楊學(xué)

摘 要：文章在分析高速公路橋梁高墩臺施工特點和滑模施工技術(shù)優(yōu)勢的基礎(chǔ)上，以某高速公路橋梁為研究背景，分析了高墩臺滑模施工技術(shù)的具體應(yīng)用。從滑模結(jié)構(gòu)組成設(shè)計、提升系統(tǒng)設(shè)計、液壓系統(tǒng)設(shè)計以及千斤頂數(shù)量確定等方面研究了液壓滑模系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計，最后分析了橋梁高墩臺滑模施工方法和施工注意事項。

關(guān)鍵詞：公路橋梁 高墩臺 滑模施工 結(jié)構(gòu)設(shè)計 工藝應(yīng)用

1 高墩臺施工特點

橋梁高墩臺結(jié)構(gòu)是橋梁結(jié)構(gòu)的重要組成部分，高墩臺的施工質(zhì)量對橋梁結(jié)構(gòu)的安全穩(wěn)定性有著舉足輕重的作用，高墩臺施工質(zhì)量控制要求較高。橋梁高墩臺結(jié)構(gòu)的施工技術(shù)要求主要有以下幾方面的特點。1）測量精度高。橋梁高墩臺施工對測量精度要求高，但是由于橋梁高墩臺具有重心較高、墩臺截面卻相對較小以及墩臺自身柔度較大的特點，在施工過程中其測量精度較難控制。2）橋梁高墩臺施工設(shè)備投入大。橋梁高墩臺施工有翻模法、滑模法等施工方法，拿本文研究的液壓滑模法為例，在施工過程中需要投入液壓滑模設(shè)備、汽車吊、重型卡車等輔助設(shè)備，大部分項目實際施工中工期都壓縮的很緊，通常需要投入多套液壓滑模設(shè)備及其施工配套輔助設(shè)備[1]。3）高墩臺對施工接縫質(zhì)量要求高。橋梁高墩臺除了承受橋梁上部結(jié)構(gòu)自身重力和橋面行車動荷載外，還需要承受橋梁結(jié)構(gòu)傳遞的扭矩和彎矩，這對高墩臺的整體性和柔性提出了較高要求，施工接縫是橋梁高墩臺整體性的一部分，所以施工過程中必須采取措施防止接縫處開裂。4）基于橋梁工程施工場地的特殊性，留給高墩臺的施工空間相對較小，在較小的施工空間內(nèi)需要高效調(diào)度各類大型施工機械設(shè)備，讓各種機械設(shè)備無縫銜接、高效安全的完成高墩臺施工，對施工現(xiàn)場技術(shù)管理人員和機械設(shè)備調(diào)度人員來說都提出了較大挑戰(zhàn)。5）橋梁高墩臺施工受外部環(huán)境影響較大。橋梁高墩臺施工項目所在地通常是洼地、溝壑等地勢較低處，當(dāng)施工過程中遇到降雨大風(fēng)天氣時，對高墩臺施工機械設(shè)備和施工人員造成了較大的安全隱患。所以，在制定橋梁高墩臺施工方案時，要將天氣因素考慮在內(nèi)，根據(jù)施工項目所在地的氣候條件作出科學(xué)合理的施工計劃。

2 液壓滑模施工技術(shù)的優(yōu)勢

2.1 有效提升橋梁高墩臺施工的安全性

采用液壓滑模施工技術(shù)對橋梁高墩臺施工前，需要對支撐桿結(jié)構(gòu)和門架結(jié)構(gòu)進(jìn)行數(shù)學(xué)建模驗算，驗證支撐桿結(jié)構(gòu)和門架結(jié)構(gòu)的安全性，驗算合格后的支撐系統(tǒng)在使用過程中，可以有效提升模板的整體穩(wěn)定性。在保證結(jié)構(gòu)整體穩(wěn)定性的前提下，在液壓滑模施工過程中要對關(guān)鍵部件做好防腐措施，對提升液壓滑模施工的安全性有較大的促進(jìn)作用。

2.2 有效提升橋梁高墩臺施工速度

采用液壓滑模施工技術(shù)對橋梁高墩臺施工，高墩臺施工用混凝土可以采用干硬性混凝土，可以提升高墩臺結(jié)構(gòu)的耐久性，提升墩臺施工質(zhì)量的同時還可以有效提升施工速度。液壓滑模施工技術(shù)可以提升高墩臺施工速度的主要原因是滑模施工技術(shù)不設(shè)置水平施工縫且滑模施工技術(shù)對輔助材料消耗用量較少，減少了輔助材料的垂直運輸時間，繼而有效的提升了施工速度[2]。

