淺談滑模施工在空心薄壁高墩中的應用

■李光星

（福建省交通建設工程監理咨詢有限公司，福州 350001）

1 工程概況

某高速公路其中一大橋橋位區屬丘陵區間沖溝溝谷地貌，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 預應力混凝土連續-鋼構T梁，橋長464m；右幅橋梁橋孔采用5×30m+5×40m+3×30m預應力混凝土連續-鋼構T梁，橋長444m；下部結構左幅7～11#、右幅7～10#橋墩采用矩形空心薄壁墩、樁基礎；其余墩柱為柱式墩樁基礎。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、靠近承臺處4m為實心段，其余部分為壁厚0.55m的空心矩形，在空心段中間設置厚度0.4m的橫隔板。

2 滑模工作原理

滑模是通過液壓千斤頂頂升模板和操作平臺來實現連續澆筑，其工藝原理是預先在墩身混凝土結構中埋置支撐桿，利用千斤頂與提升架將滑升模板的全部施工荷載轉至支撐桿上，待混凝土具備規定強度后，通過自身液壓提升系統將整個裝置沿支撐桿上滑，模板定位后又繼續澆筑混凝土并不斷循環。

3 滑模結構設計

3.1 滑模構造

滑模體在滿足強度、剛度及穩定性要求的同時，為了便于加工，提高復用率，整個模體設計為整體式桁架結構鋼結構。滑模結構系統主要由：內外模板、提升架、工作盤、輔助盤、支撐桿、液壓系統等組成。面板、桁架、操作盤、提升架等構件間均為焊接連接。內外模提升動力各采用4臺10噸穿心式千斤頂。支撐桿 （俗稱爬桿）采用Ф48×5mm鋼管（鋼管內采用注漿處理），為了便于混凝土脫模后養護，在桁架梁下端吊掛一輔助平臺。結構示意圖如圖1所示。

圖1 滑模模板裝置結構圖

3.2 支撐桿受力分析及數量確定

3.2.1 荷載計算

滑模豎向荷載W由滑模結構自重G1、施工荷載G2及滑升摩阻力G3三部分構成。

（1）滑模結構自重：G1=9.5t。

（2）施工荷載。主要考慮操作人員、振搗機具和液壓操作設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計算，同時考慮附加系數 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 支撐桿承載力計算

式中：Po——Ф48鋼管支承桿的允許承載力（kN）；

f——支撐桿鋼材強度設計值；20kN/cm2；

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

a——工作條件系數取0.7（參見施工手冊第863頁滑模裝置設計與制作）；

ψ——軸心受壓桿件的穩定系數，計算出桿的長細比λ，查現行《鋼結構設計規范》附表得到ψ＝0.82；其中λ＝（μL1）/r＝（0.75×1.3/0.0153）＝63.73 （參見現行建筑規范大全、建筑施工扣件式鋼管腳手安全技術規范JGJ130-2011）。上式中：μ——長度系數，μ＝0.75（參見施工手冊第863頁4.2）；

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

L1——支撐桿計算長度（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 支撐桿數量計算

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

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

4 滑模施工工藝

承臺施工完成后，對墩臺接觸面進行鑿毛沖洗，利用勁性骨架綁扎墩身鋼筋，在承臺頂面彈畫立模線并拼裝外模和桁架結構，經調試驗收合格后，分層澆注墩底實心段混凝土，混凝土入模坍落度控制在160～180mm，待最下層30cm厚混凝土強度達到0.2～0.4MPa時，利用液壓千斤頂提升滑模桁架，待實心段完成后拼裝內模，經調試合格后，同時滑升內外模及澆注混凝土?；Ｌ嵘^程中，混凝土澆注應連續進行，依次循環施工，墩身按30cm進行分節連續澆注。施工至橫隔梁時，拆除內模，內吊架并安裝底膜，澆注橫隔梁，然后重新安裝內模繼續滑升澆注混凝土，待滑升至設計標高時將滑?；?，分部拆除滑模模體吊放至下一噸位?；９に嚵鞒桃妶D2所示。

圖2 滑模工藝流程圖

5 施工控制要點

5.1 測量控制

采用線錘測法（或激光垂度儀）和全站儀相結合，以滑升平臺水平為基準，在滑模設備兩條軸線的幾何中心線上選定適當的兩點，各懸掛1個10kg的大錘球。按照所選定兩點的位置投影到承臺，在此面上設立兩個固定的觀察控制點。模板滑升以前，應檢驗兩個懸掛錘球的投影點是否分別與兩個觀察點相重合，測量人員在每提升300mm時觀察一次，以此檢查與控制墩身中線及滑模平臺的扭轉偏移，測量見圖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 線錘測法

5.2 鋼筋施工質量控制

鋼筋施工是墩身施工的關鍵點，為保證墩身鋼筋的準確定位和鋼筋骨架豎直度，同時加快綁扎速度，采用特制勁性骨架對鋼筋進行定位。勁性骨架為角鋼與節點板組焊結構并與滑模爬架焊接成整體，在墩身四角設置四根通長10#角鋼，角鋼按墩身主筋間距設置孔眼，已確保定位準確，見圖4。模板每提升一定高度，穿叉進行接長支撐桿及鋼筋綁扎，此項工作應在滑升間隔時間內完成，以免影響施工進度。

