高墩施工技術在高速公路橋梁施工中的應用研究

摘要：首先，介紹了適用于高速公路橋梁工程的[ 2] 3種高墩施工技術，并以高速公路橋梁工程建設實例，對基于翻模系統的高墩施工技術展開探討。其次，采用有限元分析軟件，構建了翻模系統模型，分別對面析、背楞、豎肋、橫梁等關鍵結構的應力變形情況展開了模擬分析，并對翻模施工技術的應用要點、線型監測情況進行闡述，并得出翻模施工技術在高速公路橋梁工程中具有良好的適用性。

關鍵詞：橋梁工程" 高墩施工" 翻模技術" 有限元分析

Application Research of High Pier Construction Technology in Highway Bridge Construction

ZHAN Xiaojian

Jiangxi Ganyue Expressway Engineering Co.， Ltd.， Nanchang， Jiangxi Province， 330069 China

Abstract： Firstly， three high pier construction technologies applicable to highway bridge engineering are introduced. and the construction technology of high piers based on the flipping system was discussed using the example of highway bridge engineering construction. Then， a finite element analysis software was used to construct a flipping system model， which simulated and analyzed the stress and deformation of key structures such as profiles， back ribs， vertical ribs， and crossbeams. The application points and line monitoring of flipping construction technology were elaborated， and the conclusion was drawn that flipping construction technology has good applicability in highway bridge engineering.

Key Words： Bridge construction; High pier construction; Mold flipping technology; Finite element analysis

高墩是高速公路橋梁工程建設的重要結構，此結構的施工質量與整個工程的質量安全密切相關。如果高墩施工時，施工操作與技術要求及標準不相契合，可能會因操作不當、參數選用錯誤等原因而引發施工質量與安全問題，會對高速公路的安全優質建設產生不利影響[1]。為了提高高速公路橋梁工程的耐久性與安全性，施工建設時，要科學選用高墩施工技術，通過嚴格監測、要點控制，保障高墩施工技術的應用質量，從而建造穩定、安全、耐用的高速公路橋梁工程。

1 適用于高速公路橋梁工程的高墩施工技術

1.1高墩爬模施工技術

爬模施工技術是高速公路橋梁工程建設中常用的高墩施工技術，此技術需要在橋墩部分主體完全凝固后方可應用。施工時，凝固度達到標準的墩體是受力的主體結構，需要利用由專用爬升設備與穩固的固定作業設備配置而成的爬模結構作為支撐，完成爬模施工。爬模施工時，液壓油缸可以為導軌和爬模架體的上升提供動力。澆筑高速公路橋梁混凝土結構時，連接座會對導軌、爬模架體起到連接作用，需要將連接座位組安裝于預埋孔上，通過對爬升器的棘爪方向進行調整，以使導軌完成頂升。液壓油缸啟動后，其可以驅動導軌上升并將之移動到連接座位置處，此時可以將下方平臺的連接座組件拆除，然后再提升爬模架體，整個過程要固定好導軌，確保爬升架體能與導軌之間能夠相對運動，在交替上升的過程中，確保爬模裝置沿墩身逐步向上爬升[2]。爬模施工技術在豎向、傾斜性的混凝土結構澆筑施工中較為適用，不僅操作簡單，還能夠保持橋墩施工質量和提升墩體外形美觀度。

1.2高墩滑模施工技術

高墩滑模施工是流動性不高、半干硬性混凝土澆筑施工中應用率較高的高墩施工技術，其對混凝土構筑物的結構形式、斷面形式均有較高要求，若是結構或斷面過于復雜，或混凝土構筑物中未提前預埋支撐件，則無法保障滑模施工的順利完成，因此，此種高墩滑模施工技術的應用范圍并不廣。高墩滑模施工裝置包含模板系統、操作平臺系統、液壓提升系統、垂直運輸系統4個主要結構。應用高墩滑模施工技術時，需要將預埋支撐桿提前設置在墩身混凝土結構之中，然后利用千斤頂、提升架，向支撐桿上轉移滑升模板的載荷，待混凝土凝固度與設計要求相符后，便可以在液壓提升系統的支持下提升滑模裝置，然后進一步定位模板，最后實施混凝土澆筑作業。相較于爬模施工技術，滑模施工具有施工過程高效、安全的特點，然而此技術應用時成本高、質量控制難度大且須采用特殊的橋墩混凝土結構養護方法。