2.3 提升橋梁高墩臺施工的環(huán)保性

相對其他傳統(tǒng)施工方法來說，采用液壓滑模施工技術(shù)對橋梁高墩臺施工，可以有效減少大量機械設(shè)備的一次性投入，降低與機械設(shè)備相配套的輔助材料的消耗量，繼而達(dá)到了控制工程施工中廢氣廢料的產(chǎn)生量，充分降低施工成本的同時也增加了橋梁高墩臺施工的環(huán)保性。

3 工程案例簡介

某高速公路橋梁設(shè)計全長262m，橋面總寬度設(shè)計值為24.2m，高速公路橋梁的墩臺總數(shù)為14個，其中墩臺高度超過13m的有6個，墩臺高度最高為16m，墩身界面尺寸為6.6m×3.4m，混凝土等級為C40。該高速公路橋梁的所有墩臺都處于低洼區(qū)域，低洼區(qū)域無河流和積水。該高速公路橋梁高墩臺施工采用液壓滑模施工技術(shù)，建設(shè)單位要求趕工期，施工單位在保證橋梁高墩臺施工質(zhì)量不受影響的情況，通過增設(shè)一套液壓滑模施工裝置來提升施工速度。

4 液壓滑模結(jié)構(gòu)設(shè)計

4.1 滑模構(gòu)造設(shè)計

1）模板系統(tǒng)設(shè)計?；Ｃ姘宀牧线x用鋼板制作，鋼板厚度設(shè)計為6mm，鋼板高度設(shè)計為1.28m，單塊滑模面板設(shè)置5組型號L50mm×5mm的角鋼作為加固勁肋，模板系統(tǒng)的定位和支撐結(jié)構(gòu)采用圍圈來實現(xiàn)，上下兩個圍圈的設(shè)計間距為1m，圍圈采用規(guī)格尺寸為100mm×48mm×5.3mm的槽鋼現(xiàn)場加工制作而成，圍圈和剛桁架之間采用焊接作業(yè)方法進(jìn)行連接。為了便于后期的脫模作業(yè)，滑模的內(nèi)模采用錐度設(shè)計模式，滑模模板的上口和下口高差設(shè)計為2mm。2）滑模結(jié)構(gòu)的提升系統(tǒng)設(shè)計?；＝Y(jié)構(gòu)提升系統(tǒng)的支撐桿件材質(zhì)設(shè)計選用Q235鋼制作而成，支撐桿長度為130cm，直徑300mm，支撐桿之間的加長連接采用焊接模式；滑模結(jié)構(gòu)的提升架是用槽鋼組成的“F”型門架，“F”型門架由槽鋼現(xiàn)場焊接制作，“F”型門架的橫梁采用18#槽鋼，“F”型門架的立柱選用18#槽鋼制作。3）滑模結(jié)構(gòu)的液壓系統(tǒng)設(shè)計。液壓系統(tǒng)主要有液壓控制臺、油管以及千斤頂組成，根據(jù)項目施工實際需求，千斤頂選用承載能力在10噸以上的HM-120型液壓千斤頂，千斤頂爬生最大行程為270mm，經(jīng)過設(shè)計驗算完全滿足該公路橋梁項目的滑模施工要求，液壓控制臺選用YKT-56型，通過油路系統(tǒng)與千斤頂相連。4）滑模結(jié)構(gòu)的操作平臺設(shè)計。操作平臺支撐結(jié)構(gòu)采用桁架梁結(jié)構(gòu)，桁架采用角鋼焊接制作而成，角鋼規(guī)格選用邊寬（56mm）×邊厚（4mm）和邊寬（70mm）×邊厚（8mm）兩種規(guī)格。支撐桁架兩端的外側(cè)三角撐長度伸出桁架0.5m，在桁架頂面滿鋪厚度為5cm的腳手板，主操作平臺一側(cè)的輔助工作平臺采用鋼板和木板混合結(jié)構(gòu)制作，鋼木結(jié)構(gòu)設(shè)計為吊架形式，吊桿采用直徑為20mm的圓鋼，圓鋼布置間距設(shè)計為2.5m，輔助平臺的架體總寬度為80cm，在架體上滿鋪厚度為3cm腳手板，輔助平臺架體外側(cè)設(shè)置高度為80cm的防護(hù)欄桿[3]。

4.2 液壓千斤頂數(shù)量確定

4.2.1 液壓滑模系統(tǒng)豎向總荷載確定

滑模豎向荷載的來源包括滑?；枇Α⒍张_施工荷載以及滑模系統(tǒng)自身重量，其計算公式為如下：

式中：W總——滑模系統(tǒng)承受的豎向總荷載（t）;

