高墩滑模施工
采用高墩桥梁方案是道路跨越深沟宽谷时的有效措施，既可以保证线路顺畅，又可以节省投资。近些年来，滑模施工技术在我国桥梁建设中得到广泛应用。山东樵岭前特大桥为箱型混凝土连续刚构桥，其中2号主墩高62 m ，墩身采用液压滑动模板施工[1]，保证了施工质量，缩短了工期，并节省了施工费用。
1 滑模的工作原理
1.1 滑模系统的构造
滑模系统通常由提升设备、模板系统和操作平台系统及配套设备组成。
(1)、提升设备：包括提升架、顶杆、千斤顶及附属设施。提升架是一框架结构，其作用是将模板全部荷载传递给千斤顶，并将操作平台与模板系统连成整体。
顶杆是千斤顶向上爬升的轨道，亦称爬杆或支撑杆，多用直径为25 mm的Q235A 或Q27圆钢制作，其承载能力分别为10 kN和12.5 kN。顶杆位于墩壁中间，采用丝扣连接逐渐接长，在滑模施工过程中，承受全部荷载并传给基础。顶杆分为不可回收与可回收两种，前者将浇注在墩壁内，成为桥墩结构的一部分；而后者需在千斤顶横梁底部设置一套管，长度达模板底面，套管随模板同时提升，在墩壁内形成管孔，模板完成终升后拔出顶杆，完成回收，可重复使用。
千斤顶是施工过程中的起重设备，有螺旋千斤顶和液压千斤顶。实际施工中，后者应用较多。 附属设施指顶杆套管、油泵、高压油管及控制系统等。
(2)、模板系统 包括模板及模板围圈。模板一般采用薄钢板制作。为便于拼接，相邻模板之间多用螺栓连接。为了加强模板的刚度，通常在模板外侧设置纵向加劲肋和横向围圈。模板围圈是位于模板外围, 用于固定模板、保证模板形状并将模板与提升架立柱连接起来的构件。
用于无斜坡空心墩的滑模，模板围圈与提升架立柱直接连接；用于斜坡空心墩的滑模，模板围圈与提升架立柱之间需设置调节丝杆，以便沿径向移动模板。图1所示即为一种带有调节丝杆的滑模结构，在海口世纪大桥主墩施工中得到应用。
(3)、操作平台系统 包括操作平台、混凝土平台、外吊脚手架及液压操纵平台。
(4)、配套设备 主要包括混凝土拌和、运输及钢筋焊接等设备。
特别应该指出，模板系统、操作平台系统与提升架是联结在一起的整体，它们是同步滑升的。
1.2 滑模的提升原理
以油压千斤顶为例，上卡头与活塞联结，下卡头与油缸底座联结，其间为排油弹簧。当向千斤顶油缸内充油时，油缸内的活塞通过上卡头固定在顶杆上，随着缸盖与活塞之间进油量的增加，油压使缸盖连同缸筒、底座带动提升架，从而带动整个滑模系统上升，直到下卡头与上卡头接触不能再提升为止。此时模板提升告一段落，弹簧处于完全压缩状态。开通回油管路，解除油压，排油弹簧推动下卡头使其被卡在顶杆上，同时推动活塞上移并排油，使活塞回到油缸进油前的位置，从而完成一个提升循环。油泵与各千斤顶之间用高压油管连接，由操纵台统一集中控制。
顶杆一端埋置于墩台结构的混凝土中，另一端穿过千斤顶心孔，千斤顶依附在顶杆上。提升时，滑模系统的重力及其他临时施工荷载全部由顶杆承担。
2 高桥墩滑模施工工艺
2.1 滑模组装
(1)、在桥墩基础顶面上将混凝土凿毛清洗，接长竖向主筋，绑扎提升架横梁以下的横向结构筋。搭设枕木垛，定出桥墩中心线。
(2)、在枕木垛上按设计要求安装模板和提升架，将套管固定在提升架横梁下部。继续安装操作平台、千斤顶及顶杆等。顶杆需穿过千斤顶心孔到达基础顶面。
(3)、提升整个系统，撤去枕木垛，将模板下落就位，再安装其他设施。注意套管底部与基础表面要接触紧密，并用砂浆将周围围起来，以免灰浆漏进套管内。外吊脚手架应在滑模提升适当高度后安装。
2.2 浇注墩身混凝土
