超高墩“滑爬一体”快速施工关键技术研究.pdf

建筑机械20随着我国高速公路迅速发展，桥梁经常需跨越峡谷、河流、水库等，因此衍生出大跨径的高墩桥梁。国内外现有的高墩施工工艺普遍为滑模、爬模、翻模等。我国高桥墩施工技术应用时间较短，技术发展还不成熟，采用的施工技术较为单一，各自有优缺点，具有一定的局限性，因此高墩施工工艺研究改进对桥梁高墩快速、安全、高质量施工具有重要意义1。1 工程背景本项目为白鹤滩水电站库区四川省宁南县部分交通复建项目。碧迹河大桥采用（76+135+76）m连续刚构设计，主墩墩身采用矩形薄壁空心墩，墩高分别为88.5m、84m。因库区提前蓄水原有交通道路被淹没，碧迹河大桥作为保通线路，其墩身有效施工工期仅超高墩“滑爬一体”快速施工关键技术研究邓 文，陈 丁，张佳星（中交第二航务工程局有限公司第六工程分公司，湖北 武汉 430014）摘要某不通航保通库区工程项目超高墩施工，因水电站提前下闸蓄水，需快速完成墩身施工。通过施工方法比选、智能装备研发、工艺改进和要点控制等研究，形成新型智能“滑爬一体”施工关键技术，并经现场工程施工验证，解决了超高墩传统施工工艺的不足，可为同类工程施工提供技术借鉴。关键词超高墩施工；滑爬一体；智能化；快速检测；激光标靶中图分类号TU74文献标识码A文章编号1001-554X（2024）01-0020-04DOI:10.14189/ki.cm1981.2024.01.026收稿日期 2023-06-11通讯地址 张佳星，湖北省武汉市汉阳区太子湖北路107号效保证墩身混凝土外观质量。但是其模板投入量较大，相对于滑模施工，没有自提升的千斤顶，对塔机依赖程度较高，施工速度较慢4。（3）滑模施工。高墩施工滑模装置普遍由液压提升系统、模板系统、操作平台系统、垂直运输系统和操作平台系统等4大系统组成，通过自身液压提升系统将整个装置沿支承杆上滑，模板定位后又继续浇筑混凝土并不断循环的1种施工工艺。适用于结构物形式单一、断面变化少、无局部凸出物及其他预埋件等的高墩，模板的滑升速度不大于0.2m/h，是1种机械化程度高、施工速度快、综合效益交流园地EXCHANGE FORUM70天。2 我国高速公路桥梁高墩施工技术现状（1）爬模施工。爬模技术系统包含了提升装置、平台运作装置系统、模板装置，适用于等截面或变截面墩，模板的滑升速度不大于1.21.5m/d。施工快捷、便利，能够有效地确保高墩的整体性，保证施工进度。但是施工工艺填充的材料混凝土填充较慢，操作的安全系数不如滑模技术，施工速度也比滑模施工较慢2，3。（2）翻模施工。翻模施工是在滑模技术的基础上发展而来的，适用于40m以下等截面或变截面墩，模板的滑升速度不大于1.21.5m/d。翻模是以塔机等设备拆模，逐块翻升，不需要连续作业，可有2024/01 总第 575 期 CONSTRUCTION MACHINERY21显著的施工方法5，6。翻模及爬模施工无法满足碧迹河墩身现场工期要求，为了防止混凝土浇筑时间过长，导致模板无法向上滑动，滑模施工必须持续施工，或者保持模板在已浇筑的混凝土面上可滑动，因此需连续、交叉作业，工人的劳动强度较大，有一定风险。3 新型智能“滑爬一体”提升滑模系统3.1 新型智能“滑爬一体”提升滑模系统结构构造新型智能“滑爬一体”提升滑模系统采用液压整体滑升，为了保证整体稳定性，滑模采用整体钢结构设计，由滑模千斤顶、一体化泵站、油路、提升架和支撑杆组成，包括模板系统、提升系统、施工平台、辅助平台、支撑杆、临时支撑和电液控制、激光标靶测控装置。模板系统：模板主要采用钢板制泵站及控制柜、电磁阀、信号反馈电缆、控制电缆、电源电缆、倾角开关等组成。平台倾斜角度超过设定值时，发出预警信息，且可以自动调整模板姿态（见图1、图2）。滑模施工分为正常爬升阶段和脱模爬升阶段。分别对脱模提升阶段、正常滑升阶段、浇筑混凝土阶段3个工况进行受力分析（见图3-图6）。