1.3高墩翻模施工技術

高墩翻模施工技術是基于大模板施工技術、采用墩身作為支承主體、以下層模板作為上層模板的支撐結構、通過循環上升逐步完成翻模施工的方法。此技術由兩種形式：一是塔吊翻模技術，此種形式的翻模施工需采用塔吊作為主要施工機械，需要將工作平臺建設在鋼模板牛腿支架上，或設置于橫豎肋背帶處，再使用塔吊將作業平臺、模板提升循環提升至施工位置，需要設置2～3節模板，各節澆筑高度一般為5 m[ 3] 左右；二是液壓翻模技術，應將工作平臺設置于提升架之上，并且要與模板分離設置，并采用手動葫蘆對模板的提升進行控制，注意手動葫蘆需設置在墩柱主筋之上并安裝穩固。施工時，應設置3節模板，各節澆筑1.5 m高即可[3]。在等截面、變截面實體墩施工、薄壁空心墩施工時，均可應用翻模施工技術，可以應用整體大塊鋼模板，具有脫模快、外表美觀等特點，能夠保障混凝土澆筑質量。

2 高墩施工技術的實踐應用

2.1工程概況

某高速公路橋梁工程的設計長度為148 m，擬設計為雙向六車道，路基寬設置為33.4 m，縱坡上限值為4%。本橋梁工程的墩體高度介于31.01 ～43.29 m之間，每次最大澆筑高度為4.5 m。薄壁空心壁的截面長3.2 m、寬8 m。該工程修建地的地形條件相對復雜，水系發育情況不佳，地下水具有輕微腐蝕性，會對高速公路橋梁工程的施工建設產生一定影響。另外施工區全年平均氣溫為14.8 ℃，并且具有極熱天氣，氣溫最高可達40.4 ℃。在這些因素綜合影響下，本工程面臨較大的施工安全隱患。為了保障施工安全，本工程決定采用高墩翻模施工技術開展施工。

2.2翻模系統結構

選用組拼式翻模系統，包含模板系統、操作平臺系統、固定系統3個部分。模板系統由內面板、外面板和加固件組成，采用的是三節模板，各節高度為2.25 m，各節設置8塊。采用厚0.6 cm的鋼板作為面板，按照1 m間隔設置11道用2根16號槽鋼拼接制成的橫梁。模板采用16號槽鋼，按照0.3 m的間距加固。操作平臺系統由內模、外模兩個操作平臺組成，將方木鋪設在內模板上構建內模操作平臺，構建外模操作平臺時，需要將8號槽鋼焊接于模板的豎肋之上，設置三角支撐裝置后，將松木板鋪于其上并安好四周護欄即可。翻模系統的固定系統主要采用拉桿設置，按照1.4 m的間距將直徑為2.4 cm的拉桿設置于距模板邊緣1.1 m的位置處。

2.3有限元模擬分析

2.3.1翻模系統模型構建

利用有限元軟件midas-Civil構建翻模系統模型，以橋梁的順橋向為x[ 5] 軸，橫橋向為y[ 6] 軸，豎橋向為z[ 7] 軸，采用自動網絡將模型分解成為10 017個單元。采用受拉單元模擬拉桿，以梁單元模擬橫梁、豎肋和背楞結構，并利用板單元模擬面板，然后固定連接翻模下部。

2.3.2布置測點

為了監控翻模系統運行時面板、橫梁等關鍵構件的應力變化和變形情況，由墩頂開始，按照50 cm間隔，沿順橋向分別在橫梁左、右部三分之一處、中部位置和面板中部各設1個應力測點，并按35 cm間隔各設1個變形測點。以最大長度除以400作為構件變形上限值，并以材料允許應力作為應力上限值。監測各測點時若發現各部位出現應力超標或變形情況，說明結構存在安全隱患。

