1 概述

我國高速公路的發(fā)展起步相對較晚，但近年來，我國高速公路的發(fā)展勢頭迅猛，截至2021年底，我國已建成11.7萬公里高速公路，里程已位居世界第一。隨著高速公路的飛速發(fā)展，在高原、山區(qū)、河谷等特殊地勢地形建設高速公路的需求也逐漸增大，因此，高墩橋梁的需求和施工難度也逐步增高，如何安全、快速地施工橋梁高墩柱成為了橋梁施工的重要研究方向[1]。本文通過綜述當前橋梁高墩柱爬模施工、滑模施工、翻模施工三種工藝進行分析，并對未來橋梁高墩柱施工工藝提出思考。

2 我國橋梁高墩的應用情況

隨著我國高速路網的不斷完善，越來越多的橋梁需要跨越山谷、河流，超過百米的墩高已屢見不鮮。為降低結構自重并同時滿足截面尺寸要求、降低橋施工成本，空心薄壁墩應運而生，此類橋墩在滿足力學、墩高等要求的同時，還能有效克服費工費料、質量差、施工慢及高空作業(yè)等困難[2]，實現(xiàn)了橋梁高墩輕質、經濟、超高化發(fā)展。當前我國施工超過100m墩高的橋梁已屢見不鮮，表1列舉了我國的部分高墩橋梁。

表1 部分高墩橋梁情況統(tǒng)計表

3 三種高墩柱施工技術特點

3.1 滑模施工技術特點

滑模施工是近年來從建筑剪力墻施工的滑升模板系統(tǒng)中改進而來的[3]。其原理是在混凝土結構中預埋支承桿以承擔千斤頂和液壓提升系統(tǒng)傳來的荷載，千斤頂和液壓提升系統(tǒng)會在混凝土達到設計強度后，帶動模板沿支承桿方向不斷爬升，實現(xiàn)邊滑升邊澆筑邊成型（如圖1所示）。

圖1 滑模結構示意圖

滑模施工具有施工速度快、成本低、占地小等優(yōu)點?；Ｏ到y(tǒng)主要由提升設備、操作平臺、模板等部分組成。滑模施工的主要工序有：承臺鑿毛→鋼筋安裝→組裝滑?！M裝作業(yè)平臺→安裝安全防護系統(tǒng)→混凝土澆筑→養(yǎng)生→鋼筋安裝→模板滑升并循環(huán)至橋墩封頂（如圖2所示）[4]。橋梁承臺施工結束后，開始安裝綁扎鋼筋，拼裝模板。滑模工藝主要采用鋼模板，并用螺栓同提升架連接組成滑模系統(tǒng)。模板安裝應遵循上口小、下口大的原則，并以模板高度的0.1%～0.3%范圍控制好模板的單面傾斜度，且應確保模板上口以下2/3處的凈間距與結構設計截面等寬[5]。澆筑的混凝土，其強度一般情況下在C40以上，坍落度控制在12～16cm范圍內[6]，澆筑時應對稱，進行單層澆筑厚度控制在20～30cm之間，每次澆筑結束后混凝土表面應距模板上緣10～15cm，并同步采用插入式振搗器振搗。待下層混凝土強度達到0.2～0.4MPa時，模板可以開始提升，但滑升頻率要嚴格控制在1.5小時一次，每次滑升高度不得超過30cm[7]，每天滑升高度極限為5m，混凝土出模8h后進行養(yǎng)生。

圖2 高墩滑模施工工藝

由于混凝土澆筑完成后，模板向上滑升的過程中混凝土材料會在內外模之間進行直接摩擦，造成橋梁墩柱表面粗糙、出現(xiàn)劃痕的現(xiàn)象，對此，需在施工完成后對墩柱進行二次收緊和壓光處理[8]。

3.2 翻模施工技術特點

翻模施工技術是由傳統(tǒng)滑模演變而來[9]，主要是通過塔吊或液壓系統(tǒng)實現(xiàn)模板循環(huán)上升并澆筑混凝土的施工工藝，由于該工藝具有墩身外觀質量好、操作便捷、施工速度快、易糾偏等優(yōu)勢，目前在我國橋梁工程中得到廣泛應用。由于近年來翻模施工工藝的不斷發(fā)展完善，根據模板提升設備的不同可以主要分為塔吊翻模和液壓翻模。

①塔吊翻模：模板及操作平臺均由塔吊進行提升，主要施工方法為傳統(tǒng)支架法和新型無支架法。其中支架法從支架搭設到墩柱施工到拆除支架共有12個步驟[10]如圖3所示。

圖3 支架法塔吊翻模施工步驟

無支架法施工與傳統(tǒng)支架法相比具有施工便捷、模板穩(wěn)定性、安全性較高，新舊混凝土銜接平滑等優(yōu)勢。其施工步驟為：前期模板調試→模板組裝→安裝塔吊→搭設鋼筋勁性骨架→綁扎鋼筋→安裝內外模板→混凝土澆筑→塔吊提升工作平臺→模板翻升→循環(huán)澆筑等，如圖4所示。