脱模提升过程中：门架最大应力图1 滑模系统合模状态临时支撑千斤顶施工平台辅助平台激光标靶精轧螺纹钢提升架丝杆作而成，用槽钢做加强肋，同施工平台骨架采用焊接形式固定。提升系统：滑模提升系统的钢结构制作部分是提升架，主要用于支撑模体，并通过安装在顶部的千斤顶支撑在爬杆上。整个滑升载荷通过提升架传递给爬杆，提升架与模板采用套筒连接，模板和提升架相对位置可通过丝杆来回移动实现模板进退模。施工平台：承受工作、物料等载荷，同时又是模体的支撑构件，是滑模体的主要结构，采用整体框架钢结构，在桁架梁上铺花纹钢板形成操作平台。辅助平台：是进行混凝土养护、修面及预埋件处理的工作平台，采用钢结构悬吊布置，上铺花纹钢板采用槽钢悬挂在桁架梁上。临时支撑：滑模进退模时架体的临时支撑系统，横向竖向高低布置，安装完成横向竖向现场临时焊接，进退模操作完成后临时支撑需要拆除。电液控制系统：电液控制系统由图3 滑模结构整体示意图图4 脱模提升过程中提升系统应力图图2 滑模系统脱模状态施工平台辅助平台激光标靶临时支撑精轧螺纹钢图5 正常滑升过程中系统应力图建筑机械22交流园地EXCHANGE FORUMfmax=59.3MPaf=215MPa，撑杆最大应力，fmax=91.6MPaf=215MPa。不脱模提升过程中：门架最大应力fmax=78.1MPaf=215MPa，撑杆最大应力fmax=125.1MPaf=215MPa。浇筑混凝土过程中：门架最大应力fmax=93.7MPaf=215MPa，撑杆最大应力fmax=127.1MPaf=215MPa。经过ANSYS建模分析计算，滑模系统受力均满足设计要求7。控制核心PLC控制器，通过控制泵站外部的电磁截止阀，关高通低，对平台进行自动调整（见图7、图8）。4 滑升强度快速检测技术根据滑模施工相关规范要求，混凝土出模强度应控制在0.20.4MPa8。混凝土滑升强度传统的判定方法更多的依赖施工人员的经验，通过手指按压混凝土表面是否留下指印判断混凝土强度。此种方法受人为因素影响较大，也给滑模施工带来一定的危险性和不确定性9。针对滑模施工滑动时机难以控制的问题，项目研制出了适用于项目滑模施工的混凝土，并对混凝土的测强曲线进行了研究（见图9和图10），并且发明了配套的1种测定混凝土早期强度快速试验装置10。此装置可在模板准备滑升前对混凝土早期强度进行快速检测，能更好的把控滑模时机，有效的避免混凝土伤损或塌陷。5 超高墩滑模高效测控技术高墩滑模施工在正常滑升阶段，每次滑升0.03m，每0.3m浇筑1次混凝土，每次滑升须校核1次模板（校模间隔为6h），24h施工，测量人员需分成3班，不间断观测，人员工作量极大。在山岭地区高墩墩身施工测量过程中，经常遇到测量定向时间长和高墩身模板定位过程中遮挡、盲区等问题导致测量重复的换站，不仅效率较低且存在重复设站的误差，所以在山岭地区高墩墩身施工中常规的测量方法缺点显著11。3.2 “爬滑一体”施工工艺（1）模板系统安装。首先绑扎墩身底部钢筋，安装外模、外模平台、提升架竖杆、提升架横梁、液压千斤顶、支撑杆。外模采用拉杆连接，浇筑墩身底部实心段混凝土至空心段底部。然后支撑杆接长、外模提升、内模提升架竖梁、内模、辅助平台横梁安装，完成整个“爬滑一体”系统的安装。（2）采用常规施工工艺进行钢筋、模板及混凝土施工，正常滑升。在遇到客观因素导致施工中断时停止模板爬升，待满足施工条件后，混凝土已终凝，模板与混凝土间摩阻力将以几何量级倍增，巨大的摩阻力将严重伤损混凝土，更有甚者，可能导致模板无法滑升。此时通过调节精轧螺纹钢的丝杆将内外模板和混凝土脱离，如图2状态，然后进行模板爬升，爬升至新的时候段之后再次合模，进行后续阶段的施工。避免了施工工艺的必要连续性，减少了工人的疲劳度，有效的保证了施工质量。3.3 液压系统组成与布置多点同步提升系统是滑模工艺施工中的关键设备，主要由滑模千斤顶、一体化泵站、油路、提升架和支撑杆组成。