滑模施工宜采用低流动或半干硬性混凝土，坍落度控制在6∽8 cm。分层均匀对称浇注混凝土，分层浇注厚度为20∽30 cm，浇注后混凝土表面距模板上缘的距离宜控制在10∽15 cm。混凝土浇筑应在前一层混凝土凝结前进行，同时采用插入式振捣器进行捣固。振捣器插入前一层混凝土的深度不应超过5 cm，避免振捣器触及钢筋、顶杆和模板，禁止在模板滑升时振捣混凝土。混凝土出模强度应控制在0.2∽0.4 MPa范围内，以防止坍塌变形。出模8 h后开始养生。
2.3 滑模提升
在滑模施工的整个过程中，模板的滑升可分为初升、正常滑升和终升3个阶段。
(1)初升 最初灌注的混凝土的高度一般为60∽70 cm，分2∽3层浇注，约需3∽4 h，随后即可将模板缓慢提升5 cm，检查底层混凝土凝固的状况。若混凝土已达到0.2∽0.4 MPa的脱模强度时，可以将模板再提升3∽5个千斤顶行程。此时，应对滑模系统进行全面检查。包括提升架的垂直度和水平度是否满足要求，围圈的连接是否可靠，系统的变形是否在允许范围内，模板接缝是否严密，操作平台的水平度是否达到标准，连接螺栓是否松动，千斤顶工作是否正常，顶杆有无弯曲现象等。发现问题要及时修正和完善。
(2)正常滑升 待各项检查完毕并符合要求后，可进入正常滑升阶段。每浇注一层混凝土，即每滑升一次，力争使滑升高度与混凝土浇注厚度基本一致。在正常滑升阶段，浇注混凝土、绑扎钢筋和滑升模板交替进行。一般混凝土浇注和模板滑升速度控制在20 cm/h左右。正常滑升阶段应分多次慢慢滑升，每次连续滑升高度不宜超过30cm ，要经常停下来检查构件与设备是否正常工作。各项作业之间要紧密配合。
(3)终升 当模板滑升至离墩顶标高1 m左右时, 滑模进入终升阶段。此时应放慢滑升速度, 并进行准确的操平和找正工作, 保证最后浇注的一层混凝土顶部标高和位置准确。
(4)调节坡度 对于墩壁有斜坡的情况，在提升模板的过程中应转动调节丝杆，使桥墩侧面斜坡满足设计要求。
2.4 绑扎钢筋及竖向筋接长
模板每提升一定高度后，即要穿插进行接长顶杆及绑扎钢筋的工作。此项工作应在滑升间隔时间内完成, 以免影响施工进度。
3 滑模设计与施工中的注意事项
3.1 保证模板的刚度
模板必须具有足够的刚度抵抗施工荷载，使变形控制在允许值范围内。模板按简支板计算，其最大允许挠度一般为支点间距的1/1 000。作用在模板上的水平荷载主要是新浇筑混凝土的侧压力，其沿模板垂直方向的分布近似呈梯形，如图2所示。
3.2 合理确定顶杆和千斤顶的数量
顶杆的数量按下式确定:n = KP/N (2)式中:K为工作条件系数，对于液压千斤顶, 其值为0.8; P为顶杆承受的全部垂直荷载; N为单根顶杆的容许承载力, 其值应根据计算结果结合工程实践经验确定。 千斤顶的数量应遵循与顶杆数量相同的原则, 即一根顶杆安装1台千斤顶, 因此, 在确定顶杆与千斤顶的数量时, 应综合考虑, 使顶杆的承载能力与千斤顶大致相同。顶杆与千斤顶一般应均匀布置, 局部承受荷载较大时, 可考虑集中布置。
3.3 滑模施工的防偏与纠偏
(1)墩台垂直度的控制 在施工过程中, 要勤观测、及时防偏纠偏。产生中线偏移、水平偏移及扭转的原因主要有荷载布置不均、千斤顶爬升不同步或部分千斤顶不工作、混凝土灌注不均匀等。防偏即在施工中尽量避免上述现象发生。结构一旦产生偏扭, 即要采取纠偏措施。包括中线纠偏、模板调平和扭转纠偏。实际操作中, 每滑升1 m,就进行一次中心校正。滑升中如有偏斜, 应查明原因, 有的放矢。一般情况下可将较低一侧的千斤顶抬高2∽4 cm后逐渐纠正, 一次纠正量不宜过大, 以免产生明显的弯曲现象[3]。
