高墩輥模與滑模施工對(duì)比分析

高墩輥模與滑模施工對(duì)比分析摘要：隨著我國(guó)基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)發(fā)展戰(zhàn)略的西移，山區(qū)日益成為高速公路施工的重點(diǎn)，該區(qū)域地形復(fù)雜、山高谷深，使用爬模和翻模施工存在施工進(jìn)度慢、工程造價(jià)高、難度大等多重缺點(diǎn)，滑模施工成功解決了此項(xiàng)難題，但其存在對(duì)混凝土性能要求高，高墩質(zhì)量外觀差的劣勢(shì)，尤其在高溫天氣混凝土性能較難控制，針對(duì)這一現(xiàn)狀，2013年，我國(guó)工程技術(shù)人員在綜合考慮翻模和滑模的優(yōu)點(diǎn)之后，對(duì)二者進(jìn)行合成，成功研制出高墩輥模施工工藝，本文旨在通過(guò)高墩輥模和滑模施工對(duì)比分析，說(shuō)明輥模施工的技術(shù)優(yōu)勢(shì)和發(fā)展前景，希望為以后此類(lèi)工程施工研究提供借鑒和參考。

關(guān)鍵詞：高墩;輥模;滑模;對(duì)比

1、緒論

1.1國(guó)內(nèi)外發(fā)展概況

高墩滑模施工起源于20世紀(jì)初的美國(guó)，由于采用手動(dòng)杠桿或螺旋式提升機(jī)具，用工多和較難控制等原因，沒(méi)有得到推廣應(yīng)用。20世紀(jì)40年代以后，瑞典貝京(BYGGING)公司成功研制了用于滑模施工的液壓千斤頂和集中控制等滑模專(zhuān)用設(shè)備，初步解決了多臺(tái)千斤頂同步滑升的問(wèn)題。

20世紀(jì)50年代，我國(guó)開(kāi)始應(yīng)用滑模工藝建造筒倉(cāng)類(lèi)工程，當(dāng)時(shí)采用的滑模提升設(shè)備，主要是由蘇聯(lián)引進(jìn)的手動(dòng)螺旋式千斤頂。1966年，我國(guó)開(kāi)始進(jìn)行滑模液壓提升設(shè)備的研究工作。

20世紀(jì)末期，我國(guó)滑模施工得到迅速發(fā)展，由起初的煙囪、筒倉(cāng)、框架施工發(fā)展到水塔、雙曲線冷卻塔、工業(yè)廠房、核電站、電視塔、觀光塔、高墩、高層和超高層建筑等高大建筑物和地下豎井筑壁以及水利水電等工程的施工。滑模施工因其作業(yè)連續(xù)，不留施工縫，所需工作面積小，節(jié)省塔吊和輸送泵，經(jīng)濟(jì)效益好，在橋梁高墩施工領(lǐng)域得到較多的應(yīng)用，但是因其對(duì)砼性能要求高，尤其遇到高溫天氣，一旦對(duì)混凝土初凝時(shí)間和初凝至終凝持續(xù)時(shí)間控制不當(dāng)，模板滑升過(guò)程中較容易出現(xiàn)粘模和墩身拉裂現(xiàn)象，嚴(yán)重時(shí)會(huì)出現(xiàn)掉角、漏筋等工程質(zhì)量事故，本項(xiàng)缺點(diǎn)使其在橋梁施工領(lǐng)域的應(yīng)用受到一定的局限，因此，急需找到一種新的施工工藝來(lái)彌補(bǔ)此方面的不足。2013年3月，中交一公局四公司成功研制出高墩輥模施工工藝，它綜合滑模和爬模施工裝置的優(yōu)點(diǎn)，克服了滑模施工對(duì)混凝土要求高、墩身易拉傷和翻模施工效率低、不設(shè)水平施工縫、安全系數(shù)低等問(wèn)題，先后在凱羊高速排牙大橋和沿德高速麻嶺特大橋等進(jìn)行試驗(yàn)推廣，在外觀質(zhì)量控制和經(jīng)濟(jì)效益分析等方面成果顯著。

1.2適用地形

我國(guó)地域遼闊，隨著西部大開(kāi)發(fā)步伐的快速推進(jìn)，在崎嶇山區(qū)施工的橋梁下構(gòu)等截面直線型高墩越來(lái)越多，使用常規(guī)施工工藝如爬模和翻模需要塔吊和輸送泵的支持，但山區(qū)陡坡多，地勢(shì)高差大，機(jī)械進(jìn)場(chǎng)困難，限制了此類(lèi)工藝的使用，高墩輥模和滑模施工因其所需場(chǎng)地面積小，除架體拼裝和初步滑升階段需要汽車(chē)吊配合以外，其他施工過(guò)程利用自身提升系統(tǒng)吊裝混凝土和運(yùn)輸鋼筋等材料，既克服了機(jī)械進(jìn)場(chǎng)困難問(wèn)題，又節(jié)省造價(jià)，經(jīng)濟(jì)可靠，在山高谷深和地形陡峭的山區(qū)非常適用。