由电动机带动高压油泵，将油液输送至各千斤顶，在不断供油回油的过程中使千斤顶的活塞不断伸缩，借助千斤顶内部楔形块的特殊结构，使得模板装置沿着支撑杆向上滑升。在千斤顶滑升的过程中，单个行程采用限位卡调平。在滑升过程中，倾角开关实时监测平台倾斜角度数据。当平台倾角操作过预警值时，实时传输给一体化泵站中的图7 液压提升系统平面布置图一体化泵站滑模千斤顶油管电缆桥架倾角测量图8 千斤顶限位卡调平aa 叉形套未达限位挡体标高，千斤顶上升b 叉形套被限位挡体顶住，千斤顶停止工作b图6 浇筑混凝土过程中系统应力图2024/01 总第 575 期 CONSTRUCTION MACHINERY23通过1种装置安装在墩身轴线的地方，在滑模滑升的过程中，能时刻显示出模板的偏位，解决了人员长时间的观测，实现模板实时测量定位、实时调整。结合现场滑模平台实际情况，计算出墩身轴线外偏0.15m的位置，通过精密加工和安装，在大小里程/左右幅对称布置激光垂准仪和标靶，确定模板的偏位走向。安置激光垂准仪，使激光垂准仪严格对中整平，标靶安置于平台下方，水平放置。在晚上滑升过程中，如果激光偏离标靶中心，技术员应及时通知施工队进行校核，确保激光与标靶中心重合。6 结束语（1）针对传统滑模施工的缺点，研发了1种“滑爬一体”模板系统，避免了滑模施工过程中的工作连续性，有效降低了施工作业人员的强度，从而减小了施工风险，同时提高了施工质量。（2）多功能自控制同步提升滑模系统具有多点同步提升、自动倾角监测图10 混凝土测强曲线50强度Fitted Y of 强度95%Prediction Band of 强度95%Confidence Band of 强度30fcu=121.61e-0.3449Hc强度/MPa针入度/mm104020021061441281618图9 不同龄期内针入度和抗压强度的关系5018强度针入度3014强度/MPa针入度/mm时间/h1010401620120-10010030060020050040070000648及控制等能力，有效地控制了模板的偏位，降低了混凝土与模板间的摩阻力；同时进退模功能及不锈钢面板提高了施工的灵活性，确保了混凝土外观质量。（3）滑模施工中，混凝土的早强检测方法能科学有效的对滑模时机进行控制，避免了滑模时机选择不当导致模板难以滑升或者滑升较早导致的墩身混凝土表面拉裂、质量较差等问题。（4）超高墩滑模激光标靶测控装置规避了测量仪器换站次数和人员路途折返，同时解决了由于结构物模板对测量视线的遮挡，需要重复设站的问题。此校核方法的应用大大提高了现场作业的工作效率，随看随调随量，规避了人员攀爬作业的安全风险，减少了人员及设备成本投入。参考文献1 彭宣常,张晓萌,罗竞宁.我国滑模工 程施工技术的应用与发展J.施工技 术,2018,28:11-12.2 曹千里,吴宏建.浅谈桥梁高墩施工 中滑模和爬模施工工艺的应用J.江 西建材,2014,17(146):163.3 洪开欢.桥梁高墩的滑模与爬模施工 技术分析J.江西建材,2015,9(162):213-214.4 徐军.翻模技术在桥梁高墩施工中的 应用J.交通世界,2017,23:107-110.5 曾飞.桥梁薄壁高墩滑模施工技术J.山西建筑,2018,44(31):171-172.6 丁冠军.高速公路矩形高墩滑模施工 技术的研究应用J.技术园地,2020,38(05):67-71.7 GB 50017-2017.钢结构设计标准S.8 GB/T 50113-2019.滑动模板工程技 术标准S.9 刘以臣.石家庄商品混凝土早期强度 检测方法研究D.天津:河北工业大 学,2010.10 JGJ/T 23-2011.回弹法检测混凝土 抗压强度技术规程S.11 谢财斌.浅谈薄壁空心高墩测量控制 技术J.高速铁路技术,2011,2(04):62-65.