié)墩身鋼筋模板、模板位置的調(diào)整及外撐桿的堅(jiān)固、澆筑第二節(jié)混凝土、檢測(cè)混凝土強(qiáng)度滿(mǎn)足要求、拆除第一節(jié)模板并整修、按照前兩節(jié)施工順序循環(huán)。

(3)施工要點(diǎn)

①第二節(jié)模板安裝在首節(jié)模板之上，采用螺栓將上下模板連接在一起，用預(yù)設(shè)的拉桿初步固定在底節(jié)混凝土上，調(diào)整模板，安裝緊固外撐桿。

②待第二節(jié)混凝土達(dá)到規(guī)定強(qiáng)度后，拆除第一節(jié)模板。拆除時(shí)應(yīng)先擰開(kāi)外撐桿，然后卸除模板的連接螺栓，將模板向上吊起。

③高空作業(yè)時(shí)，應(yīng)預(yù)先采用倒鏈將模板吊起拉緊，防止模板脫落。待外模與混凝土完全脫開(kāi)后，用電動(dòng)葫蘆微微吊起外模，將倒鏈解下，然后將模板吊到模板修整處進(jìn)行整修待用。

④待第三節(jié)段的鋼筋安裝完畢，采用電動(dòng)葫蘆將模板吊起，進(jìn)行安裝。

3.5 墩身拆模及養(yǎng)護(hù)

檢測(cè)及養(yǎng)護(hù)要點(diǎn)：模板拆除后，應(yīng)及時(shí)對(duì)墩身混凝土外觀質(zhì)量進(jìn)行觀察；對(duì)鋼筋保護(hù)層厚度進(jìn)行檢測(cè)。通過(guò)檢測(cè)數(shù)據(jù)分析原因，總結(jié)提高墩身的內(nèi)外質(zhì)量。墩身養(yǎng)護(hù)采用PVC管?chē)娏芟到y(tǒng)并覆蓋薄膜，防止混凝土表面產(chǎn)生裂紋。

模板拆模要點(diǎn)：混凝土分節(jié)段循環(huán)施工，澆筑至墩頂位置時(shí)，依然要保留2個(gè)節(jié)段的模板，暫時(shí)不予拆除，等到混凝土強(qiáng)度大于10 MPa后，再予以拆除[5]。

3.6 高墩施工的監(jiān)控量測(cè)

做好施工全過(guò)程的監(jiān)控量測(cè)，增加量測(cè)頻率。每提升一節(jié)模板，都要對(duì)模板的位置進(jìn)行檢查，將橋墩的縱橫向偏移和扭轉(zhuǎn)值控制在規(guī)范數(shù)值內(nèi)；每提升循環(huán)三節(jié)就要進(jìn)行一次校核，對(duì)相應(yīng)節(jié)段進(jìn)行調(diào)整，避免誤差累積。

4 效益分析

4.1 社會(huì)效益

采用無(wú)拉桿滑式翻模施工技術(shù)，徹底改善以往墩柱成品遍布對(duì)拉孔的現(xiàn)狀，墩身表面光潔、整體性好。南龍高速公路擴(kuò)容工程B6標(biāo)貓形特大高架橋、水口高架橋?qū)挿”诟叨帐┕ぶ胁捎没炷翢o(wú)拉桿滑式

翻模技術(shù)，施工進(jìn)度快，墩柱成品施工質(zhì)量、外觀質(zhì)量均可控。施工期內(nèi)對(duì)周邊環(huán)境干擾較小，施工污染小，環(huán)保效應(yīng)明顯。該標(biāo)段在年度業(yè)主組織的“創(chuàng)精品、決攻堅(jiān)”勞動(dòng)競(jìng)賽中獲一等獎(jiǎng)，并獲得業(yè)主獎(jiǎng)金80萬(wàn)元，為企業(yè)贏得社會(huì)認(rèn)可度及美譽(yù)度。

4.2 經(jīng)濟(jì)效益

無(wú)拉桿滑式翻模施工技術(shù)與傳統(tǒng)的滑模、翻模、爬模相比，投入較小，無(wú)需租賃大型吊裝設(shè)備，節(jié)約了租賃費(fèi)用。墩柱成品無(wú)需人工封堵，節(jié)約勞動(dòng)力及人工費(fèi)用。費(fèi)用計(jì)算如下：

該標(biāo)段內(nèi)共44個(gè)高墩設(shè)備吊裝施工，若采用常規(guī)吊裝方案，經(jīng)測(cè)算需租賃6臺(tái)大型吊裝設(shè)備，周期需60天。租賃費(fèi)用計(jì)算：1600(元/天)×6(臺(tái))×60(天)=576 000元。

采用常規(guī)方案，施工完的墩柱對(duì)拉孔需人工封堵，所需人工費(fèi)用計(jì)算：2(人)×30(天)×200(元/天)×44(高墩數(shù)量)=528 000元。

因此，該標(biāo)段高墩施工合計(jì)節(jié)約費(fèi)用=租賃費(fèi)用+人工費(fèi)用=1 104 000元。

5 結(jié)論

綜上所述，橋梁無(wú)拉桿滑式翻模施工技術(shù)通過(guò)改進(jìn)施工設(shè)備及工藝，在高墩施工應(yīng)用中，優(yōu)勢(shì)更為明顯，主要表現(xiàn)在以下方面：

(1)采用提升柱和液壓千斤頂作提升系統(tǒng)、組合桁架作為外模架，模板不設(shè)對(duì)穿拉桿，墩身沒(méi)有拉桿孔，墩身表面表潔、整體性好，外觀質(zhì)量提升顯著。

(2)施工設(shè)備整體性好，施工過(guò)程無(wú)需重復(fù)拆裝，有效縮短工序間隔時(shí)間，加快施工進(jìn)度。

(3)設(shè)備的改進(jìn)，使得周轉(zhuǎn)材料數(shù)量大為減少，同時(shí)節(jié)約了人工勞動(dòng)力，實(shí)現(xiàn)了降本增效。

(4)適用于墩身高度大、各種等截面實(shí)心或薄壁空心高墩等，具有良好的推廣應(yīng)用前景。本文為類(lèi)似的工程實(shí)施提供參考。