墨临高速公路空心薄壁高墩施工方法的选用分析

刘恒辉

(中铁二十局集团第一工程有限公司，江苏 苏州 215151)

1 工程概况

云南省墨江至临沧高速公路，是云南省东西向的主骨架通道，途经墨江县、新平县、镇沅县、景东县，止于临沧市临翔区，线路全长236 km，属于典型的重山岭项目。全线桥隧比达到67%，其中特大桥10座，大桥214座。在桥梁工程中墩高超过40 m的桥墩共776个，超过70 m的桥墩共46个。

2 高墩施工方法概述

目前桥梁高墩常用施工方法主要有：翻模施工法、滑模施工法、液压爬模施工法、悬臂模施工法和辊模施工法共五种。翻模施工分为自翻模和非自翻模，一般所说翻模施工为非自翻模施工。滑模施工是出现较早的工艺，由于滑模施工24 h不间断，其半干硬性混凝土及时、连续供应问题不易解决，导致现场施工组织及质量控制困难，外观质量较差，该工法目前已经不提倡使用(本文不予列举比较)。液压爬模施工是目前超高墩塔施工应用较多的工法，悬臂模施工是液压爬模施工中的非自爬模体系。辊模施工是滑模和翻模的结合工艺。看似截然不同的几种工法，其目标都是完成高墩施工中高空作业模板提升、安拆加固、搭设作业人员工作平台，保障安全快速完成模板安装、钢筋绑扎及混凝土浇筑的工法。

2.1 翻模工艺(非自升翻模工艺)

在翻模施工中，桥墩模板采用定型钢模板，一般配置3层模板，每层模板高度2.25 m或3.0 m，每个循环对应浇筑墩身高度为4.5 m和6.0 m。每次留顶节模板作为受力基座不拆，将其下2层拆除向上翻转施工，如此往复直至墩身施工完成[1]。墩身钢筋、模板等垂直运输采用塔吊或汽车吊，混凝土垂直运输采用地泵或汽车泵。该法适合于等截面和变截面墩柱施工。翻模施工示意见图1。

图1 翻模施工

2.2 辊模工艺

辊模施工法是滑模和翻模施工两种工法的结合，其施工原理和滑模施工基本相同，不同点在于内衬模板(薄壁墩外侧模板)与外框架分离，在外框架贴内衬模侧设置可以转动的辊轴，在滑升过程中借助辊轴的滚动，确保内衬模保持静止，不扰动和摩擦模板内混凝土。内衬模采用轻便易安装的PVC高分子树脂板或塑钢材质的模板，当底层混凝土初凝时，人工拆除整修模板，倒装至上层使用，如此循环施工完成墩柱施工。

辊模施工装置由支承系统、液压控制系统、模板系统和操作平台系统组成[2](具体结构见图2)。在承台混凝土结构中预埋支撑杆，利用千斤顶与提升架将外框架架体及内模板全部荷载传至支撑杆上，通过自身液压提升系统将整套模架沿支撑杆向上滑，从而实现循环施工。辊模模板采用高分子树脂板或塑钢板，内模采用钢模板。4块外框架之间采用高强度螺栓栓接一起，形成一个定形矩形截面。内外框架的上侧铺钢花板作为上操作平台，外框架下侧设置吊架，作为下工作平台。辊模施工仅适合等截面墩柱施工。

图2 辊模施工

2.3 液压爬模工艺

液压爬模法是利用自身液压动力装置将模板和工作平台整体提升，通过液压系统的液压油缸对导轨和爬架交替顶升实现提升，导轨和爬架之间可以进行相对运动[3-4]。模板采用钢木组装的轻便的模板，一模高度为4.0～6.0 m。液压爬模施工工艺适合等截面及变截面墩柱。液压爬模施工示意见图3。

图3 液压爬模施工

2.4 悬臂模工艺

悬臂模主要由：模板系统、后移装置、斜撑承重三角架、主平台、上平台、吊平台和预埋系统等组成(如图4所示)。悬臂模唯一的承力构件是预埋件，斜撑承重三角架体安装在预埋件上，三角架体上安装后移装置和模板系统，作为主要施工平台，三角架体下侧设置吊平台作为养护及辅助平台[5]。悬臂模向上爬升时，应使模板系统和架体分离，分别向上提升，需要依靠塔吊或汽车吊向上提升，相当于没有液压爬升装置的爬模。悬臂模施工工艺适合等截面及变截面墩柱。

图4 悬壁模板施工

3 施工方法对比分析

在建设云南墨临高速公路桥梁工程中，墩高在40 m及以上的桥墩数量超过800余个，施工单位结合自身实际情况及施工经验，不同程度的选择了滑模法、翻模法、辊模法、液压爬模法和悬臂模板施工法，其中一般高墩(40～60 m)采用翻模法、悬臂模法及滑模法施工；60 m以上的墩柱基本采用液压爬模法施工；辊模法为新兴工艺，现场施工采用较少。为使广大技术人员科学合理的选择高墩施工方法，现将墨临高速公路桥梁高墩施工中用到的除滑模外(滑模与辊模相似)的四种施工方法进行对比分析。

3.1 工艺优缺点对比分析

经仔细分析，不同工艺各有特点，具体比较见表1。

表1 工艺的优缺点对比分析[6-7]

3.2 资源配置及工效对比分析

以双肢薄壁空心墩截面尺寸为等截面6.75 m×3.0 m(单墩)、壁厚70 cm为例，根据施工情况，对四种施工工艺的资源配置及工效进行对比分析，具体情况见表2～表4。经过对比分析，可知：