W阻——滑升阻力（t）;

W施——施工總荷載（t）;

W自——施工總荷載（t）。

上述計算公式W阻中的滑模單位面積滑升阻力根據(jù)施工經(jīng)驗和相關(guān)規(guī)范按照0.2t/m2考慮，滑升阻力附加系數(shù)取值1.5，根據(jù)模板高度和墩身界面尺寸計算模板與混凝土接觸面積為：（6.6m+3.4m）×2×1.28m=25.6m2，故W阻=25.6m2×0.2t/m2×1.5=7.68t。W施主要包括施工用鋼筋重量、鋼管重量、電焊機重量、振搗棒重量、滑模設(shè)備重量以及施工操作員重量，根據(jù)施工經(jīng)驗保守估計5.5t。W自主要包括鋼板重量、槽鋼重量、角鋼重量以及各類木板重量，根據(jù)施工經(jīng)驗保守估計9.5t。施工用鋼筋重量、鋼管重量、電焊機重量、振搗棒重量、滑模設(shè)備重量以及施工操作員重量，根據(jù)施工經(jīng)驗保守估計5.5噸。故液壓滑模系統(tǒng)豎向總荷載W總=7.68t+5.5t+9.5t=22.68t。

4.2.2 滑模系統(tǒng)支撐桿允許承載力確定

支撐桿允許承載力計算公式如下：

式中：P——支撐桿承載力（t）;

α——整體式液壓控制臺工作系數(shù)，取值0.7;

E——支撐桿彈性模量（KN/cm2）

I——支撐桿截面慣性矩（cm4）;

L0——砼面上表面到千斤頂卡頭之間距離（cm）;

K——施工安全系數(shù)，取值2.0。

上述計算公式中，支撐桿材質(zhì)為Q235鋼，其彈性模量為2.1×104KN/cm3，支撐桿直徑為3.0cm，I=πd4/64≈3.97cm4，計算L0值將千斤頂上下卡頭距離按施工經(jīng)驗值考慮為6cm，則砼面上表面到千斤頂卡頭之間距離=（130-6）=124cm。最終計算出支撐桿件的容許承載力值為P=（0.7×40×2.1×104KN/cm2×

3.97cm4）/2.0×（124+95）2=24.34KN（結(jié)果保留兩位小數(shù)），換算成噸約等于2.48t，本項目使用的HM-120型液壓千斤頂?shù)念~定承載力為120KN，計算承載力時取額定承載力的一半即60KN計算，其承載力為60×0.102=6.12t。

4.2.3 滑模系統(tǒng)液壓千斤頂數(shù)量確定

液壓千斤頂數(shù)量計算公式如下：

式中：W總——滑模系統(tǒng)承受的豎向總荷載（t）;

P——支撐桿允許承載力（t，在支撐桿承載力和千斤頂承載之間取小值）;

C——荷載不均勻分布系數(shù)，取0.8;

N——千斤頂數(shù)量。

將上述計算入去代入公式可計算出N值，N=22.68t÷2.48÷0.8=11.43，根據(jù)施工現(xiàn)場千斤頂對稱布置原則，千斤頂數(shù)值取偶數(shù)，故現(xiàn)場需要布置12臺千斤頂。

5 高墩臺滑模施工

1）滑模組裝。將墩臺基礎(chǔ)面鑿毛清洗干凈且不留積水后，進(jìn)行橫向鋼筋的綁扎。然后搭設(shè)枕木垛，安裝滑模系統(tǒng)的提升和操作平臺。2）滑模提升。將滑模提升到一定高度后，撤掉枕木垛，然后安裝滑模其他設(shè)備，繼續(xù)提升滑模到一定高度后，再繼續(xù)安裝外吊腳手架以及其他裝置。3）混凝土澆筑。本公路橋梁的高墩臺施工混凝土選用坍落度為8cm作用的干硬混凝土，澆筑時采取分層且均勻澆筑原則，煤層澆筑厚度為20cm，當(dāng)澆筑面距離模板上邊緣距離在15cm左右時立即停止?jié)仓?，這個要求是為了確?；炷翝{液不會溢出滑模，澆筑的同時即進(jìn)行混凝土振搗工作，振搗本層澆筑混凝土?xí)r，插入下層混凝土面的深度不可超過5cm，振搗棒不能碰到鋼筋和預(yù)埋件。4）滑模提升?；Ｌ嵘偣卜譃槌跎?，正常階段滑升以及停止滑升三個階段。初升階段的混凝土分3層澆筑，澆筑厚度控制在60cm左右，此過程大概需要4h，然后將滑模慢慢提升5cm，并檢查混凝土漿液情況判斷其是否具備出模標(biāo)準(zhǔn)，達(dá)到出模標(biāo)準(zhǔn)后繼續(xù)提升4個千斤頂行程高度，提升結(jié)束后對整個滑模系統(tǒng)進(jìn)行全面檢查。正常滑升階段應(yīng)澆筑一層達(dá)到滑升條件后就要提升一次，確保提升高度與上一次的澆筑高度相符，根據(jù)現(xiàn)場施工情況判定澆筑和提升速度控制在20cm/h為宜，每次滑模的提升高度控制在30cm以下。停止滑升階段要緊盯滑模與高墩臺設(shè)計標(biāo)高，當(dāng)二者間距在1m左右時，立即停止滑模提升，然后進(jìn)行標(biāo)高測量和局部找平，確保高墩臺的標(biāo)高與設(shè)計標(biāo)高誤差在規(guī)范要求范圍內(nèi)。

