液压滑模施工技术在高速公路桥梁高墩台施工中的应用

杨学

摘 要：文章在分析高速公路桥梁高墩台施工特点和滑模施工技术优势的基础上，以某高速公路桥梁为研究背景，分析了高墩台滑模施工技术的具体应用。从滑模结构组成设计、提升系统设计、液压系统设计以及千斤顶数量确定等方面研究了液压滑模系统结构设计，最后分析了桥梁高墩台滑模施工方法和施工注意事项。

关键词：公路桥梁 高墩台 滑模施工 结构设计 工艺应用

1 高墩台施工特点

桥梁高墩台结构是桥梁结构的重要组成部分，高墩台的施工质量对桥梁结构的安全稳定性有着举足轻重的作用，高墩台施工质量控制要求较高。桥梁高墩台结构的施工技术要求主要有以下几方面的特点。1）测量精度高。桥梁高墩台施工对测量精度要求高，但是由于桥梁高墩台具有重心较高、墩台截面却相对较小以及墩台自身柔度较大的特点，在施工过程中其测量精度较难控制。2）桥梁高墩台施工设备投入大。桥梁高墩台施工有翻模法、滑模法等施工方法，拿本文研究的液压滑模法为例，在施工过程中需要投入液压滑模设备、汽车吊、重型卡車等辅助设备，大部分项目实际施工中工期都压缩的很紧，通常需要投入多套液压滑模设备及其施工配套辅助设备[1]。3）高墩台对施工接缝质量要求高。桥梁高墩台除了承受桥梁上部结构自身重力和桥面行车动荷载外，还需要承受桥梁结构传递的扭矩和弯矩，这对高墩台的整体性和柔性提出了较高要求，施工接缝是桥梁高墩台整体性的一部分，所以施工过程中必须采取措施防止接缝处开裂。4）基于桥梁工程施工场地的特殊性，留给高墩台的施工空间相对较小，在较小的施工空间内需要高效调度各类大型施工机械设备，让各种机械设备无缝衔接、高效安全的完成高墩台施工，对施工现场技术管理人员和机械设备调度人员来说都提出了较大挑战。5）桥梁高墩台施工受外部环境影响较大。桥梁高墩台施工项目所在地通常是洼地、沟壑等地势较低处，当施工过程中遇到降雨大风天气时，对高墩台施工机械设备和施工人员造成了较大的安全隐患。所以，在制定桥梁高墩台施工方案时，要将天气因素考虑在内，根据施工项目所在地的气候条件作出科学合理的施工计划。

2 液压滑模施工技术的优势

2.1 有效提升桥梁高墩台施工的安全性

采用液压滑模施工技术对桥梁高墩台施工前，需要对支撑杆结构和门架结构进行数学建模验算，验证支撑杆结构和门架结构的安全性，验算合格后的支撑系统在使用过程中，可以有效提升模板的整体稳定性。在保证结构整体稳定性的前提下，在液压滑模施工过程中要对关键部件做好防腐措施，对提升液压滑模施工的安全性有较大的促进作用。

2.2 有效提升桥梁高墩台施工速度

采用液压滑模施工技术对桥梁高墩台施工，高墩台施工用混凝土可以采用干硬性混凝土，可以提升高墩台结构的耐久性，提升墩台施工质量的同时还可以有效提升施工速度。液压滑模施工技术可以提升高墩台施工速度的主要原因是滑模施工技术不设置水平施工缝且滑模施工技术对辅助材料消耗用量较少，减少了辅助材料的垂直运输时间，继而有效的提升了施工速度[2]。

2.3 提升桥梁高墩台施工的环保性

相对其他传统施工方法来说，采用液压滑模施工技术对桥梁高墩台施工，可以有效减少大量机械设备的一次性投入，降低与机械设备相配套的辅助材料的消耗量，继而达到了控制工程施工中废气废料的产生量，充分降低施工成本的同时也增加了桥梁高墩台施工的环保性。

3 工程案例简介

某高速公路桥梁设计全长262m，桥面总宽度设计值为24.2m，高速公路桥梁的墩台总数为14个，其中墩台高度超过13m的有6个，墩台高度最高为16m，墩身界面尺寸为6.6m×3.4m，混凝土等级为C40。该高速公路桥梁的所有墩台都处于低洼区域，低洼区域无河流和积水。该高速公路桥梁高墩台施工采用液压滑模施工技术，建设单位要求赶工期，施工单位在保证桥梁高墩台施工质量不受影响的情况，通过增设一套液压滑模施工装置来提升施工速度。