2.3.3結果分析

（1）面板應力與變形情況。

應力變化時面板的變形統計情況詳見圖1，圖中顯示，第一節面板的應力逐步遞增，在與墩頂相距2.4 m時，面板變形模擬值達到最大，為13.8mm，主要是由于混凝土還沒有固結，深度越大，側模壓力也越高；第二節施工時，由于混凝土逐漸凝固，其面板應力、側模應力逐步下降，面板變形量逐步降低，在距墩頂距離3.75m時，變形量達到最低值，為4mm；第三節施工時，混凝土完全固化，因而其面板應力、側模壓力均呈穩定狀態，因而面板變形幅度并不大，但也呈現出緩步下降的趨勢，在距墩頂距離8.25m時，面板變形下降至1.7mm。而監測曲線與模擬曲線的差異并不大，只是在第二、第三施工階段，面板變形峰值有所不同。總體來看，面板變形未超過規定變形量上限（20 mm），符合高墩施工要求。

（2）豎肋、背楞、橫梁應力與變形情況。

通過模擬監測，發現豎肋下端、背楞角點處的應力值最大，分別是149.96 MPa與124.74 MPa，[ 10] 均未超過許用應力214 MPa。而內模中部豎肋、角點兩處的變形量最大，分別是7.16 mm與4.97 mm，也未超過變形控制限值（20 mm）。由于角點較薄，實際施工時，可以將原先使用的鋼材換成高等級鋼材，或對此處背楞做加密處理，以有效控制變形問題。橫梁應力在混凝土澆筑高度增大時有所變化，在橫梁左側出現了應力最高值。模擬值與監測值的整體趨勢相同，僅是最大應力所處位置有微小差異。模擬應力上限值為44.4 MPa，未超過214 MPa的許用應力，說明以橫梁作為翻模的關鍵受力結構，安全性符合施工要求。

2.4翻模施工技術施工要點

模板安裝施時，需要詳細檢查模板質量、規格和形態，確認模板各項指標均與施工要求相符后，對模板上的雜物進行清理，再拼好模板，然后依次安裝順橋向、橫橋向模板，最后安裝倒角圓弧段模板。混凝土施工中，需要遵循由內而外的澆筑原則，即先澆中部區域，之后逐步向四周推進[4]。澆筑混凝土時，要重點控制澆筑量，以防止因澆筑量過多而導致模板側翻，應采取分層澆筑、同步振搗的施工方法，確保混凝土科學澆筑與密實振搗，并應于澆筑完成后利用雨淋管對混凝土構件實施噴淋養護。混凝土養護結束后，需要繼續向上翻升模板，注意無須拆除第一節模板，并將其作為模板翻升的支撐結構，而其他節模板則要依次拆除，分類存儲、清理修整之后，可以挑選部分模板繼續應用，從而保障翻模施工經濟性、高效性開展。

2.5高墩線型監測

本工程翻模施工時，分別監測獲取墩身傾斜、軸線位置偏移、斷面尺寸變化數據。墩身傾斜度以大里程順時針旋轉90o為正、小里程逆時針旋轉90o為負，限值為±20 mm，軸線位置偏移無正負之分，限值為10 mm，而斷面尺寸偏差則以高于實際為正、低于實際為負，限值為±20 mm[5]。根據表1所示的施工現場監線型監測結果發現，順橋向墩身出現了最大10.13 mm的傾斜度，而軸線偏位、斷面尺寸偏差的最大值分別是6.73 mm與8.57 mm，均未超過規定值，說明采用翻模施工技術得到了良好的墩身線型。

3 結語

高速公路橋梁高墩施工有多種不同的施工方法，本文在明確各種高墩施工技術的區別后，以翻模施工技術為例展開了實例探討，構建了包含由模板系統、操作平臺系統、固定系統3個部分的拼接式翻模系統，并通過有限元分析軟件對翻模系統關鍵結構件的應力變形情況展開了模擬分析，發現各項指標均符合規定標準。翻模施工技術應用時，重點控制了模板安裝、混凝土澆筑和翻模提升三個施工環節，通過線型監測發現，所有數據均未超過規定范圍，說明利用翻模施工技術構建的橋梁高墩具備良好的線型，因此，翻模施工技術值得在高速公路橋梁工程施工中進行應用與推廣。

參考文獻

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[3]高旺.高墩大跨度現澆預應力混凝土箱梁橋施工關鍵技術[J].混凝土世界，2024（8）：59-63.

[4]郭江龍.高墩大跨鐵路剛構-連續組合梁橋施工控制關鍵技術研究[D].湘潭：湖南科技大學，2021.

[5]王冬雪.高墩大跨連續剛構橋施工監控技術研究[D].石家莊：石家莊鐵道大學，2020.