2、結(jié)構(gòu)組成系統(tǒng)對(duì)比

自動(dòng)液壓輥模系統(tǒng)主要由五大系統(tǒng)組成：鋼結(jié)構(gòu)系統(tǒng)、自動(dòng)液壓提升系統(tǒng)、電氣控制系統(tǒng)、安全和防護(hù)系統(tǒng)設(shè)計(jì)等。

滑模結(jié)構(gòu)系統(tǒng)由模板系統(tǒng)、操作平臺(tái)、液壓提升設(shè)備、上料系統(tǒng)和輔助設(shè)備等組成。

輥模的鋼結(jié)構(gòu)系統(tǒng)由上護(hù)欄、模板架平臺(tái)和下操作平臺(tái)組成，與滑模模板系統(tǒng)及操作平臺(tái)非常類(lèi)似，輥模操作平臺(tái)上鋼結(jié)構(gòu)提升橫梁替代傳統(tǒng)意義上的提升架，不但起到傳遞液壓千斤頂和外框架、桁架之間內(nèi)力作用，為電氣控制和自動(dòng)液壓提升設(shè)備也提供支撐，還橫穿墩身上側(cè)，降低施工人員的安全風(fēng)險(xiǎn)；二者架體都是由兩塊長(zhǎng)模架體和兩塊短模架體組成，四塊排列成一個(gè)整體后利用螺栓緊固，架體拼裝完成后，接著使用汽車(chē)吊輸送混凝土，墩高滑升3米左右停滑，開(kāi)始立龍門(mén)架、固定導(dǎo)向輪、安裝卷?yè)P(yáng)機(jī)、穿鋼絲繩，上料系統(tǒng)安裝結(jié)束后進(jìn)行混凝土試吊，尤其驗(yàn)證啟動(dòng)、剎車(chē)和鈴聲提醒按鈕的功能完整性，試吊成功后撤去汽車(chē)吊，利用輥模或翻模自身提升系統(tǒng)垂直吊裝混凝土，對(duì)于鋼筋等材料的吊裝也是由卷?yè)P(yáng)機(jī)提供驅(qū)動(dòng)力，以滑輪為支點(diǎn)，帶動(dòng)緊固在鋼絲繩上鋼筋等上下完成施工材料的供應(yīng)；輥模電氣和液壓控制設(shè)備得到進(jìn)一步升級(jí)，采用自鎖式提升系統(tǒng)，一個(gè)行程距離增加到15cm；輥模內(nèi)襯模采用樹(shù)脂面板和膠角拼裝，滑動(dòng)時(shí)與墩身保持相對(duì)靜止，與框架相互分離，并且與框架之間只有水平推力和滾動(dòng)摩擦力作用，模板分兩節(jié)，質(zhì)量較輕，便于拆卸，然后在外框架上再次進(jìn)行拼裝，循環(huán)作業(yè)，而滑模模板與外框架通過(guò)焊接連接，模板隨著架體同步提升；輥模支撐系統(tǒng)安裝是通過(guò)在鋼管中心位置固定鋼板、打膨脹螺栓、焊接基座管，再把爬升桿插入基座管中進(jìn)行安裝，而滑模爬升桿的安裝是在澆筑第一層砼前穿過(guò)液壓千斤頂，調(diào)豎直度，支撐在基礎(chǔ)頂，沒(méi)有進(jìn)行預(yù)埋定位。二者現(xiàn)場(chǎng)施工圖如下：

3、施工原理

輥模是通過(guò)在墩柱基礎(chǔ)預(yù)埋無(wú)縫鋼管用來(lái)定位和支撐，其外框架通過(guò)液壓千斤頂懸吊在提升架上，千斤頂以鋼管作為基礎(chǔ)支點(diǎn)帶動(dòng)輥模外框架同步上升，千斤頂受控于提升控制電腦，通過(guò)帶動(dòng)外框均勻、豎直的提升，來(lái)保障墩柱垂直度，輥模的外框架需要提前定位和調(diào)平，它主要是用來(lái)約束內(nèi)襯模，保障墩柱外形尺寸和固定工作平臺(tái)用，輥模外框架與襯模發(fā)生滾動(dòng)運(yùn)動(dòng)，內(nèi)襯模與墩身保持相對(duì)靜止，內(nèi)襯模與外框架之間受到混凝土側(cè)壓力和滾動(dòng)摩擦力作用，當(dāng)輥模外框向上提升一段距離后，混凝土達(dá)到初凝和終凝之間狀態(tài)，此時(shí)將襯模樹(shù)脂板和膠角從墩身上剝離下來(lái)，對(duì)墩身進(jìn)行噴淋養(yǎng)生，再對(duì)樹(shù)脂板進(jìn)行清理轉(zhuǎn)運(yùn)至框架上繼續(xù)使用，進(jìn)行逐節(jié)翻升，實(shí)現(xiàn)墩柱的連續(xù)和快速澆筑。