(2)操作平台水平度的控制 操作平台一旦发生倾斜, 将导致顶杆弯曲、墩台结构发生偏转并使滑升困难。所以, 平台上堆料要均匀放置, 并注意均匀对称分层浇筑混凝土。还要经常做到精心观测和调整。可用水平仪观测千斤顶高差, 并在顶杆上划线标记千斤顶应滑升的高度, 在同一水平面上的千斤顶高差不能大于2 cm,相邻千斤顶的高差不能大于1 cm。
3.4 停工处理
因气候恶劣等原因, 停工有时难以避免。停工前, 混凝土要灌满模板并振捣完毕, 插入接头钢筋。停工后, 在正常气温下, 每隔1 h将模板稍微标号经试验掺入一定数量的早强剂, 促使混凝土尽快达到出模强度,
加快提升速度。
(3)混凝土外表不美观 混凝土出模后蜂窝麻面较多, 不但需要修补, 而且不美观, 造成永久遗憾。在施工中要设计好混凝土配合比, 振捣均匀密实, 掌握好脱模时间。模板在安装前, 需在表面涂润滑剂, 以减少滑升阻力, 并有利于混凝土表面光洁。
(4)顶杆弯曲 顶杆弯曲会带来严重的施工质量和安全问题。顶杆插入千斤顶时要保持垂直。顶杆接头的布置应避免集中到一个断面。顶杆的负荷要通过计算确定, 如果负荷过大或脱空距离过大时, 平台倾斜也会导致顶杆弯曲。若顶杆弯曲不大, 可通过焊接支撑构件等对其进行纠正; 若弯曲较大, 则应更换弯曲部分, 必要时换成新杆。
4 结语
滑模施工是桥梁墩台施工的先进工艺, 反应了桥梁建设发展的方向和水平。对于高桥墩施工, 一般具有施工速度快、混凝土质量好、节省工程造价的优点。施工中应正确组装模板、控制好脱模强度。同时应勤观测、勤测量, 注意预防并及时纠正滑模系统及混凝土墩身的偏斜和扭转, 及时发现滑模施工中的常见问题及掌握正确的处理方法, 确保施工顺利进行。
高墩滑模施工
采用高墩桥梁方案是道路跨越深沟宽谷时的有效措施，既可以保证线路顺畅，又可以节省投资。近些年来，滑模施工技术在我国桥梁建设中得到广泛应用。山东樵岭前特大桥为箱型混凝土连续刚构桥，其中2号主墩高62 m ，墩身采用液压滑动模板施工[1]，保证了施工质量，缩短了工期，并节省了施工费用。
1 滑模的工作原理
1.1 滑模系统的构造
滑模系统通常由提升设备、模板系统和操作平台系统及配套设备组成。
(1)、提升设备：包括提升架、顶杆、千斤顶及附属设施。提升架是一框架结构，其作用是将模板全部荷载传递给千斤顶，并将操作平台与模板系统连成整体。
顶杆是千斤顶向上爬升的轨道，亦称爬杆或支撑杆，多用直径为25 mm的Q235A 或Q27圆钢制作，其承载能力分别为10 kN和12.5 kN。顶杆位于墩壁中间，采用丝扣连接逐渐接长，在滑模施工过程中，承受全部荷载并传给基础。顶杆分为不可回收与可回收两种，前者将浇注在墩壁内，成为桥墩结构的一部分；而后者需在千斤顶横梁底部设置一套管，长度达模板底面，套管随模板同时提升，在墩壁内形成管孔，模板完成终升后拔出顶杆，完成回收，可重复使用。
千斤顶是施工过程中的起重设备，有螺旋千斤顶和液压千斤顶。实际施工中，后者应用较多。 附属设施指顶杆套管、油泵、高压油管及控制系统等。
(2)、模板系统 包括模板及模板围圈。模板一般采用薄钢板制作。为便于拼接，相邻模板之间多用螺栓连接。为了加强模板的刚度，通常在模板外侧设置纵向加劲肋和横向围圈。模板围圈是位于模板外围, 用于固定模板、保证模板形状并将模板与提升架立柱连接起来的构件。
用于无斜坡空心墩的滑模，模板围圈与提升架立柱直接连接；用于斜坡空心墩的滑模，模板围圈与提升架立柱之间需设置调节丝杆，以便沿径向移动模板。图1所示即为一种带有调节丝杆的滑模结构，在海口世纪大桥主墩施工中得到应用。
