橋梁高墩施工技術探討

郭衛琦

(山西省交通建設質量安全監督局，山西太原 030006)

近年來，我國加快推進交通運輸基礎設施建設，總體建設規模持續擴大，交通運輸基礎設施建設進入了新一輪大發展、大建設時期。在建項目中山區公路、深水和遠海工程項目增多，公路橋隧工程比例增大。為保證平面線形、縱坡等設計指標滿足高等級公路要求，許多項目設計中高墩橋梁數量增多，墩高加大。橋梁墩柱增高無疑加大了施工難度，對施工工藝提出更高的要求。為了更好地解決高墩施工遇到的問題，采用適宜的高墩施工方法，本文針對現在工程建設主要采用的三種高墩施工技術進行了分析，與大家共同進行探討。

現行高墩施工方法主要有三種:翻模、滑模和爬模施工。現以墩柱尺寸為5.5 m×2.5 m的等截面矩形高墩柱為例加以闡述。

1 無支架翻模施工

1.1 主要構成

由模板系統、無支架施工平臺、吊裝設備、附屬設備組成。吊裝設備可采取吊車或塔吊。

1.2 施工工藝及施工要點

1)施工工藝:墩身模板采用組合型大型鋼模板，每個墩柱使用4套鋼模板，每套模板高度為2.25 m，一次翻模澆筑高度為4.5 m。以墩身作為模板支撐主體，拉桿作為模板掛點，上層模板支撐在下層模板上。澆筑完首節墩柱混凝土后，上部兩層模板作為承載底模，下部兩節模板作為另一幅墩柱的翻模，左右墩柱交替翻模施工，直至墩身完成。模板上設施工平臺，工作平臺與墩身模板焊接為一體，為墩身施工人員提供作業平臺。

2)施工控制要點:a.測量控制:墩柱平面控制測量采用三維坐標法，將全站儀架設到橋梁施工控制點，直接測定墩柱四角點三維坐標，并現場用鋼尺校核，保證墩柱平面位置準確。采用全站儀三角高程法控制墩柱標高，采用水準儀測量進行校核。模板豎直度采用重錘法校核，并用激光鉛垂儀校正。b.為保證墩身混凝土外觀質量，首先進行模板預拼裝，檢查模板各部分尺寸、模板接縫及平整度。模板試拼完后進行試驗墩澆筑，根據試驗墩的澆筑控制及試驗墩外觀質量總結經驗，對試驗墩出現的情況進行分析，為墩身施工奠定基礎。c.墩身施工中，每節墩身模板位置和豎直度要用全站儀和垂球、鉛垂儀進行嚴格的檢驗，墩身豎直度要求當H≤30 m時，為H/1500且不大于20 mm，H＞30 m時，為H/3000且不大于30 mm(H為墩身高度)。d.混凝土應分層澆筑，每層約30 cm，混凝土運輸采用罐車，垂直運輸采用輸送泵，泵管最后一節采用軟管，混凝土垂直下落距離不大于2 m。采用插入式振搗器進行振搗，振搗順序:先振搗角隅，再從邊部向中間振搗，振搗器插入下層5 cm～10 cm，保證上下層混凝土的連續。e.模板對拉螺桿需采取雙螺栓加固，混凝土澆筑過程要有專職木工看護，防止螺栓松動導致跑模影響混凝土質量。f.上翻模板操作前，需通過計算，準確找到每塊模板的重心，翻升時，在模板重心位置掛鉤起吊，以避免起吊模板時，碰撞上層模板而翻轉傾斜，造成危險，同時給頂部落模、立模造成不便。g.為解決翻模分節施工出現接縫錯臺、水泥漿下漏等問題，影響墩身外觀需采取三個防范措施。其一，在最上節模板距模板頂30 cm設置一層拉桿，在澆筑下一節段墩身混凝土前，將此層拉桿再次緊固，減少混凝土與模板間的縫隙;其二，在縫隙產生后，用原子灰將水泥漿制成細條狀封堵縫隙。同時在澆筑最初幾盤混凝土時，適當減少坍落度;其三，為事后處理措施，即在翻模后，清除粘附在墩身上的水泥殘漿，并用水清洗。h.混凝土的養護:由于無支架翻模施工的特點，采用傳統的塑料薄膜包裹養護作業困難，且不安全，使用噴淋養護，受到墩身高度及風力的影響，噴淋水無法有效的噴灑到墩身混凝土表面。綜合考慮，采用涂刷混凝土養護劑的方法進行養護。養護劑采用經過實踐驗證的產品，應保證不影響混凝土的外觀及色澤統一。