6 液壓滑模施工過程應(yīng)注意事項

1）確?；ｄ摪宓馁|(zhì)量滿足要求?；炷翝仓^程中，在混凝土重量和混凝土澆筑沖擊力的作用下的，滑模鋼板會發(fā)生撓曲變形，規(guī)范要求模板的最大撓度數(shù)值要小于支點間距的千分之一，所以在選擇滑模鋼板類型時，要結(jié)合理論計算數(shù)值和施工現(xiàn)場試驗情況綜合確定。2）千斤頂和滑模接頭頂桿的確定。首先要明確的是滑模頂桿和千斤頂在數(shù)量上是一致的，要確定頂桿的承載能力和千斤頂?shù)淖畲蟪休d力基本保持一致，頂桿采用均勻布置原則，千斤頂也需同樣采用均勻布置原則，如果施工過程中發(fā)現(xiàn)局部荷載較大時，可以采用集中布置形式代替均勻分布布置。頂桿和千斤頂?shù)臄?shù)量可以通過計算確定，但是切莫只考慮計算結(jié)果來確定數(shù)量，要將計算數(shù)量與施工現(xiàn)場實際情況來綜合確定千斤頂和頂桿數(shù)量。3）垂直度和和水平度控制注意事項。在橋梁高墩臺滑模施工過程中，如果千斤頂爬升不同步、混凝土沒有嚴(yán)格按照分層均勻澆筑措施進(jìn)行澆筑以及施工荷載分布不均等因素都會造成橋梁高墩臺在施工過程中發(fā)生偏移的質(zhì)量缺陷，所以在施工過程中要對高墩臺垂直度和水平對進(jìn)行勤量勤測，根據(jù)測量結(jié)果進(jìn)行及時糾偏和修正。在施工中，滑模升高1m就需要進(jìn)行全方位的觀測和校正，如果出偏移情況，立即停止施工并查找原因，并制定糾偏措施。此外，糾偏過程中要分多次進(jìn)行糾偏，直至校正合格。4）施工期間針對極端天氣的處理措施。如果施工過程中遇到了暴雨、溫度驟降或者酷暑等極端天氣，要停止施工作業(yè)，停止施工作業(yè)前要確保最后一層滑膜被澆筑且振搗完畢。停止施工后，間隔1h就要微微提升一下滑模，防止滑模與混凝土面生粘結(jié)。5）安全保證措施。操作人員主要集中在操作平臺，所以操作平臺的傾斜度一定要控制1%以內(nèi)，所有施工人員必須正確佩戴安全帽。絲扣接頭緊固，隨時檢查垂直運輸機運行狀態(tài)，液壓滑模拆除作業(yè)前要進(jìn)行三級安全交底，對拆除人員進(jìn)行安全技術(shù)培訓(xùn)，培訓(xùn)合格后方可進(jìn)行拆除作業(yè)。

7 結(jié)語

液壓滑模施工技術(shù)應(yīng)用的關(guān)鍵是模板組裝、提升系統(tǒng)設(shè)計和脫模強度的判斷，也和現(xiàn)場施工人員認(rèn)真嚴(yán)謹(jǐn)?shù)氖┕B(tài)度密不可分。該公路橋梁高墩臺應(yīng)用液壓滑模施工技術(shù)后的施工質(zhì)量經(jīng)過檢測后，完全符合規(guī)范設(shè)計要求，而且施工進(jìn)度較快，比合同約定工期提前了一周，而且施工成本控制良好，取得較好的社會效益和經(jīng)濟(jì)效益。

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