山区公路桥梁薄壁高墩混凝土无拉杆滑式翻模设计与施工技术研究——以南龙高速公路扩容工程 B6 标桥梁为工程案例

刘志伟

(中铁十七局集团第六工程有限公司 福建福州 350011)

0 引言

薄壁高墩设计是山区公路桥梁建设中，最为常见的设计形式。根据其设计特点，结合工程实际的地形地貌情况，墩身混凝土施工时，一般可以采用爬模、翻模、滑模等施工工艺。比较几种工艺的优缺点，爬模施工的优点是，混凝土实体和外观质量都比较好；缺点是资源投入较大，在机械性能方面，对爬模顶升系统的要求更加严格。滑模施工的优点是设备安全性能好、施工速度快；缺点是整体外观质量较差，施工控制难度较大。翻模施工的优点是实体和外观质量更有保障，但设备设施的投入量比较大，施工进度与滑模及爬模相比较慢。当墩身超过一定高度时，施工安全风险更高[1]。

在高速公路施工中，项目业主对施工技术、施工进度、施工成本控制等各方面要求都越来越严格，促使在施工中应更多推广使用新技术、新工艺、新设备，并在有效降低工程成本、提高经济效益、缩短施工工期方面做更多的探索。

1 工程概况

1.1 工程设计概况

南昌至龙南高速公路扩容工程B6标，位于江西省信丰县崇仙乡境内，起点K95+700位于信丰县崇仙乡猫形村北面。线路经过两山隘口进入信丰县崇仙乡猫形村，经仙水缘漂流区，再进入山间碍口依山脊布设。终点位于K101+500，线路全长5.803 km。标段内共有桥梁工程3座，分别为特大桥1座，大桥2座，桥梁实心薄壁墩共计44个。其中猫形特大桥起讫里程为K95+721～K96+889，全桥长1168 m，11#～27#墩左右幅桥墩均为薄壁墩；水口高架桥 K97+051～K97+819，全桥长768 m，2#～6#墩左右幅桥墩均为薄壁墩。薄壁墩截面尺寸为10.95 m×2.2 m，墩身高度在27 m～37.5 m之间，均属于宽幅薄壁高墩。

水口高架桥薄壁墩数量统计表如表1所示。

表1 南龙高速扩容工程B6标段水口高架桥薄壁墩数量统计表

1.2 地形地貌情况

猫形特大桥、水口高架桥两座桥梁，均为主线跨丘陵间河谷地及河流而设的桥梁。桥址区山高陡峭，地质构造复杂，桥梁跨越深山沟壑，桥墩高差大。江西夏季高温时间长，雨量大。施工现场地形复杂，施工场地狭窄，施工便道沿山边铺设，难以投入大型设备、材料运输受限，施工困难大。

1.3 工程重难点分析

安全风险高：T梁架设是整个标段工期制约点，而薄壁高墩施工为控制T梁架设的关键点。施工过程中，高空作业点多，存在不确定风险因素，施工安全风险较大。

资源投入大：高墩施工需分节进行，墩身浇筑完成所需周期长。多墩同时展开施工时，需投入大量的模板、机械设备。

精度要求高：薄壁高墩施工的特点，一是墩身重心高，二是横截面相对面积较小，三是薄壁墩身柔度较大。在施工过程中，必须加强对坐标方位、轴线偏移、外观线形、温度应力等多方面的监控，确保施工精度能够满足规范要求。同时，高墩分节施工带来的不可避免的施工缝，也是墩身受力的薄弱之处。所以，施工过程中加强线形及精度定位监测、加强细部工艺质量，是施工的关键控制点。

2 墩柱模板系统和提升系统改进

2.1 设备改进原理

桥墩无拉杆滑式翻模施工工装，由外部桁架、液压千斤顶、提升柱、模板、撑杆、吊装葫芦等组成。提升装置采用提升柱配合液压千斤顶的滑式结构。设置可调节的撑杆，支撑在外部桁架上，用来固定模板；待浇筑完成本节段混凝土后，首先松开撑杆，然后再采用吊装葫芦进行模板翻升操作。整个结构通过提升柱固定于墩身混凝土之中，稳固安全。

