桥梁高墩滑模结构设计研究.pdf

交通世界TRANSPOWORLD1 工程概况贵州境内某高速公路特大桥属于典型的山区桥梁，桥梁全长680 m，主桥为预应力混凝土连续刚构，引桥预应力混凝土T梁采用先简支后结构连续体系。桥梁下部主桥桥墩及过渡墩为空心薄壁结构配桩基础；引桥桥墩为实心墩配桩基础，桥台采用重力式U型桥台配合扩大基础、桩基础。左右幅1号、2号8个墩柱均为薄壁空心结构，左右幅6号为薄壁实心结构，2号墩为最高墩，墩身高度138 m；在施工过程中高墩施工受多方面因素影响，包括施工场地限制、工期要求、气候环境、工期要求、安全条件以及施工成本等多。结合本工程高墩实际情况，经对各方面因素进行资料收集和分析，并对翻模施工技术进行研究后，选择滑模工艺开展法郎沟特大桥主墩施工。滑模施工墩柱统计如表1所示。表 1 滑模施工墩柱统计表墩号1#墩2#墩6#墩墩高/m12013850截面形式薄壁空心墩薄壁空心墩实心薄壁矩形墩尺寸/m2848462.5墩柱根数442壁厚/cm70702502 滑模结构滑模施工技术具有下列优点：利用机械化操作为主，人员操作为辅，节省劳动力；结构设置占地少，场地局限小，减少环境破坏且便于施工；结构整体性高，降低了施工安全风险，同时提升了施工速率，节省时间与成本。本工程采用的桥梁高墩滑模体系包括动力提升系统、模板系统、施工操作平台、其他辅助设施以及配套工艺技术等。动力系统一般是由多组液压千提供主要动力，通过不同部位千斤顶共同作用，将滑升荷载经提升架传递至爬杆，从而使模板体系沿已浇筑结构面整体上移。体系一次移动提升高度大约为30 cm，工作时依靠多次顶升工序循环，直至墩身浇筑成型结束。2.1 模板墩身模板采用钢板，模板高度及厚度分别为 130cm、5 mm，为确保模板刚度，模板采用10#槽钢作为加劲肋，按30 cm一道等距设置，通过上下两道10#槽钢制成的围圈定位支撑，两道围圈的距离为10 cm，第一道围圈上口与模板顶端距离控制为6 cm。2.2 提升系统滑模体系与混凝土结构面通过提升架连接，千斤顶承担模板系统、施工操作平台荷载并提供顶升动力。本项目使用千斤顶为QYD-100楔块液压千斤顶，爬杆采用483.5 mm的无缝钢管，提升架整体呈F形，立柱为18#槽钢，横梁由双排18#槽钢组成，横梁与立柱通过焊接加工形成整体。2.3 操作平台滑模体系含主操作平台与辅助平台两个操作平台。两个平台均由内外两部分组成，方便墩身内部与外部的施工操作，桁架上悬挂有挂梯，由此上下操作平台。主操作平台主要用来为人员施工提供作业平台以及作为当班作业施工物料临时堆放平台。该平台使用桁架梁搭设主体框架，台面采用木板满铺，木板厚度5 cm。混凝土浇筑时体系承受较大侧向压力，为保证操作平台具备承受侧向应力的刚度，主体框架采用100 cm100 cm 复式桁架梁，桁架梁由规格 80 mm8mm及63 mm6 mm的角钢组合加工而成。为保证施工便利性及安全性，加设三角撑将平台外缘扩宽50 cm。辅助平台主要用于施工人员进行混凝土养护及外观质量修复，承受荷载相对较小，平台主体框架为钢木结构，台面采用 5 cm 厚木板满铺，平台宽度为 70cm，沿墩身周边设置，通过20 mm钢筋与提升桁架梁焊接并悬吊于桁架梁下，钢筋设置间距为2 m，平台临空面设置高度不低于1.2 m的硬质护栏，并设置密目安全网和防抛网。收稿日期：2022-11-23作者简介：郝风朝（1972），男，河北石家庄人，高级工程师，研究方向为道路与桥梁工程。桥梁高墩滑模结构设计研究郝风朝（中海外交通建设有限公司，河北 石家庄 050000）摘要：以某高速桥梁施工工程为研究背景，针对桥墩结构特点，介绍滑模结构，对滑模设计过程进行研究，并对施工过程的质量措施进行探讨，并通过现场应用效果验证了滑模设计的合理性，为同类工程提供一定的参考。关键词：高速公路；桥梁高墩；滑模结构；桥梁设计中图分类号：U442.5文献标识码：B149总651期2023年第21期（7月 下）2.4 液压控制系统千斤顶采用YKT36型液压控制台，其设计与计算承载能力分别为10 t和5 t，为有效控制进油，提前在各千斤顶上加设了针型阀，油路经分油器进行连通；主高压油路管径为16 mm，支高压油路管径为8 mm，主、支高压油路系统通过分组并联与千斤顶连接，组成液压系统。2.5 辅助系统辅助系统可进行墩身洒水养护、中心及水平测量等操作。洒水管为50 mm塑料软管，沿辅助工作平台内侧设置。中心测量是在模架体系四周对称设置重垂线，观察模架体系的侧向位移情况，并使用测量仪器进行校正，测量仪器选择全站仪。通过水准尺测量平台的水平状态进行水平测量。3 滑模设计3.1 滑模结构荷载本工程高墩滑模结构主要荷载见表2，施工荷载计算公式见式（1）（3）。