滑模是通過(guò)在基礎(chǔ)頂定位墩身模板，模體、桁架焊接拼裝完成后安裝提升架和液壓千斤頂，調(diào)整模體水平和垂直度，無(wú)縫鋼管豎直穿過(guò)液壓千斤頂夾孔，初滑之前墩柱混凝土與爬桿固結(jié)之后，以爬桿作為支撐，通過(guò)液壓控制臺(tái)實(shí)現(xiàn)千斤頂帶動(dòng)桁架和模板系統(tǒng)一體滑升，滑模模板與桁架固結(jié)，與墩身保持相對(duì)滑動(dòng)，模板受到混凝土的側(cè)壓力和滑動(dòng)摩擦力作用，模板滑過(guò)墩身一段距離立即對(duì)墩身進(jìn)行抹面修飾，再進(jìn)行噴淋養(yǎng)護(hù)。

輥模施工的創(chuàng)新點(diǎn)之一在于融入翻模施工原理，將模板與框架進(jìn)行分離，在框架隨著提升系統(tǒng)上升的同時(shí)與墩身保持相對(duì)靜止，避免對(duì)混凝土表面產(chǎn)生拉傷，另外對(duì)于混凝土初凝時(shí)間和初凝至終凝持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)短要求大大降低，不再受季節(jié)性因素尤其是高溫天氣的制約，有效的保證了墩身外觀質(zhì)量；輥模施工另一項(xiàng)創(chuàng)新還在于引進(jìn)新型材料，內(nèi)襯模模板采用高分子PVC板，倒角使用膠質(zhì)條，模板和模板、模板和膠角之間采用Z形接縫嵌接，密實(shí)混凝土，避免出現(xiàn)施工縫，模板質(zhì)輕、強(qiáng)度高，很好地替代鋼板，既減小滑升過(guò)程中模板與框架之間滾動(dòng)摩擦力，也方便模板翻升過(guò)程中連續(xù)施工操作。

4、施工工序

4.1施工流程

4.1.1輥模

場(chǎng)地平整測(cè)量放樣及定位安裝輥模裝置輥模調(diào)平鋼筋綁扎混凝土澆筑輥模提升

模板翻升墩身養(yǎng)生循環(huán)連續(xù)作業(yè)輥模提升至墩頂輥模裝置拆除

4.1.2滑模

場(chǎng)地平整測(cè)量放樣及定位安裝滑模裝置滑模調(diào)平鋼筋綁扎混凝土澆筑滑模提升墩身抹面和養(yǎng)生循環(huán)連續(xù)作業(yè)滑模提升至墩頂滑模裝置拆除

4.2場(chǎng)地平整

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)地形、場(chǎng)地條件，安排機(jī)械配合人工平整場(chǎng)地并用混凝土硬化，場(chǎng)地周?chē)龊梅雷o(hù)和排水設(shè)施，避免雨季地表積水和邊坡垮塌。

4.3測(cè)量放樣及定位

墩身基礎(chǔ)施工完畢之后先對(duì)基礎(chǔ)頂進(jìn)行鑿毛，再對(duì)墩身四個(gè)控制點(diǎn)放樣，對(duì)于輥模施工還要根據(jù)鋼結(jié)構(gòu)提升橫梁對(duì)爬升桿距離要求放樣爬桿中心位置。

4.4安裝模體裝置

4.4.1輥模

1）爬升桿安裝就位。

分別在爬升桿中心預(yù)埋提前打上孔的鋼板，在鋼板上等距離打上4個(gè)膨脹螺栓，螺栓通過(guò)墊片穿過(guò)鋼板并與基礎(chǔ)錨固，此時(shí)鋼板定位牢固，在鋼板孔插入基座管并保持豎直，鋼板與基座管接觸部位要進(jìn)行滿焊，再把爬升桿插入基座管內(nèi)。支撐系統(tǒng)圖如下所示：

4）鋼筋綁扎

墩柱主筋分段高度一般是4.5m，采用切割機(jī)把主筋原材端頭切平，再進(jìn)行滾絲，主筋之間通過(guò)螺紋套筒連接，安裝完畢后調(diào)整主筋間距，在高出框架頂1.5m位置點(diǎn)焊橫向定位筋，再進(jìn)行箍筋的焊接和套筋的綁扎，一般第一次一次性綁扎1.5m。