4 液压滑模结构设计

4.1 滑模构造设计

1）模板系统设计。滑模面板材料选用钢板制作，钢板厚度设计为6mm，钢板高度设计为1.28m，单块滑模面板设置5组型号L50mm×5mm的角钢作为加固劲肋，模板系统的定位和支撑结构采用围圈来实现，上下两个围圈的设计间距为1m，围圈采用规格尺寸为100mm×48mm×5.3mm的槽钢现场加工制作而成，围圈和刚桁架之间采用焊接作业方法进行连接。为了便于后期的脱模作业，滑模的内模采用锥度设计模式，滑模模板的上口和下口高差设计为2mm。2）滑模结构的提升系统设计。滑模结构提升系统的支撑杆件材质设计选用Q235钢制作而成，支撑杆长度为130cm，直径300mm，支撑杆之间的加长连接采用焊接模式；滑模结构的提升架是用槽钢组成的“F”型门架，“F”型门架由槽钢现场焊接制作，“F”型门架的横梁采用18#槽钢，“F”型门架的立柱选用18#槽钢制作。3）滑模结构的液压系统设计。液压系统主要有液压控制台、油管以及千斤顶组成，根据项目施工实际需求，千斤顶选用承载能力在10吨以上的HM-120型液压千斤顶，千斤顶爬生最大行程为270mm，经过设计验算完全满足该公路桥梁项目的滑模施工要求，液压控制台选用YKT-56型，通过油路系统与千斤顶相连。4）滑模结构的操作平台设计。操作平台支撑结构采用桁架梁结构，桁架采用角钢焊接制作而成，角钢规格选用边宽（56mm）×边厚（4mm）和边宽（70mm）×边厚（8mm）两种规格。支撑桁架两端的外侧三角撑长度伸出桁架0.5m，在桁架顶面满铺厚度为5cm的脚手板，主操作平台一侧的辅助工作平台采用钢板和木板混合结构制作，钢木结构设计为吊架形式，吊杆采用直径为20mm的圆钢，圆钢布置间距设计为2.5m，辅助平台的架体总宽度为80cm，在架体上满铺厚度为3cm脚手板，辅助平台架体外侧设置高度为80cm的防护栏杆[3]。

4.2 液压千斤顶数量确定

4.2.1 液压滑模系统竖向总荷载确定

滑模竖向荷载的来源包括滑模滑升阻力、墩台施工荷载以及滑模系统自身重量，其计算公式为如下：

式中：W总——滑模系统承受的竖向总荷载（t）;

W阻——滑升阻力（t）;

W施——施工总荷载（t）;

W自——施工总荷载（t）。

上述计算公式W阻中的滑模单位面积滑升阻力根据施工经验和相关规范按照0.2t/m2考虑，滑升阻力附加系数取值1.5，根据模板高度和墩身界面尺寸计算模板与混凝土接触面积为：（6.6m+3.4m）×2×1.28m=25.6m2，故W阻=25.6m2×0.2t/m2×1.5=7.68t。W施主要包括施工用钢筋重量、钢管重量、电焊机重量、振捣棒重量、滑模设备重量以及施工操作员重量，根据施工经验保守估计5.5t。W自主要包括钢板重量、槽钢重量、角钢重量以及各类木板重量，根据施工经验保守估计9.5t。施工用钢筋重量、钢管重量、电焊机重量、振捣棒重量、滑模设备重量以及施工操作员重量，根据施工经验保守估计5.5吨。故液压滑模系统竖向总荷载W总=7.68t+5.5t+9.5t=22.68t。

4.2.2 滑模系统支撑杆允许承载力确定

支撑杆允许承载力计算公式如下：

式中：P——支撑杆承载力（t）;

α——整体式液压控制台工作系数，取值0.7;

E——支撑杆弹性模量（KN/cm2）

I——支撑杆截面惯性矩（cm4）;

L0——砼面上表面到千斤顶卡头之间距离（cm）;

K——施工安全系数，取值2.0。

上述计算公式中，支撑杆材质为Q235钢，其弹性模量为2.1×104KN/cm3，支撑杆直径为3.0cm，I=πd4/64≈3.97cm4，计算L0值将千斤顶上下卡头距离按施工经验值考虑为6cm，则砼面上表面到千斤顶卡头之间距离=（130-6）=124cm。最终计算出支撑杆件的容许承载力值为P=（0.7×40×2.1×104KN/cm2×

3.97cm4）/2.0×（124+95）2=24.34KN（结果保留两位小数），换算成吨约等于2.48t，本项目使用的HM-120型液压千斤顶的额定承载力为120KN，计算承载力时取额定承载力的一半即60KN计算，其承载力为60×0.102=6.12t。

4.2.3 滑模系统液压千斤顶数量确定

液压千斤顶数量计算公式如下：

式中：W总——滑模系统承受的竖向总荷载（t）;

P——支撑杆允许承载力（t，在支撑杆承载力和千斤顶承载之间取小值）;

C——荷载不均匀分布系数，取0.8;

N——千斤顶数量。

将上述计算入去代入公式可计算出N值，N=22.68t÷2.48÷0.8=11.43，根据施工现场千斤顶对称布置原则，千斤顶数值取偶数，故现场需要布置12台千斤顶。