(3)、操作平台系统 包括操作平台、混凝土平台、外吊脚手架及液压操纵平台。
(4)、配套设备 主要包括混凝土拌和、运输及钢筋焊接等设备。
特别应该指出，模板系统、操作平台系统与提升架是联结在一起的整体，它们是同步滑升的。
1.2 滑模的提升原理
以油压千斤顶为例，上卡头与活塞联结，下卡头与油缸底座联结，其间为排油弹簧。当向千斤顶油缸内充油时，油缸内的活塞通过上卡头固定在顶杆上，随着缸盖与活塞之间进油量的增加，油压使缸盖连同缸筒、底座带动提升架，从而带动整个滑模系统上升，直到下卡头与上卡头接触不能再提升为止。此时模板提升告一段落，弹簧处于完全压缩状态。开通回油管路，解除油压，排油弹簧推动下卡头使其被卡在顶杆上，同时推动活塞上移并排油，使活塞回到油缸进油前的位置，从而完成一个提升循环。油泵与各千斤顶之间用高压油管连接，由操纵台统一集中控制。
顶杆一端埋置于墩台结构的混凝土中，另一端穿过千斤顶心孔，千斤顶依附在顶杆上。提升时，滑模系统的重力及其他临时施工荷载全部由顶杆承担。
2 高桥墩滑模施工工艺
2.1 滑模组装
(1)、在桥墩基础顶面上将混凝土凿毛清洗，接长竖向主筋，绑扎提升架横梁以下的横向结构筋。搭设枕木垛，定出桥墩中心线。
(2)、在枕木垛上按设计要求安装模板和提升架，将套管固定在提升架横梁下部。继续安装操作平台、千斤顶及顶杆等。顶杆需穿过千斤顶心孔到达基础顶面。
(3)、提升整个系统，撤去枕木垛，将模板下落就位，再安装其他设施。注意套管底部与基础表面要接触紧密，并用砂浆将周围围起来，以免灰浆漏进套管内。外吊脚手架应在滑模提升适当高度后安装。
2.2 浇注墩身混凝土
滑模施工宜采用低流动或半干硬性混凝土，坍落度控制在6∽8 cm。分层均匀对称浇注混凝土，分层浇注厚度为20∽30 cm，浇注后混凝土表面距模板上缘的距离宜控制在10∽15 cm。混凝土浇筑应在前一层混凝土凝结前进行，同时采用插入式振捣器进行捣固。振捣器插入前一层混凝土的深度不应超过5 cm，避免振捣器触及钢筋、顶杆和模板，禁止在模板滑升时振捣混凝土。混凝土出模强度应控制在0.2∽0.4 MPa范围内，以防止坍塌变形。出模8 h后开始养生。
2.3 滑模提升
在滑模施工的整个过程中，模板的滑升可分为初升、正常滑升和终升3个阶段。
(1)初升 最初灌注的混凝土的高度一般为60∽70 cm，分2∽3层浇注，约需3∽4 h，随后即可将模板缓慢提升5 cm，检查底层混凝土凝固的状况。若混凝土已达到0.2∽0.4 MPa的脱模强度时，可以将模板再提升3∽5个千斤顶行程。此时，应对滑模系统进行全面检查。包括提升架的垂直度和水平度是否满足要求，围圈的连接是否可靠，系统的变形是否在允许范围内，模板接缝是否严密，操作平台的水平度是否达到标准，连接螺栓是否松动，千斤顶工作是否正常，顶杆有无弯曲现象等。发现问题要及时修正和完善。
(2)正常滑升 待各项检查完毕并符合要求后，可进入正常滑升阶段。每浇注一层混凝土，即每滑升一次，力争使滑升高度与混凝土浇注厚度基本一致。在正常滑升阶段，浇注混凝土、绑扎钢筋和滑升模板交替进行。一般混凝土浇注和模板滑升速度控制在20 cm/h左右。正常滑升阶段应分多次慢慢滑升，每次连续滑升高度不宜超过30cm ，要经常停下来检查构件与设备是否正常工作。各项作业之间要紧密配合。
(3)终升 当模板滑升至离墩顶标高1 m左右时, 滑模进入终升阶段。此时应放慢滑升速度, 并进行准确的操平和找正工作, 保证最后浇注的一层混凝土顶部标高和位置准确。
