桥梁高墩施工技术探讨

郭卫琦

(山西省交通建设质量安全监督局，山西太原 030006)

近年来，我国加快推进交通运输基础设施建设，总体建设规模持续扩大，交通运输基础设施建设进入了新一轮大发展、大建设时期。在建项目中山区公路、深水和远海工程项目增多，公路桥隧工程比例增大。为保证平面线形、纵坡等设计指标满足高等级公路要求，许多项目设计中高墩桥梁数量增多，墩高加大。桥梁墩柱增高无疑加大了施工难度，对施工工艺提出更高的要求。为了更好地解决高墩施工遇到的问题，采用适宜的高墩施工方法，本文针对现在工程建设主要采用的三种高墩施工技术进行了分析，与大家共同进行探讨。

现行高墩施工方法主要有三种:翻模、滑模和爬模施工。现以墩柱尺寸为5.5 m×2.5 m的等截面矩形高墩柱为例加以阐述。

1 无支架翻模施工

1.1 主要构成

由模板系统、无支架施工平台、吊装设备、附属设备组成。吊装设备可采取吊车或塔吊。

1.2 施工工艺及施工要点

1)施工工艺:墩身模板采用组合型大型钢模板，每个墩柱使用4套钢模板，每套模板高度为2.25 m，一次翻模浇筑高度为4.5 m。以墩身作为模板支撑主体，拉杆作为模板挂点，上层模板支撑在下层模板上。浇筑完首节墩柱混凝土后，上部两层模板作为承载底模，下部两节模板作为另一幅墩柱的翻模，左右墩柱交替翻模施工，直至墩身完成。模板上设施工平台，工作平台与墩身模板焊接为一体，为墩身施工人员提供作业平台。

2)施工控制要点:a.测量控制:墩柱平面控制测量采用三维坐标法，将全站仪架设到桥梁施工控制点，直接测定墩柱四角点三维坐标，并现场用钢尺校核，保证墩柱平面位置准确。采用全站仪三角高程法控制墩柱标高，采用水准仪测量进行校核。模板竖直度采用重锤法校核，并用激光铅垂仪校正。b.为保证墩身混凝土外观质量，首先进行模板预拼装，检查模板各部分尺寸、模板接缝及平整度。模板试拼完后进行试验墩浇筑，根据试验墩的浇筑控制及试验墩外观质量总结经验，对试验墩出现的情况进行分析，为墩身施工奠定基础。c.墩身施工中，每节墩身模板位置和竖直度要用全站仪和垂球、铅垂仪进行严格的检验，墩身竖直度要求当H≤30 m时，为H/1500且不大于20 mm，H＞30 m时，为H/3000且不大于30 mm(H为墩身高度)。d.混凝土应分层浇筑，每层约30 cm，混凝土运输采用罐车，垂直运输采用输送泵，泵管最后一节采用软管，混凝土垂直下落距离不大于2 m。采用插入式振捣器进行振捣，振捣顺序:先振捣角隅，再从边部向中间振捣，振捣器插入下层5 cm～10 cm，保证上下层混凝土的连续。e.模板对拉螺杆需采取双螺栓加固，混凝土浇筑过程要有专职木工看护，防止螺栓松动导致跑模影响混凝土质量。f.上翻模板操作前，需通过计算，准确找到每块模板的重心，翻升时，在模板重心位置挂钩起吊，以避免起吊模板时，碰撞上层模板而翻转倾斜，造成危险，同时给顶部落模、立模造成不便。g.为解决翻模分节施工出现接缝错台、水泥浆下漏等问题，影响墩身外观需采取三个防范措施。其一，在最上节模板距模板顶30 cm设置一层拉杆，在浇筑下一节段墩身混凝土前，将此层拉杆再次紧固，减少混凝土与模板间的缝隙;其二，在缝隙产生后，用原子灰将水泥浆制成细条状封堵缝隙。同时在浇筑最初几盘混凝土时，适当减少坍落度;其三，为事后处理措施，即在翻模后，清除粘附在墩身上的水泥残浆，并用水清洗。h.混凝土的养护:由于无支架翻模施工的特点，采用传统的塑料薄膜包裹养护作业困难，且不安全，使用喷淋养护，受到墩身高度及风力的影响，喷淋水无法有效的喷洒到墩身混凝土表面。综合考虑，采用涂刷混凝土养护剂的方法进行养护。养护剂采用经过实践验证的产品，应保证不影响混凝土的外观及色泽统一。