5 高墩台滑模施工

1）滑模组装。将墩台基础面凿毛清洗干净且不留积水后，进行横向钢筋的绑扎。然后搭设枕木垛，安装滑模系统的提升和操作平台。2）滑模提升。将滑模提升到一定高度后，撤掉枕木垛，然后安装滑模其他设备，继续提升滑模到一定高度后，再继续安装外吊脚手架以及其他装置。3）混凝土浇筑。本公路桥梁的高墩台施工混凝土选用坍落度为8cm作用的干硬混凝土，浇筑时采取分层且均匀浇筑原则，煤层浇筑厚度为20cm，当浇筑面距离模板上边缘距离在15cm左右时立即停止浇筑，这个要求是为了确保混凝土浆液不会溢出滑模，浇筑的同时即进行混凝土振捣工作，振捣本层浇筑混凝土时，插入下层混凝土面的深度不可超过5cm，振捣棒不能碰到钢筋和预埋件。4）滑模提升。滑模提升总共分为初升，正常阶段滑升以及停止滑升三个阶段。初升阶段的混凝土分3层浇筑，浇筑厚度控制在60cm左右，此过程大概需要4h，然后将滑模慢慢提升5cm，并检查混凝土浆液情况判断其是否具备出模标准，达到出模标准后继续提升4个千斤顶行程高度，提升结束后对整个滑模系统进行全面检查。正常滑升阶段应浇筑一层达到滑升条件后就要提升一次，确保提升高度与上一次的浇筑高度相符，根据现场施工情况判定浇筑和提升速度控制在20cm/h为宜，每次滑模的提升高度控制在30cm以下。停止滑升阶段要紧盯滑模与高墩台设计标高，当二者间距在1m左右时，立即停止滑模提升，然后进行标高测量和局部找平，确保高墩台的标高与设计标高误差在规范要求范围内。

6 液压滑模施工过程应注意事项

1）确保滑模钢板的质量满足要求。混凝土浇筑过程中，在混凝土重量和混凝土浇筑冲击力的作用下的，滑模钢板会发生挠曲变形，规范要求模板的最大挠度数值要小于支点间距的千分之一，所以在选择滑模钢板类型时，要结合理论计算数值和施工现场试验情况综合确定。2）千斤顶和滑模接头顶杆的确定。首先要明确的是滑模顶杆和千斤顶在数量上是一致的，要确定顶杆的承载能力和千斤顶的最大承载力基本保持一致，顶杆采用均匀布置原则，千斤顶也需同样采用均匀布置原则，如果施工过程中发现局部荷载较大时，可以采用集中布置形式代替均匀分布布置。顶杆和千斤顶的数量可以通过计算确定，但是切莫只考虑计算结果来确定数量，要将计算数量与施工现场实际情况来综合确定千斤顶和顶杆数量。3）垂直度和和水平度控制注意事项。在桥梁高墩台滑模施工过程中，如果千斤顶爬升不同步、混凝土没有严格按照分层均匀浇筑措施进行浇筑以及施工荷载分布不均等因素都会造成桥梁高墩台在施工过程中发生偏移的质量缺陷，所以在施工过程中要对高墩台垂直度和水平对进行勤量勤测，根据测量结果进行及时纠偏和修正。在施工中，滑模升高1m就需要进行全方位的观测和校正，如果出偏移情况，立即停止施工并查找原因，并制定纠偏措施。此外，纠偏过程中要分多次进行纠偏，直至校正合格。4）施工期间针对极端天气的处理措施。如果施工过程中遇到了暴雨、温度骤降或者酷暑等极端天气，要停止施工作业，停止施工作业前要确保最后一层滑膜被浇筑且振捣完毕。停止施工后，间隔1h就要微微提升一下滑模，防止滑模与混凝土面生粘结。5）安全保证措施。操作人员主要集中在操作平台，所以操作平台的倾斜度一定要控制1%以内，所有施工人员必须正确佩戴安全帽。丝扣接头紧固，随时检查垂直运输机运行状态，液压滑模拆除作业前要进行三级安全交底，对拆除人员进行安全技术培训，培训合格后方可进行拆除作业。

7 结语

液压滑模施工技术应用的关键是模板组装、提升系统设计和脱模强度的判断，也和现场施工人员认真严谨的施工态度密不可分。该公路桥梁高墩台应用液压滑模施工技术后的施工质量经过检测后，完全符合规范设计要求，而且施工进度较快，比合同约定工期提前了一周，而且施工成本控制良好，取得较好的社会效益和经济效益。

参考文献：

[1]郝风朝.桥梁高墩滑模结构设计研究[J].交通世界. 2023（21）：149-151.

[2]吴喜民.高墩桥梁滑模施工技术应用要点探讨[J].交通世界. 2022（33）：132-134.

[3]程召华.桥梁施工中液压滑模施工技术的应用分析[J].运输经理世界. 2023（36）：89-91.

[4]郝風朝.桥梁高墩滑模结构设计研究[J].交通世界. 2023（21）：149-151.