(4)调节坡度 对于墩壁有斜坡的情况，在提升模板的过程中应转动调节丝杆，使桥墩侧面斜坡满足设计要求。
2.4 绑扎钢筋及竖向筋接长
模板每提升一定高度后，即要穿插进行接长顶杆及绑扎钢筋的工作。此项工作应在滑升间隔时间内完成, 以免影响施工进度。
3 滑模设计与施工中的注意事项
3.1 保证模板的刚度
模板必须具有足够的刚度抵抗施工荷载，使变形控制在允许值范围内。模板按简支板计算，其最大允许挠度一般为支点间距的1/1 000。作用在模板上的水平荷载主要是新浇筑混凝土的侧压力，其沿模板垂直方向的分布近似呈梯形，如图2所示。
3.2 合理确定顶杆和千斤顶的数量
顶杆的数量按下式确定:n = KP/N (2)式中:K为工作条件系数，对于液压千斤顶, 其值为0.8; P为顶杆承受的全部垂直荷载; N为单根顶杆的容许承载力, 其值应根据计算结果结合工程实践经验确定。 千斤顶的数量应遵循与顶杆数量相同的原则, 即一根顶杆安装1台千斤顶, 因此, 在确定顶杆与千斤顶的数量时, 应综合考虑, 使顶杆的承载能力与千斤顶大致相同。顶杆与千斤顶一般应均匀布置, 局部承受荷载较大时, 可考虑集中布置。
3.3 滑模施工的防偏与纠偏
(1)墩台垂直度的控制 在施工过程中, 要勤观测、及时防偏纠偏。产生中线偏移、水平偏移及扭转的原因主要有荷载布置不均、千斤顶爬升不同步或部分千斤顶不工作、混凝土灌注不均匀等。防偏即在施工中尽量避免上述现象发生。结构一旦产生偏扭, 即要采取纠偏措施。包括中线纠偏、模板调平和扭转纠偏。实际操作中, 每滑升1 m,就进行一次中心校正。滑升中如有偏斜, 应查明原因, 有的放矢。一般情况下可将较低一侧的千斤顶抬高2∽4 cm后逐渐纠正, 一次纠正量不宜过大, 以免产生明显的弯曲现象[3]。
(2)操作平台水平度的控制 操作平台一旦发生倾斜, 将导致顶杆弯曲、墩台结构发生偏转并使滑升困难。所以, 平台上堆料要均匀放置, 并注意均匀对称分层浇筑混凝土。还要经常做到精心观测和调整。可用水平仪观测千斤顶高差, 并在顶杆上划线标记千斤顶应滑升的高度, 在同一水平面上的千斤顶高差不能大于2 cm,相邻千斤顶的高差不能大于1 cm。
3.4 停工处理
因气候恶劣等原因, 停工有时难以避免。停工前, 混凝土要灌满模板并振捣完毕, 插入接头钢筋。停工后, 在正常气温下, 每隔1 h将模板稍微标号经试验掺入一定数量的早强剂, 促使混凝土尽快达到出模强度,
加快提升速度。
(3)混凝土外表不美观 混凝土出模后蜂窝麻面较多, 不但需要修补, 而且不美观, 造成永久遗憾。在施工中要设计好混凝土配合比, 振捣均匀密实, 掌握好脱模时间。模板在安装前, 需在表面涂润滑剂, 以减少滑升阻力, 并有利于混凝土表面光洁。
(4)顶杆弯曲 顶杆弯曲会带来严重的施工质量和安全问题。顶杆插入千斤顶时要保持垂直。顶杆接头的布置应避免集中到一个断面。顶杆的负荷要通过计算确定, 如果负荷过大或脱空距离过大时, 平台倾斜也会导致顶杆弯曲。若顶杆弯曲不大, 可通过焊接支撑构件等对其进行纠正; 若弯曲较大, 则应更换弯曲部分, 必要时换成新杆。
4 结语
滑模施工是桥梁墩台施工的先进工艺, 反应了桥梁建设发展的方向和水平。对于高桥墩施工, 一般具有施工速度快、混凝土质量好、节省工程造价的优点。施工中应正确组装模板、控制好脱模强度。同时应勤观测、勤测量, 注意预防并及时纠正滑模系统及混凝土墩身的偏斜和扭转, 及时发现滑模施工中的常见问题及掌握正确的处理方法, 确保施工顺利进行。