桥梁高墩身滑模施工技术

1工程概况

江西京福高速公路桃木岭高架桥全长808 m,设21个墩台,左右幅分离式设计,桥面宽24.5 m。大桥下部结构为挖孔灌注桩基础,实体或空心薄壁

墩身,上部结构为7×40 m+13×40 m单箱单室直腹板双向预应力水泥混凝土刚构-连续梁组合体系。大桥墩身共有38座,其中高度大于30 m的就

有23座,最高为83 m,号称“江西第一墩”。9#～17#墩为钢筋水泥混凝土等截面空心墩,总延米1033.2m,平均高度57.4 m,C40水泥混凝土10 431 m3,钢筋2 725 t,墩身截面尺寸为6 m×3 m或6 m×3.5 m,薄壁厚度50 cm。综合考虑经济、安全、技术等各项指标,通过墩身施工方法(有翻模、爬模、顶升模板、滑动模板等)的比选,为满足工期要求,高墩身采用液压滑升模板(以下简称“滑模”)施工技术。 2工艺原理及结构体系组成 2.1滑模施工工艺原理[1-3]

滑模施工就是将滑升模板的全部施工荷载转至墩身钢筋(称之为支承杆)上,水泥混凝土浇筑至一定强度后,通过自身液压提升系统将整个装置沿

支承杆上滑,调整后又继续浇筑水泥混凝土并不断循环的一个过程。由于其施工具有工业化程度较高、施工进度快、结构整体性好、安全系数高、操作方便等特点,广泛运用于桥梁高墩施工中。 2.2结构体系组成

滑模装置由模板系统、操作平台系统、液压提升系统和垂直运输系统4大部分组成,其主要结构部件如图1所示。

图1滑模装置布置示意图(单位:cm) 2.2.1模板系统

模板系统由模板、围圈、提升架及其他附属配件组成。在施工中主要承受水泥混凝土的侧压力、冲击力和滑升时的摩阻力及模板滑空、纠偏等产生的附加荷载,单块最大截面为1.0 m×1.25 m。模板通过围圈与提升架连成一体。提升架是安装千斤顶,并与围圈、模板连接成整体的主要部件,其主要作用是控制模板、围圈因水泥混凝土的侧压力和冲击力而产生的侧向变位,将模板系统和操作平台系统连成一体,并将全部荷载传递给千斤顶和支承杆。整套滑模装置设提升架14榀。 2.2.2操作平台系统

操作平台系统主要包括操作平台和吊脚手架是供材料、工具、设备堆放和施工人员进行操作的场所。主操作平台分内外两部分,外侧设置安全防

护栏杆,由于承受的荷载基本上是动荷载,且变化幅度较大,应安放平稳、牢靠。吊脚手架主要用于检查水泥混凝土质量和表面修饰,调整和拆除模板引测轴线、高程等到工作。 2.2.3液压提升系统

液压提升系统由支承杆、千斤顶、液压控制系统和油路等组成,它承担全部滑升模板系统的施工荷载。该系统的工作原理是:由电动机带动高压油泵,将油液通过换向阀、分油器、截止阀和管路,输送到各千斤顶。在不断供油、回油的过程中,使千斤顶活塞不断地压缩、复位,将全部滑升模板装置向上提升到需要高度。支承杆是千斤顶向上爬升的轨道,又是滑升模板装置的承重支柱,承受着施工过程中的全部荷载。本滑模装置采用Φ28钢筋作为支承杆,其长度一般为4～6 m,支承杆接长时相邻的接头应相互错开,在同一标高上的接头数量不超过25%,以防上接点过分集中而削弱滑模结构的支承能力。 液压滑升模板采用单向作用楔块式千斤顶,这种千斤顶加工简单、卡头下滑小,用四瓣楔块卡紧支承杆,为多条线接触,不致使接触处出现应力集中、锁紧能力强、无“回降”现象。施工时,最大竖向荷载约31 t,每榀提升架上设2个千斤顶,整套装置设置28台额定起重量为1.5 t的千斤顶。 2.2.4垂直运输系统

垂直运输系统是人员、材料上下的通道,它由卷扬系统、吊笼、井字架、独脚扒杆等组成。每套滑模装置设置4套卷扬系统,在墩前、后方向各设一吊笼,供人员、水泥混凝土上下,沿墩横向设置独脚扒杆,用于钢筋吊装。 3滑模施工工艺 3.1滑模拼装