1.3 翻模施工优缺点

1)优点:a.工艺简单、操作方便，可以采用汽车吊配合翻模施工，机械使用灵活，利用率高，成本低。b.人员上下作业安装附着式爬梯，安全稳固，节省人工，节约施工成本，提高了工作效率。无支架施工平台与模板设计为一个整体，随模板提升，无需搭设脚手架平台。c.每个桥墩左右幅墩身模板、钢筋、混凝土工序流水作业，提高了施工工效。不需要连续作业，中间可以停顿。d.模板数量少，利用率高，且便于及时清理、整修。混凝土平整密实、外表面光滑平顺。能够逐级校正墩身的施工误差，误差不积累。

2)缺点:如果墩柱过高时，必须采用塔吊配合施工，灵活性下降，且增加了施工成本。塔吊施工过程中必须配备大型起重系统，自身没有起重系统;对于墩身特别高而数量很少的情况没有明显的优势。

2 滑模施工

2.1 结构组成

滑模装置组成为:模板系统、提升系统、操作平台、液压系统、辅助系统。

2.2 施工工艺及施工要点

1)滑模施工工艺。墩身采用滑模法分节施工，墩旁塔吊辅助作业。滑模为整体式桁架结构，采用自身液压千斤顶自主完成向上爬升。

2)施工控制要点:a.测量控制:滑模在滑升过程中，受各种不均匀力影响，模板体系易发生偏移。为方便及时地观察模板体系偏移，在四面中心或四角设4根重锤线，每滑升30 cm及时检查重锤线相对于初始混凝土或基线的位移，并用激光铅垂仪进行校正。每向上滑升2.1 m，使用全站仪投点法观测一次，发现偏差及时纠正，保证变形在2 cm内。滑升过程中，通过调整千斤顶高差逐渐完成自身纠偏。滑模水平控制:一是利用千斤顶的同步器进行水平控制，二是利用水准管测量，进行水平检查。b.模板初次滑升要缓慢进行，并在此过程中对提升系统、液压控制系统、操作平台及模板变形情况进行全面检查，发现问题及时处理。c.严格分层对称浇筑混凝土，采用插入式振捣器振捣，避免碰撞支撑杆及模板，振捣器插入下层混凝土内50 mm～100 mm，模板滑升时停止振捣。根据气温等实际情况，正滑升间隔1.5 h～2 h，控制滑升高度30 cm，日滑升高度控制在3 m～5 m左右。d.施工进入正常浇筑和滑升时，应尽量保持连续施工，其他各工序作业均应在限定时间内完成，不得以停滑或减缓滑速来迁就其他作业。e.设专人观察和分析混凝土表面情况，并确定合理的滑升速度和分层浇筑厚度。底层30 cm混凝土强度达到2.5 MPa，且能保证其表面及棱角不至因模板滑升受损时，滑模方可爬升。因故停止浇筑混凝土超过2 h，应采取紧急停滑措施，并对停工造成的施工缝按规范进行处理。f.滑升过程中有专人检查千斤顶的情况，观察支撑杆上的压痕和受力状态是否正常，检查滑模中心线及操作平台的水平度。混凝土滑模爬升后的外露混凝土表面应及时进行原浆收面，采用塑料薄膜包裹养生。g.混凝土表面修整是关系到结构外表和保护层质量的工序，当混凝土脱模后，须立即进行此项工作。为使已浇筑的混凝土具有适宜的硬化条件，减少裂缝，在辅助工作平台上设洒水管喷水对混凝土进行养护。

2.3 滑模工艺优缺点

1)优点:a.模板用量少，周转材料少。b.作业周期短，施工速度快。c.施工人员、机械设备投入少，施工成本低。

2)缺点:a.混凝土表面需要二次抹面成型，混凝土外观质量不易控制。b.墩柱竖直度较难控制，施工中若发生偏斜，则难以纠正，影响墩身的施工精度。

3 爬模施工

3.1 主要构成

由液压爬升体系、模板体系和工作平台体系组成。

1)模板:每节混凝土浇筑标准高度为4.5 m，为防止漏浆，每次浇筑时模板下包100 mm且在已浇筑好的结构顶部边缘与模板间粘贴双面胶;为防止混凝土从模板上端溢出，模板上悬50 mm，故模板实际设计高度为4.65 m。