模板无需设对拉杆，墩身无拉杆孔，工程实体质量可控，外观质量得以显著提高。通过桁架内翻升通道进行翻模操作，可以避免外部翻模受高空作业中风的影响，减少安全隐患。采用组合桁架作为外模架，稳固安全，无需重复拆装，节省了大量劳动力和周转材料。操作平台采用液压千斤顶为顶升系统进行整体提升，其特点是设备无需反复拆装，设备的整体稳定性更好更牢固，施工过程安全系数高，施工更加便捷。

无拉杆滑式翻模的结构设计原理如图1所示。

图1 无拉杆滑式翻模结构原理图

2.2 模板优化改进

选择模板高度：本标段的薄壁墩身高度均在27 m以上，最高达37.5 m。综合考虑高墩施工工序及工艺流程等工程实际情况，在模板的选择上，选用大块组合钢模板，经过加工拼装，制作成可翻转的模板，每层选定高度为2 m，一共加工2层，总高度为4 m。

确定模板构造：为确保模板的强度、钢度、多次倒运后不发生变形，外模选用厚度6 mm的钢板制作，竖肋采用[10槽钢、钢背楞采用双拼[12槽钢进行组焊加固支撑[2]。

桁架及钢模板平面布置图如图2所示。

图2 桁架及钢模板平面布置图

2.3 液压提升系统

整套滑式翻模设备在设计配置上是否成功，关键在于液压提升系统的优化设计是否合理。液压提升系统设备配置主要包括：液压操作系统、提升架、支承杆。

其中液压操作系统是由液压控制台、液压千斤顶、油管及其他附件组成。为了保障系统能正常工作，在组装前对这些设备设施进行检查验收，尤其要加强对管路的检查，提前排查管路是否存在异常情况，及时采取措施予以排除。

提升架共设置12根挂杆，挂杆与操作平台主桁焊接成整体。

液压千斤顶、爬杆、爬架横梁连接如图3所示。

图3 液压千斤顶、爬杆、爬架横梁连接示意图

3 无拉杆滑式翻模施工要点

3.1 施工准备

实心薄壁墩验收内容，包含对平面位置、宽度等尺寸进行验收。验收合格以后，对即将施工的实心薄壁墩进行切割凿毛，安装模板及外模架，检验合格进入下道工序[4]。

3.2 钢筋笼扎制、固定

滑式翻模施工特点：每个节段均要进行钢筋绑扎、模板安装、模板提升、浇筑混凝土，然后循环作业，直至完成每个节段。

根据实践经验，每段主筋长度取4.5 m，主筋连接采用直螺纹套筒方式连接[3]，钢筋接头应采用I级，同一截面的接头数量应满足规范要求；箍筋连接采用双面焊，焊缝长度应满足规范要求。

3.3 模板安装、固定

安装首节模板前，在承台上沿模板的地面采用砂浆设置厚为30 mm～50 mm 的找平层，并在墩底设置零接模板。零接模板的上端与墩身翻模模板相连接，下端直接支承在砂浆找平层上，最先拆除的一块模板下端与承台的接触边设计为锐角，方便脱模。外撑杆应支撑牢固，防止浇筑混凝土过程中移位、漏浆。

整个节段模板安装完成，对平面位置、模板标高、稳定性专项检查校核，满足要求后进入下道工序。

底模钢筋绑扎、桁架及模板安装如图4～图6所示。

图4 底模钢筋绑扎图

3.4 墩身混凝土浇筑工序

(1)施工关键

采用滑式翻模浇筑混凝土，确保设备的稳定，确保液压操作系统提升过程中的平稳是施工的核心；整个模板系统通过液压系统、预埋的支撑杆、提升架共同作用，进行平稳提升操作，是施工的关键。