滑模拼装较为简单,由于各组成构件重量较轻,安装时由人工或其自身简易提吊设备配合,在已竣工的承台上安装即可。其安装顺序一般先形成

骨架后再完善细部,当模板滑升到一定高度时(一般为3 m左右),安装内外吊脚手架。 3.2初滑

初滑在滑模拼装验收合格后首次灌筑水泥混凝土时进行,按普通水泥混凝土要求依次浇筑至与模板平齐,这期间根据灌注时间、速度和水泥混凝

土强度等情况,考虑是否提升1～2次,每次提升1～2个行程(每行程3 cm),以免造成出模强度偏大,滑升困难。

如何控制好水泥混凝土的出模强度是滑模施工的关键技术之一,也是确保结构水泥混凝土质量的必要条件。出模的强度过小,会使结构水泥混凝

土流坠、跑浆、坍塌;出模时水泥混凝土强度过高,会使结构水泥混凝土出现拉裂、划痕、疏松、不密实、不美观等现象。按照《液压滑动模板施工技术规范》要求,水泥混凝土出模强度宜控制在0.2～0.4MPa。根据对现场水泥混凝土拌合物成型后1 h、2 h、3 h、4 h、6 h的强度测试,正常气温(20℃±2℃)下,3～4 h后水泥混凝土强度可达到0.25～0.41 MPa,此时,若用大拇指去摁水泥混凝土表面,

表面有轻微痕迹但不下陷,水泥混凝土表面砂浆不沾手,滑升时有“沙沙”的摩擦声,在现场施工时,可采用上述经验方法来确定水泥混凝土出模强度。 3.3滑升

完成初滑后,即可进入正常滑升。正常滑升阶段,每次浇筑水泥混凝土高度30 cm,每次提升高度不大于30 cm,并严格控制滑升速度。正常滑升程序为:浇筑水泥混凝土→水泥混凝土达出模强度→松柔道→提升操作平台→校正→紧柔道→浇筑水泥混凝土→绑扎钢筋。

滑模装置通过支承杆上的千斤顶不断向上滑升,滑升过程中,内外模与已浇筑的水泥混凝土表面摩擦,势必会造成水泥混凝土表面粗糙不光滑,

有的地方甚至会有划痕,故在模板提升后,出模部分水泥混凝土表面必须再次收浆压光,压光时需要的浆液采用上面水泥混凝土振捣漏流下的水泥混凝土浆体。

墩身主筋一般每节高为6 m,钢筋连接采用A级等强度钢筋机械直螺纹套筒接头。 3.4横隔板施工工艺

为保证墩身整体稳定性,空心墩身每隔10 m设置一道1 m厚的横隔板。故施工至横隔板时,需将内模、内吊脚手架等拆除,安装底模,浇筑横隔板,然后重新安装内模、内吊脚手架。 3.5滑模拆除

通过不断的滑升循环施工,至墩顶后,即可拆除滑模。因桥墩不设爬梯,滑模拆除后,无上下通道,故滑模拆除前必须慎重,尤其是最后一批人员

如何返回地面,尤为重要。滑模装置拆除顺序正好同安装顺序相反,原则上先装后拆,后装先拆。为便于最后一批人员返回地面,最后采用外挂吊笼的方法进行拆除。事先在墩顶预留钢管作滑轮,最后结束时,解除吊笼、钢丝笼,钢丝绳通过卷扬机收回,如图2所示。

图2外挂吊笼示意图 3.6线形控制

高墩身滑模施工中,如何控制墩身垂直度、轴线偏位和高程非常关键。高程测量用水准仪将基准标高引测到支承杆上,以后每次用直尺向上引测标高,同时用长钢尺在已完成的墩身上引测,利用全站仪引测,3种方法相互校核,确保墩顶高程准确。轴线测量用重22 kg的线锤测中法和激光垂度仪测定法相结合,以滑升平台水平为基准,在提升架的两条轴线上引一点作为线锤校对点,每提升30 cm时,将限位器调至该装置,提升完后,观测线锤情况,结合水平基准来处理。每提升10m用激光垂度仪校核纵横轴线,确保墩身垂直度和中线偏差不积累。 4结论

滑模施工技术在该工程项目上的成功运用,显示出有如下几个特点: (1)简化了施工工序,缩短了工期,大大节约了施工成本。

高墩身采用滑模施工技术,简化了立模、拆摸等工序,能使水泥混凝土连续作业,加快了施工进度,缩短

了工期。根据对两种墩身施工比较,墩高大

于30m的空心墩,采用滑模施工尤为方便,速度大大快于其它现浇方法,初步测算,可提前工期3个月。由于采用了滑模施工技术,节省了大量的墩旁

支架、模板和起吊设备的投入,整个滑模装置简单,投入小,可大大节约成本。按平均墩高57.4 m计算,若采用翻模施工,一个墩需投入钢模板15 t,脚手架约70 t,仅此两顶就需30万元;而每套滑模设备投入约20万,同时滑模施工无需提升设备,拼装和拆除速度快、耗时短,耗工少。经初步测算,桃木岭大桥9#～17#墩共1 033.2延米,采用滑模施工较翻模施工可节约成本230万元左右。 (2)保证了高墩施工的安全。

与其它高墩施工方法相比,滑模施工技术更加安全。由于减少了高空安装和拆除模板作业,整个滑模装置荷载由提升架、支承杆等传至已浇筑的墩身水泥混凝土,保证了结构安全稳固以及施工期间的人员安全。

(3)大大提高了高墩混凝土施工质量。

由于滑模是连续作业,减少了结构施工接缝,加强了水泥混凝土的整体性,提高了水泥混凝土质量。