爬模总体构造见图1。

图1 爬模总体构造图

2)爬升机构:爬升机构有自动导向、液压升降、自动复位的锁定机构，能实现架体与导轨互爬的功能。

3)模板调节系统由架体、悬挂导链，横向调节螺旋杆和钢板加工而成。模板通过导链悬挂于架体上，并由导链通过滑车和滚轮在架体的悬挂梁上可进行向内或向外滑动。支模时，滑车向待浇混凝土面滑动，使模板靠近待浇混凝土表面，安装上、下横向调节螺旋杆，在专职人员指挥下，对模板进行精细调整;拆模时，调节横向螺旋杆，拉出模板，拆除横向调节螺旋杆，导链滑车向远离混凝土表面运行，拉开模板离混凝土表面一定距离，进行模板清理及维护工作。另外通过调整导链悬挂高度还可对模板标高进行调整。

4)工作平台体系:工作平台共分4层，两个上部工作平台(1，2层)、一个主工作平台(3层)、一个下部工作平台(4层)。主工作平台用于调节和支立外侧模，1，2平台用于绑扎钢筋和浇筑混凝土，3层平台主要用于爬升操作，4层平台用于拆卸锚固件和混凝土修饰。工作平台划分如图2所示。

图2 工作平台划分图

3.2 施工工艺及施工要点

1)液压爬模工艺:自爬模的顶升运动通过液压油缸对导轨和爬架交替顶升来实现。导轨和爬模架互不关联，二者之间可进行相对运动。当爬模架工作时，导轨和爬模架都支撑在埋件支座上，两者之间无相对运动。退模后立即在退模留下的爬锥上安装受力螺栓、挂座体及埋件支座，调整上、下换向盒棘爪方向来顶升导轨，待导轨顶升到位，就位于该埋件支座上后，操作人员立即转到下平台拆除导轨提升后露出的位于下平台处的埋件支座、爬锥等。在解除爬模架上所有拉结之后就可以开始顶升爬模架，这时候导轨保持不动，调整上下棘爪方向后启动油缸，爬模架就相对于导轨运动，通过导轨和爬模架这种交替附墙，互为提升对方，爬模架即可沿着墙体上预留爬锥逐层提升。

液压爬模爬升流程:混凝土浇筑完后→拆模后移→安装附属装置→提升导轨→爬升架体→绑扎钢筋→模板清理刷脱模剂→埋件固定模板上→合模→浇筑混凝土。

2)爬模施工控制要点:a.在正式墩身混凝土施工前，应对模板进行试验，检验模板刚度能否达到规范及施工要求，混凝土表面光洁度是否满足要求。b.混凝土运输采用罐车运输，泵送入模，泵管最后一节采用塑料软管，便于布料。混凝土分层浇筑，每层控制30 cm。c.在首节混凝土达到20 MPa后，再安装爬架系统。d.爬模施工需注意安装各类预埋件位置准确，无遗漏。e.液压爬模拆除:液压爬模浇筑完最后一节墩身后在墩顶上解体，由塔吊配合下放至地面。选择经过培训合格的专业人员进行指挥和拆除作业。液压爬模拆除顺序:后移模板并吊走模板→整体拆除后移支架，落地后拆分→提升导轨并吊走→拆除液压配件→将爬架三脚架按单元整体吊下，落地后拆分。

3.3 爬模施工优缺点

1)优点:a.模板爬升较吊车翻模提升、就位易控制中心线，安全、可靠(特别是大风季节)。由于模板能自爬，减少了施工中的起重运输机械的工作量。b.混凝土平整、密实、外观质量好。模板便于及时清理、整修。c.模板提升就位时间短，节约工时，提高工效。可以控制两墩对称、同步爬升。d.可以配置4个工作平台，安全、高效。节省了施工脚手架，带来较好的经济效益。

2)缺点:爬模施工工艺较为复杂，所用设备较多，模板系统造价较高。目前，国内高墩施工主要采用以上三种施工工艺，三种方法各有利弊，适用范围也各不相同。墩柱较低时，采用翻模施工较为合理，墩柱高时，可采用滑模或爬模施工。墩高100 m以上时，采用爬模施工较为适宜。