1.3 翻模施工優缺點

1)優點:a.工藝簡單、操作方便，可以采用汽車吊配合翻模施工，機械使用靈活，利用率高，成本低。b.人員上下作業安裝附著式爬梯，安全穩固，節省人工，節約施工成本，提高了工作效率。無支架施工平臺與模板設計為一個整體，隨模板提升，無需搭設腳手架平臺。c.每個橋墩左右幅墩身模板、鋼筋、混凝土工序流水作業，提高了施工工效。不需要連續作業，中間可以停頓。d.模板數量少，利用率高，且便于及時清理、整修。混凝土平整密實、外表面光滑平順。能夠逐級校正墩身的施工誤差，誤差不積累。

2)缺點:如果墩柱過高時，必須采用塔吊配合施工，靈活性下降，且增加了施工成本。塔吊施工過程中必須配備大型起重系統，自身沒有起重系統;對于墩身特別高而數量很少的情況沒有明顯的優勢。

2 滑模施工

2.1 結構組成

滑模裝置組成為:模板系統、提升系統、操作平臺、液壓系統、輔助系統。

2.2 施工工藝及施工要點

1)滑模施工工藝。墩身采用滑模法分節施工，墩旁塔吊輔助作業。滑模為整體式桁架結構，采用自身液壓千斤頂自主完成向上爬升。

2)施工控制要點:a.測量控制:滑模在滑升過程中，受各種不均勻力影響，模板體系易發生偏移。為方便及時地觀察模板體系偏移，在四面中心或四角設4根重錘線，每滑升30 cm及時檢查重錘線相對于初始混凝土或基線的位移，并用激光鉛垂儀進行校正。每向上滑升2.1 m，使用全站儀投點法觀測一次，發現偏差及時糾正，保證變形在2 cm內。滑升過程中，通過調整千斤頂高差逐漸完成自身糾偏。滑模水平控制:一是利用千斤頂的同步器進行水平控制，二是利用水準管測量，進行水平檢查。b.模板初次滑升要緩慢進行，并在此過程中對提升系統、液壓控制系統、操作平臺及模板變形情況進行全面檢查，發現問題及時處理。c.嚴格分層對稱澆筑混凝土，采用插入式振搗器振搗，避免碰撞支撐桿及模板，振搗器插入下層混凝土內50 mm～100 mm，模板滑升時停止振搗。根據氣溫等實際情況，正滑升間隔1.5 h～2 h，控制滑升高度30 cm，日滑升高度控制在3 m～5 m左右。d.施工進入正常澆筑和滑升時，應盡量保持連續施工，其他各工序作業均應在限定時間內完成，不得以停滑或減緩滑速來遷就其他作業。e.設專人觀察和分析混凝土表面情況，并確定合理的滑升速度和分層澆筑厚度。底層30 cm混凝土強度達到2.5 MPa，且能保證其表面及棱角不至因模板滑升受損時，滑模方可爬升。因故停止澆筑混凝土超過2 h，應采取緊急停滑措施，并對停工造成的施工縫按規范進行處理。f.滑升過程中有專人檢查千斤頂的情況，觀察支撐桿上的壓痕和受力狀態是否正常，檢查滑模中心線及操作平臺的水平度。混凝土滑模爬升后的外露混凝土表面應及時進行原漿收面，采用塑料薄膜包裹養生。g.混凝土表面修整是關系到結構外表和保護層質量的工序，當混凝土脫模后，須立即進行此項工作。為使已澆筑的混凝土具有適宜的硬化條件，減少裂縫，在輔助工作平臺上設灑水管噴水對混凝土進行養護。

2.3 滑模工藝優缺點

1)優點:a.模板用量少，周轉材料少。b.作業周期短，施工速度快。c.施工人員、機械設備投入少，施工成本低。

2)缺點:a.混凝土表面需要二次抹面成型，混凝土外觀質量不易控制。b.墩柱豎直度較難控制，施工中若發生偏斜，則難以糾正，影響墩身的施工精度。

3 爬模施工

3.1 主要構成

由液壓爬升體系、模板體系和工作平臺體系組成。

1)模板:每節混凝土澆筑標準高度為4.5 m，為防止漏漿，每次澆筑時模板下包100 mm且在已澆筑好的結構頂部邊緣與模板間粘貼雙面膠;為防止混凝土從模板上端溢出，模板上懸50 mm，故模板實際設計高度為4.65 m。