表2 施工工艺人员配置对比人

表3 不同施工工艺材料、机具配置对比

表4 不同施工工艺工效指标对比

(1)除翻模不需要特殊工种外，其他工艺均需要。

(2)翻模施工工装简单，仅为一套钢模板；其他工艺施工，需要配备专用模架或液压系统，工装相对复杂。在偏远山区项目中，如果项目高墩工程量不大，墩柱高度在60 m以内，建议采用翻模法施工，相对来说工装简单、组织简单、技术简单，不需要特殊工种和其他特殊的配件和附属材料等，施工受干扰因素少。

(3)除辊模施工外，其他三种工艺施工，混凝土浇筑及养护时间、钢筋安装时间相同；其工效差别主要体现在模板安装拆卸工序上。工效指标辊模最高，翻模最低，爬模和悬臂模相当。

3.3 安全性对比

根据本项目施工情况，对四种施工工艺的安全性及适用性进行对比分析，具体情况见表5。

表5 不同施工工艺安全性指标对比

经过对比，爬模和辊模施工安全性最好，适应范围广；翻模及悬臂施工，安全性较差，施工范围受限制要求，其安全风险的差别主要存在于模板安拆环节。

3.4 经济性对比

3.4.1 模架购置费及单方混凝土费用对比

以一个60 m高的等截面空心薄壁墩为例，分别计算四种工艺的费用情况。空心墩横断面尺寸为6.75 m×3.0 m、壁厚0.7 m，墩顶及墩底各有1.5 m的实心段，整墩混凝土744.18 m3。其一个标准断面面积为11.99 m2，翻模、爬模及悬臂模每次浇筑4.5 m(53.96 m3)。经统计计算各个工艺对应的模板购置费用以及施工过程中产生费用见表6。

表6 不同施工工艺施工过程费用对比

由表6可以看出，翻模、辊模及悬臂模的模板购置费用基本相同，液压爬模的模板购置费用较高；在施工过程中，爬模产生的费用较翻模、辊模和悬臂模板低，翻模施工过程中费用最高。

3.4.2 模架残值及模架净消耗费用对比

根据现场统计计算，上述截面尺寸空心墩模架中的钢材重量分别为：翻模(6.75 m高的内外模板)约30 t，辊模约6.2 t，悬臂架体约16.24 t，爬模架体约26 t。废铁按照2 200元/t计算，其各工艺模架净消耗费用具体见表7。

表7 不同工艺模架购置费、残值及净消耗费用对比 万元

对比表6与表7，可以看出：爬模模架净消耗最大，但对应施工过程中单方混凝土费用最低；翻模模架净消耗最小，对应施工过程中单方混凝土费用最高，理论上说明各个工艺施工的混凝土方量与所产生总费用之间的经济性存在一个临界平衡点。

3.4.3 各工艺之间经济平衡点对比

各种工艺之间经济平衡点对比具体见表8。

表8 不同工艺之间经济平衡点对比

从表8可以分析出，在等截面空心薄壁墩施工中，不同方量的混凝土对应的经济性排序具体见表9。

表9 不同工艺不同工程量范围下的经济性排序

从表9可以看出，由于各个工艺的工装费用、工装残值以及施工过程中单方成本的不同，导致其综合总费用随施工方量的增加，呈现规律性的变化。在不同项目中高墩施工工法的选择在经济方面考虑时，一定要结合总的工程方量，综合考虑分析每一套模架的施工方量。

3.4.4 简要例举

同样以等截面尺寸为6.75 m×3.0 m，壁厚0.7 m、墩高为45 m的空心墩，平均到单套模架的混凝土量为800 m3为例，简要说明经济比较过程。

(1)采用翻模施工，合计总的费用为：261.9元/m3×800 m3+205 000元-66 000元=348 520元。

(2)采用悬臂模施工，合计总的费用为：(177 256+210 000-35 728)元=351 528元。

(3)采用辊模施工，合计总的费用为：(175 544+210 000-13 640)元=371 904元。

(4)采用爬模施工，合计总的费用为：(166 376+340 000-57 200)元=449 176元。

即四种工艺的施工经济性由优到差依次是：翻模法、悬臂模法、辊模法、爬模法，按照经济合理性选择翻模法施工。

4 结束语

高墩施工中的工期、质量、安全和成本除与选择的工艺密切相关外，还与外部施工条件、现场组织管理水平有很大关系。墨临高速在施工过程中受温度、大风、雨雾、现场运输便道等外界因素影响，现场通过加强施工组织管理水平，才能更加充分发挥工艺优势。

墨临高速公路项目对超过60 m的高墩采用液压自爬模施工。个别位于架梁通道上偏僻高墩采用了辊模和滑模施工，以排除架梁通道上的拦路虎。对于其它一般高墩，各标段根据自己的工期及剩余工作量，采用翻模和悬臂模施工。通过对墨临高速公路项目高墩施工不同工艺的对比分析，建议大家今后选择高墩施工方案时可参考以下3点建议：

(1)当墩身高度在40～50 m，模板周转次数少、施工时间又充裕时，从经济性方面考虑，宜首选翻模施工法，其次，选择悬臂模施工法。

(2)对位于偏僻山区的高墩，工期又十分紧张时，宜首选滑模、辊模施工法，此法施工速度快，工效高，可解决工期问题。

(3)当墩身高度超过60～70 m，且工期合适时，宜首选液压爬模施工法，其次选择辊模施工法，不宜选择翻模和悬臂模施工法。