表2 墩滑模结构主要荷载荷载类型数量滑模结构自重G1/kg13 000工作人员Q1/kg900滑模设备Q2/kg3 000电焊机和振捣器Q3/kg400钢筋和支撑杆Q4/kg2 000G2=(Q1+Q2+Q3+Q4)2 1.3（1）G3=S 200 1.3（2）G=G1+G2+G3（3）式（1）（3）中：Q1为工作人员总重，单位 kg；Q2为滑模设备总重，单位kg；Q3为电焊机和振捣器总重，单位kg；Q4为钢筋和支撑杆总重，单位kg；S为整圈模板的滑升接触面积，数值为55.12 m2。动力系数与不均匀系数分别取2和1.3，由式（1）可知，施工总荷载G2为16 380 kg。本高墩滑模结构整圈模板上的滑升摩擦阻力 G3按照单位面积上的滑升摩擦阻力 200 kg 计算，考虑附加系数为 1.3，根据式（2）计算，可得 G3=14331.2 kg。由式（3）计算，可得竖向荷载总重 G=43711.2 kg。3.2 模板的侧压力当使用插入式振捣器时，根据式（4）计算可得出：模板承受的侧向压力 P1=875 kg/m2，混凝土浇筑时，动荷载对模板的侧压力P2=200 kg/m2，模板的总侧压力P=1075 kg。P1=r()h+0.05（4）3.3 支撑杆支撑杆（千斤顶）数量计算公式见式（5）。n=G/cp（5）式（5）中：G 为撑杆承载，数值为 43 711.2 kg；p 为支撑杆允许承载能力，数值为 4 000 kg；c 为载荷不均衡系数，数值为 0.8。通过式（5）进行计算，支撑杆（千斤顶）的数量 n=13.65 台。为确保顶升过程的安全性，千斤顶需对称设置，因此内外千斤顶数量应共为16台，即设置16根支撑杆。考虑内外同步滑升，故按 8 个对称均匀布置。操作平台结构布置如图 1所示。4 滑模结构工作原理和质量控制4.1 滑模结构工作原理模架顶升上移通过体系内的16台千斤顶与提升架、爬杆相互作用实现，千斤顶通过高压油管与油泵有效连接，并经总操作室总控，单台千斤顶均设置独立分油器以及进油控制阀门，防止千斤顶顶升时不同步可通过人工进行微调。千斤顶单次顶升行程为30 mm，需通过多次循环顶升达到施工作业高度。爬杆的下端需浇筑到墩台混凝土结构中，上端应穿过千斤顶心孔，使千斤顶固定在爬杆端部。顶升过程中，滑模体系的荷载均由爬杆承载。4.2 垂直度的控制为避免垂直度偏差过大，施工时应加强过程测量。若是发现体系发生中线偏差、水平方向侧移以及出现偏扭，需检查体系内荷载是否分布不均匀、千斤顶顶升是否同步、千斤顶是否出现故障以及混凝土是否对称浇筑等。模架体系若出现偏移或扭转现象，需第一时间暂停作业并进行纠偏，应调查清楚产生偏转原因，纠偏时可逐步顶升低侧千斤顶，一次顶升不得超过30mm，需逐步进行纠正，防止发生其他变形或安全事故。为有效控制偏移，体系每顶升1 m高度就应复核一次中心及垂直度。4.3 操作平台水平度的控制若操作平台在水平方向出现倾斜，则会致使顶杆产生弯曲变形从而造成顶升困难。因此日常施工过程中，平台上放置的材料荷载要保证均匀，混凝土浇筑时注意分层并对称施工，过程中加强观察与监测，适时调整。为保证平台水平度，应在爬杆上标记好设计高度，并通过水准仪加强过程观测，对于位于同一水平面的千斤顶，其相对高差必须控制在 2 cm 范围内，相邻两个千斤顶之间相对高差不得超过1 cm。4.4 爬杆弯曲爬杆必须确保竖直，其一旦发生弯曲变形可能会诱发安全与质量问题。严格控制爬杆承受荷载不得超过其计算荷载，同时确保平台水平度。若爬杆不可避免出现弯曲变形，当变形较小时，可以加设支撑进行校正，当变形严重时，则应及时将变形部分进行更换，若有必要，可进行整根更换。150交通世界TRANSPOWORLD5 现场应用效果特大桥薄壁主墩采用滑模施工现场照片如图 2 所示，通过滑模工艺在特大桥主墩建设中的应用，产生了一定的工程经济效益，主要有：减少模板的投入费用100万元；节约工期3个月，主墩滑模施工以23 m/d的施工进度，相对于翻模、爬模等工艺，在工期进度方面显出较大优势，以此计算，工期成本将节约300万元；减少了输送泵的设备配置，滑模工艺由于考虑混凝土的初凝时间和浇筑高度问题，且采取连续不间断的作业方式，采用低速卷扬机提升混凝土，不使用输送泵仍可以正常施工，节约设备配置150万。以上累合计 550 万元，除去滑模系统的成本费 250 万元，累计降低成本300万元。综上，采用滑模结构可以减少资金投入，加快建设进度，安全性高，质量有保障，在项目实施过程中综合效果良好，促进了项目各方面推进。6 结束语综上所述，在法郎沟特大桥薄壁主墩施工中，通过合理设计并成功应用滑模结构系统，大幅缩短了施工工期，有效降低了施工成本，保障了桥梁建设质量和施工安全。参考文献：1 杨敏.法郎沟特大桥箱梁挂篮施工J.科技风，2015（1）：127，133.2 杨磊.毕生高速公路路桥工程施工质量管理研究D.贵阳：贵州大学，2021.3 殷颖.浅析桥梁高墩滑模施工技术的应用J.中国标准化，2017（6）：186-187.4 郑伟.高速公路桥梁施工中滑模技术应用措施J.交通世界，2021（21）：119-120.单位：cm图1 滑模结构设计图151