(2)施工顺序

浇筑底节混凝土、检测混凝土强度满足要求、液压操作系统开始提升工作、安装第二节墩身钢筋模板、模板位置的调整及外撑杆的坚固、浇筑第二节混凝土、检测混凝土强度满足要求、拆除第一节模板并整修、按照前两节施工顺序循环。

(3)施工要点

①第二节模板安装在首节模板之上，采用螺栓将上下模板连接在一起，用预设的拉杆初步固定在底节混凝土上，调整模板，安装紧固外撑杆。

②待第二节混凝土达到规定强度后，拆除第一节模板。拆除时应先拧开外撑杆，然后卸除模板的连接螺栓，将模板向上吊起。

③高空作业时，应预先采用倒链将模板吊起拉紧，防止模板脱落。待外模与混凝土完全脱开后，用电动葫芦微微吊起外模，将倒链解下，然后将模板吊到模板修整处进行整修待用。

④待第三节段的钢筋安装完毕，采用电动葫芦将模板吊起，进行安装。

3.5 墩身拆模及养护

检测及养护要点：模板拆除后，应及时对墩身混凝土外观质量进行观察；对钢筋保护层厚度进行检测。通过检测数据分析原因，总结提高墩身的内外质量。墩身养护采用PVC管喷淋系统并覆盖薄膜，防止混凝土表面产生裂纹。

模板拆模要点：混凝土分节段循环施工，浇筑至墩顶位置时，依然要保留2个节段的模板，暂时不予拆除，等到混凝土强度大于10 MPa后，再予以拆除[5]。

3.6 高墩施工的监控量测

做好施工全过程的监控量测，增加量测频率。每提升一节模板，都要对模板的位置进行检查，将桥墩的纵横向偏移和扭转值控制在规范数值内；每提升循环三节就要进行一次校核，对相应节段进行调整，避免误差累积。

4 效益分析

4.1 社会效益

采用无拉杆滑式翻模施工技术，彻底改善以往墩柱成品遍布对拉孔的现状，墩身表面光洁、整体性好。南龙高速公路扩容工程B6标猫形特大高架桥、水口高架桥宽幅薄壁高墩施工中采用混凝土无拉杆滑式

翻模技术，施工进度快，墩柱成品施工质量、外观质量均可控。施工期内对周边环境干扰较小，施工污染小，环保效应明显。该标段在年度业主组织的“创精品、决攻坚”劳动竞赛中获一等奖，并获得业主奖金80万元，为企业赢得社会认可度及美誉度。

4.2 经济效益

无拉杆滑式翻模施工技术与传统的滑模、翻模、爬模相比，投入较小，无需租赁大型吊装设备，节约了租赁费用。墩柱成品无需人工封堵，节约劳动力及人工费用。费用计算如下：

该标段内共44个高墩设备吊装施工，若采用常规吊装方案，经测算需租赁6台大型吊装设备，周期需60天。租赁费用计算：1600(元/天)×6(台)×60(天)=576 000元。

采用常规方案，施工完的墩柱对拉孔需人工封堵，所需人工费用计算：2(人)×30(天)×200(元/天)×44(高墩数量)=528 000元。

因此，该标段高墩施工合计节约费用=租赁费用+人工费用=1 104 000元。

5 结论

综上所述，桥梁无拉杆滑式翻模施工技术通过改进施工设备及工艺，在高墩施工应用中，优势更为明显，主要表现在以下方面：

(1)采用提升柱和液压千斤顶作提升系统、组合桁架作为外模架，模板不设对穿拉杆，墩身没有拉杆孔，墩身表面表洁、整体性好，外观质量提升显著。

(2)施工设备整体性好，施工过程无需重复拆装，有效缩短工序间隔时间，加快施工进度。

(3)设备的改进，使得周转材料数量大为减少，同时节约了人工劳动力，实现了降本增效。

(4)适用于墩身高度大、各种等截面实心或薄壁空心高墩等，具有良好的推广应用前景。本文为类似的工程实施提供参考。