圖4 無支架法塔吊翻模施工示意圖

②液壓翻模：一種通過對爬模施工、翻模施工、滑模施工進行總結研究、去粗取精后形成的高墩柱施工技術[11]。由模板系統(tǒng)、閉合梁系統(tǒng)、模板拆裝系統(tǒng)、外支架系統(tǒng)、提升系統(tǒng)、防墜系統(tǒng)、操作平臺、養(yǎng)護系統(tǒng)、鋼筋綁扎平臺組成，通過該系統(tǒng)可以實現(xiàn)模板的單面或多面翻升[12～13]。該技術較傳統(tǒng)塔吊翻模施工技術具有安全性高、質量可控、作業(yè)速度快、成本優(yōu)化等優(yōu)勢，容易施工各方人員掌握和使用。該技術在遵綏高速公路延長線的應用中，當澆筑混凝土初凝后即可進行翻升，相比之下爬模施工則要求混凝土達到設計強度的70%且≥20MPa后才允許爬升，體現(xiàn)出該技術對混凝土強度要求低、施工便捷、迅速的特點。此外，該技術無需專用預埋件，墩柱截面較小時，可將模板拉桿設為工具式拉桿，較爬模施工技術和滑模施工技術減少了材料用量和用工量，有效降低了成本。其施工步驟如圖5所示。

圖5 液壓翻模施工步驟

3.3 爬模施工技術特點

爬模施工需要由模板系統(tǒng)、提升系統(tǒng)和操作平臺系統(tǒng)構成。爬模技術相較于翻模、滑模施工技術的操作難度較大、步驟流程相對較多，除了要使用液壓千斤頂進行提升外，還需單獨構建上下爬架。其原理是通過將模板、操作平臺和爬架連接成系統(tǒng)，以預埋在混凝土中的爬錐螺桿為導軌，將模板系統(tǒng)采用液壓千斤頂沿導軌方向頂升至墩柱施工位置，混凝土澆筑過程中，爬錐預埋件可承擔豎向荷載，模板對拉桿承擔混凝土澆筑側向荷載，如圖6所示。

圖6 爬模結構示意圖

爬模施工工藝可以邊爬升邊澆筑，能夠有效確保墩柱的整體性，除施工進度較快外，其模板系統(tǒng)還能從基礎底板或任意層組裝使用，并且所有模板都具備脫模器，脫模便捷；爬升裝置、液壓設備、模板均可重復使用，有效節(jié)約了成本，提高了施工效率；相較于翻模施工技術具有較高的安全性。具體施工步驟如圖7所示。采用該技術施工高墩柱過程中，由于全部負荷都由預埋件傳遞到墩身承載，因此對混凝土的施工質量有較高要求，混凝土澆筑前要對預埋件位置進行校核是求，在混凝土澆筑過程中要對稱澆筑、分層振搗，保證混凝土入模均勻。在標準澆筑模板高度內分四層澆灌，一般當混凝土強度達到1.2MPa后可以開始進行脫模，脫模后養(yǎng)護10h可以進行模板爬升[14]。模板爬升要由具備操作資格的專業(yè)人員操作設備，實時對爬升壓力和動力進行調整，確保頂升油缸向上頂升的穩(wěn)定、持續(xù)。當爬升行程達到1.5m時，應暫停爬升，并對爬架進行調整后再繼續(xù)爬升。[15]

圖7 爬模施工技術步驟

4 模板系統(tǒng)方案比選（見表2）

表2 三種高墩施工模板系統(tǒng)方案成本及效率分析

從表2分析可知，三種高墩施工技術各有優(yōu)劣。其中，單套液壓爬模技術的模板系統(tǒng)總價最高，分別是滑模系統(tǒng)和翻模系統(tǒng)的3.95倍和3.37倍。翻模施工技術是三種高墩施工技術中心脫模最快的，平均1～3小時可以完成脫模，爬模脫模速度次之，滑模脫模所需時間最長；然而，在施工進度方面，滑模速度最快，能夠以每小時0.2m、每天4.8m的速度進行混凝土澆筑，這是由于滑模施工技術在底層混凝土達到0.2～0.4MPa時，模板就可以開始提升，而爬模施工技術要求混凝土達到設計強度的70%且≥20MPa后才允許爬升，對混凝土的強度依賴較大，翻模施工技術在混凝土初凝后即可進行翻升，因此施工速度較爬模施工具備一定優(yōu)勢。在用工數(shù)量方面，滑模施工技術所需不同工種工人數(shù)量最大，平均需要38人，翻模需要30人，爬模由于其自動化程度更高、模板重復利用率高等特點，大幅降低了所需用工數(shù)量，僅需要14人即可完成高墩柱施工，爬模技術所需的用工數(shù)量少，在一定程度上也增大了該施工技術的安全性。

5 結語

三種高墩施工模板技術的優(yōu)缺點綜合分析結果可見表3。在橋梁高墩柱施工的全過程中，滑模施工技術相比于其他兩種施工技術具備經濟投入最小、施工速度最快、施工安全有保障的特點，能夠適應目前我國高速公路建設工程快速發(fā)展的需求。然而，近年來滑模施工技術幾乎沒有得到改善，目前，由于滑模施工過程中混凝土粘模嚴重，混凝土外觀質量差等缺點，已被我國交通運輸部于2020年列入《公路水運工程淘汰危及生產安全施工工藝、設備和材料目錄》中被限制使用的施工工藝中。因此，在保持滑模施工技術既有優(yōu)點的前提下，繼續(xù)完善施工工藝，探索滑模施工過程中混凝土外觀質量病害的解決方案，對我國高速公路橋梁建設的發(fā)展具有重要意義。

表3 三種高墩施工模板系統(tǒng)方案成本及效率分析