5）混凝土澆筑和模體翻升

輥模模板一般按每節(jié)1m高設(shè)計(jì)，第一次澆筑混凝土高度75cm，待混凝土初凝開(kāi)始進(jìn)行輥模提升，第一次滑升45cm，緊接著再進(jìn)行箍筋、套筋綁扎和第二節(jié)樹(shù)脂板的安裝，在這個(gè)過(guò)程中要注意觀察混凝土流動(dòng)性和坍落度情況，如果出現(xiàn)混凝土干和離析情況應(yīng)立即停止?jié)仓?，并且做試塊查明原因，才能進(jìn)行再次澆筑，根據(jù)鋼筋綁扎和混凝土運(yùn)輸速度計(jì)算分析，一般應(yīng)控制其初凝時(shí)間在3小時(shí)以內(nèi)，終凝時(shí)間為6個(gè)小時(shí)，混凝土經(jīng)多次調(diào)試滿足要求之后，進(jìn)行正常鋼筋綁扎、架體提升和混凝土澆筑循環(huán)作業(yè)階段，每次架體提升45cm，每提升3個(gè)循環(huán)，把框架下面樹(shù)脂板拆除，清理完畢后再與膠角拼裝，完成模板翻升作業(yè)。判斷混凝土初凝狀態(tài)的一般方法是通過(guò)手指按混凝土頂面，如果上面留有手指印但是混凝土沒(méi)有下陷，則表明混凝土強(qiáng)度達(dá)到滑升要求。

6）經(jīng)過(guò)循環(huán)施工作業(yè)，在滑升至距設(shè)計(jì)墩頂4-6米處進(jìn)行施工放樣，確定剩余墩高，并做好預(yù)埋進(jìn)蓋梁主筋長(zhǎng)度的計(jì)算，距墩頂2m左右再次進(jìn)行放樣，以墩頂橫坡較低點(diǎn)為控制標(biāo)高，滑升到設(shè)計(jì)墩頂時(shí)再次進(jìn)行復(fù)測(cè)。

4.4.2滑模與輥模施工工藝及工、料、機(jī)對(duì)比

1）滑模沒(méi)有進(jìn)行爬桿安裝定位。因其在組裝完模體并且調(diào)平之后，再進(jìn)行提升架和液壓千斤頂?shù)陌惭b，千斤頂安裝結(jié)束后再插入爬桿并且調(diào)整爬桿垂直度，對(duì)爬桿位置精確性要求比較低。

2）滑模模板也是采用上口小下口大方式進(jìn)行拼裝，由于混凝土隨時(shí)間變化會(huì)產(chǎn)生水化熱，墩身發(fā)生膨脹變形，務(wù)必會(huì)增大模板與墩身的滑動(dòng)摩檫力，此方法可抵消墩身膨脹變形量，盡量減小二者之間滑動(dòng)摩檫力。但此滑動(dòng)摩擦力要遠(yuǎn)大于同等條件下輥模滾動(dòng)摩擦力，很容易對(duì)墩身造成一定程度的損傷。

3）滑模模體一般設(shè)計(jì)高度1.26m，一個(gè)循環(huán)只滑升30cm，而輥模一個(gè)循環(huán)滑升45cm，滑模比輥?；俣纫?，滑升之后還對(duì)墩身增加一道抹面工序。

4）工、料、機(jī)對(duì)比

上表可以得出輥模施工安全性和質(zhì)量性較好的結(jié)論。

10、局限性——變截面施工

高墩輥模和滑模目前主要應(yīng)用于等截面直線型高墩施工，對(duì)于變截面高墩施工應(yīng)用非常少，鑒于輥模施工具有速度快、外觀質(zhì)量好和經(jīng)濟(jì)效益高等多重優(yōu)點(diǎn)，相信在未來(lái)輥模施工在變截面高墩施工中仍然具備很好的發(fā)展前景。

11、結(jié)論

輥模施工相比滑模施工的優(yōu)勢(shì)主要在于能保證混凝土外觀質(zhì)量，施工速度基本相同，對(duì)混凝土要求比較低，表面密實(shí)無(wú)縫隙，使混凝土表面耐腐蝕和耐凍融，增加混凝土的耐久性；其采用自鎖式提升系統(tǒng)，提升橫梁橫穿墩柱頂部，上下操作平臺(tái)均由安全護(hù)欄圍擋，降低了施工安全風(fēng)險(xiǎn)；使用新型材料樹(shù)脂面板和膠角，質(zhì)輕、經(jīng)濟(jì)、安全，節(jié)省模板翻升所需人工和時(shí)間。輥模施工因其能保證墩柱質(zhì)量、經(jīng)濟(jì)、環(huán)保，具備很強(qiáng)的技術(shù)優(yōu)勢(shì)和較好的發(fā)展前景，但