圖4 勁性骨架定位

5.3 混凝土澆注

混凝土澆筑前應做混凝土固身凝固試驗，應控制其固身凝固時間6～8h，初凝3～5h。為保證混凝土順利入倉，要求混凝土具有較好的流動性和擴展度，入倉坍落度控制在16～18cm。混凝土澆注應分層對稱進行，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，混凝土澆注應在前一層混凝土凝結前進行，同時采用插入式振搗器進行振搗。振搗器插入前一層混凝土的深度不應超過5cm，避免振搗器觸及鋼筋、頂桿和模板，嚴禁在模板滑升時振搗混凝土。混凝土強度達到0.2～0.4MPa，且能保證其表面及棱角不至因模板滑升受損時，滑模爬升。若脫模混凝土面平整，可不做抹光處理。如脫?；炷撩嬗腥毕?，應立即進行混凝土表面修補。為使已脫模混凝土面具有適宜的硬化條件，防止發生裂縫，通過固定在輔助盤上的噴淋養護系統對脫?；炷撩孢M行養護。

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層進行澆筑，然后開始緩慢滑升3～6cm（見圖5），檢查脫?；炷聊虪顩r，若混凝土強度達到0.2～0.4MPa時即可出模，現場可通過手指按壓方式進行判斷，隨后可適當提高滑升高度?；３跎^程中，應對液壓裝置、模板結構以及有關設施在負載情況下作全面檢查，發現問題及時處理，待一切正常后方可進行正?；?/p>

圖5 模板初升

（2）正?；?。施工轉入正常滑升時，每澆注一層混凝土，即每滑升一次，力爭使滑升高度與混凝土澆注高度一致。在正?；A段，應盡量保持連續作業，由專人觀察脫模混凝土表面質量，以確定合適的滑升時間和滑升速度，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行。

（3）終升。當模板滑升至離墩頂標高1m左右時，滑模進入終升階段。此時應放慢滑升速度，并進行準確的抄平和找正工作，保證最后澆注的一層混凝土頂部標高和位置準確。

（4）?；胧??；Ｊ┕ば柽B續進行，因結構需要或意外原因停滑時，應采取?；胧?，混凝土停止澆筑后，每隔15min，滑升1～2個行程，直至混凝土與模板不再粘結。

5.5 滑模拆除

滑?；林付ㄎ恢脮r，將滑?；蘸?，拆除附屬物件，再利用塔吊在高處分部進行拆除，吊放至下一個墩位?；Ｑb置拆除在統一指揮下進行，操作人員配戴齊全安全帶安全帽等必要的防護用品，拆卸的滑模部件要嚴格檢查，捆綁牢固后下放?；Ｑb置拆除時，本著先組裝后拆除，后組裝先拆除的原則，嚴格按照安全規程進行操作。拆除順序如下：

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

6 滑模偏移控制

滑模施工過程中由于種種不當的施工方法和因素，極易造成滑模偏扭。針對出現的偏扭，應先對其偏移產生原因進行分析，而后制定相應的預防和糾正措施。

6.1 偏移預防措施

（1）嚴格控制模板滑升速度?；Ｊ┕さ幕炷脸瞿姸龋丝刂圃?.2～0.4MPa，混凝土出模強度不夠容易造成支撐系統失穩，從而產生較大的偏移，所以應嚴格控制模板滑升速度。

（2）嚴格控制操作平臺的傾斜度?；^程中，操作平臺應保持水平。每一千斤頂行程后都要隨時觀測和掌握操作平臺各點的標高?？刂撇僮髌脚_的水平應做好以下幾點：

①嚴格控制各千斤頂的升差。各千斤頂的相對高差宜控制在2cm內，相鄰兩千斤頂的升差宜控制在1cm內，升差的控制可采用限位調平器進行。

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

③嚴格控制支撐系統的垂直度。對于支撐桿和千斤頂垂直度的檢查，應采用吊垂球的方法，做到勤觀測、勤檢查。對于傾斜的支撐桿應立即調正或更換。

④注意混凝土澆筑順序。滑模一般有向先澆筑混凝土的方向偏移的現象，所以澆筑順序應注意調整。

6.2 糾偏措施

千斤頂每一行程，都應對垂直度進行觀測，依據觀測數據，制訂糾偏措施。

（1）對于5mm以下的偏移或扭轉，可采用變換混凝土澆筑方向的方法進行逐步的糾正。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，對于滑模的扭轉，應采取反方向澆筑混凝土的方法予以糾正。

（2）對于5～10mm的偏差，可采用偏載法進行糾正，即重新調整操作平臺上荷載分布的方法。最簡單的方法是在滑升時讓操作平臺上的人員偏于一邊，但應注意偏載不宜過大。

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分別為40d、38d，平均工效為1.12m/d。通過對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，加快了施工進度，經綜合測算分析，采用滑模工藝每方混凝土可節約施工成本150元，經濟效益明顯。

8 結語

實踐證明，滑模施工既能保證工程質量和保障作業安全，同時與翻模施工技術相比，具有施工速度快，節約成本的優點，能夠在空心薄壁高墩施工中得到有效應用，可為今后的類似工程施工提供參考依據。

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