爬模總體構造見圖1。

圖1 爬模總體構造圖

2)爬升機構:爬升機構有自動導向、液壓升降、自動復位的鎖定機構，能實現架體與導軌互爬的功能。

3)模板調節系統由架體、懸掛導鏈，橫向調節螺旋桿和鋼板加工而成。模板通過導鏈懸掛于架體上，并由導鏈通過滑車和滾輪在架體的懸掛梁上可進行向內或向外滑動。支模時，滑車向待澆混凝土面滑動，使模板靠近待澆混凝土表面，安裝上、下橫向調節螺旋桿，在專職人員指揮下，對模板進行精細調整;拆模時，調節橫向螺旋桿，拉出模板，拆除橫向調節螺旋桿，導鏈滑車向遠離混凝土表面運行，拉開模板離混凝土表面一定距離，進行模板清理及維護工作。另外通過調整導鏈懸掛高度還可對模板標高進行調整。

4)工作平臺體系:工作平臺共分4層，兩個上部工作平臺(1，2層)、一個主工作平臺(3層)、一個下部工作平臺(4層)。主工作平臺用于調節和支立外側模，1，2平臺用于綁扎鋼筋和澆筑混凝土，3層平臺主要用于爬升操作，4層平臺用于拆卸錨固件和混凝土修飾。工作平臺劃分如圖2所示。

圖2 工作平臺劃分圖

3.2 施工工藝及施工要點

1)液壓爬模工藝:自爬模的頂升運動通過液壓油缸對導軌和爬架交替頂升來實現。導軌和爬模架互不關聯，二者之間可進行相對運動。當爬模架工作時，導軌和爬模架都支撐在埋件支座上，兩者之間無相對運動。退模后立即在退模留下的爬錐上安裝受力螺栓、掛座體及埋件支座，調整上、下換向盒棘爪方向來頂升導軌，待導軌頂升到位，就位于該埋件支座上后，操作人員立即轉到下平臺拆除導軌提升后露出的位于下平臺處的埋件支座、爬錐等。在解除爬模架上所有拉結之后就可以開始頂升爬模架，這時候導軌保持不動，調整上下棘爪方向后啟動油缸，爬模架就相對于導軌運動，通過導軌和爬模架這種交替附墻，互為提升對方，爬模架即可沿著墻體上預留爬錐逐層提升。

液壓爬模爬升流程:混凝土澆筑完后→拆模后移→安裝附屬裝置→提升導軌→爬升架體→綁扎鋼筋→模板清理刷脫模劑→埋件固定模板上→合模→澆筑混凝土。

2)爬模施工控制要點:a.在正式墩身混凝土施工前，應對模板進行試驗，檢驗模板剛度能否達到規范及施工要求，混凝土表面光潔度是否滿足要求。b.混凝土運輸采用罐車運輸，泵送入模，泵管最后一節采用塑料軟管，便于布料。混凝土分層澆筑，每層控制30 cm。c.在首節混凝土達到20 MPa后，再安裝爬架系統。d.爬模施工需注意安裝各類預埋件位置準確，無遺漏。e.液壓爬模拆除:液壓爬模澆筑完最后一節墩身后在墩頂上解體，由塔吊配合下放至地面。選擇經過培訓合格的專業人員進行指揮和拆除作業。液壓爬模拆除順序:后移模板并吊走模板→整體拆除后移支架，落地后拆分→提升導軌并吊走→拆除液壓配件→將爬架三腳架按單元整體吊下，落地后拆分。

3.3 爬模施工優缺點

1)優點:a.模板爬升較吊車翻模提升、就位易控制中心線，安全、可靠(特別是大風季節)。由于模板能自爬，減少了施工中的起重運輸機械的工作量。b.混凝土平整、密實、外觀質量好。模板便于及時清理、整修。c.模板提升就位時間短，節約工時，提高工效。可以控制兩墩對稱、同步爬升。d.可以配置4個工作平臺，安全、高效。節省了施工腳手架，帶來較好的經濟效益。

2)缺點:爬模施工工藝較為復雜，所用設備較多，模板系統造價較高。目前，國內高墩施工主要采用以上三種施工工藝，三種方法各有利弊，適用范圍也各不相同。墩柱較低時，采用翻模施工較為合理，墩柱高時，可采用滑模或爬模施工。墩高100 m以上時，采用爬模施工較為適宜。