高墩身滑模施工技术

技术交流材料之一

高墩身滑模施工技术

一、工程概况

京福高速公路江西温沙段桃木岭高架桥位于崇山峻岭中，为全线的控制性重难点工程，大桥全长808m，设42个墩台，左右幅分离式设计，桥面宽24.5m。大桥下部结构为挖孔灌注桩基础，实体或空心薄壁墩身，上构为7×40m+13×40m单箱单室直腹板双向预应力砼刚构--连续梁组合体系。

大桥墩身共有38座，其中高度大于30m的就有23座，最高为83m，号称“江西第一墩”，9#～17#墩为钢筋砼等截面空心墩，总延米1033.2m，平均高度57.4m，C40砼10431m3 ， 钢筋2725t，墩身平面尺寸为6×3m或6×3.5m，薄壁厚度50㎝。综合考虑经济、安全、技术等各项指标，为满足工期要求，高墩身决定采用液压滑升模板（以下简称“滑模”）施工。

二、滑模设计

（一）、工艺原理及结构体系组成

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，砼浇注至一定强度后，通过自身液压提升系统将整个装置沿支承杆上滑，调整后又继续浇注砼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，将它从烟囱、水塔、高层民用建筑等应用领域移植到桥梁高墩施工。

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四大部分组成，其主要结构部件如下图1所示。 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。

模板在施工中主要承受砼的侧压力、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；分内外模，采用δ4mm钢板及扁铁焊制，最大截面为1.0×1.25m，采用M8螺栓或U形卡连接，模板与围圈通过螺栓连接。

围圈又称拱带，其主要作用是使模板保持组装的平面形状和将模板与提升架连成一体。围圈在工作时，主要承受由模板传递的砼侧压力、冲击力及风荷载等水平荷载以及滑升摩

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阻力、平台荷载等竖向荷载，分内外围圈，采用て8制作，上下设2道。围圈与提升架立柱的支托通过U形螺柱固定。为使围圈在使用荷载作用，两相邻提升架之间的围圈其垂直和水平方向变形不大于跨度1/500，提升架、围圈、模板三者应采用栓接连成整体，以加强整体刚度。

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、围圈因砼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，其横梁和立柱均采用て12 制作，两者之间为便于拆装，均为栓接。由于竖向荷载较大，每榀提升架放置2个千斤顶，这样荷载分配较为均匀，可避免支承杆因偏心受力后造成弯曲变形。 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，内操作平台由承重梁、楞木和脚手板组成，承重梁两端支承于提升架立柱，是堆放材料具械的主要场所；外操作平台由三角挑架、楞钢、脚手板等组成，宽度为1.0m，外侧设置安全防护栏杆，是砼、钢筋施工时人员操作场所。主操作平台是施工人员进行绑扎钢筋、浇筑砼、提升模板的操作场所，也是材料、工具、设备等的堆放场所，因此，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砼质量和表面修饰，调整和拆除模板，引测轴线、高程等到工作，按安装部位不同，分内外两种。 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、截止阀及管路，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钢筋作为支承钢，其中一半利用墩身主筋，另一半为增加钢筋。为便于施工，支承杆的长度一般为4～6m，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。支承杆的接长在千斤顶下面进行，当支承杆顶端滑过千斤顶上卡头后，从千斤顶上部将接

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长支承杆插入千斤顶，使新插入的支承杆顶实在原有支承杆顶面，待支承杆接头从千斤顶下面滑出后，立即将接头四周点焊固定，然后进行绑条焊接。

液压滑升模板施工用千斤顶按其头型式的不同分钢珠式和楔块式，本装置使用江苏揽月机械有限公司生产的 QYD-35型楔块式液压千斤顶，该千斤顶技术性能参数如下：

理论行程：40㎜ 实际行程：>3.8㎜ 最大工作压力：8Mpa 最大起重力：3.5t 工作起重力：1.5t 重量：15㎏

外形尺寸（长×宽×高）：160×160×280（㎜）

楔块式千斤顶的工作原理是：进油时，上卡头卡紧，活塞不能下行，缸体上升一个行程带动提升架和整个滑模系统上升，排油弹簧被压缩；排油时，上卡头放松，排油弹簧伸长，把活塞和上卡头向上推，此时下卡头卡紧，接替上卡头承受的荷载，如此循环千斤顶即带动滑模沿支承杆不断上升。这种千斤顶特点是：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，不仅适用于光圆钢筋支承杆，亦可用于螺纹钢筋支承杆。

液压控制系统由能量转换装置（如电动机、油泵等）、能量控制和调节装置（如换向阀、分油器等）及辅助装置（油管、油箱等）三部分组成。本装置采用电动液压控制台。

油路系统根据千斤顶进行布置，组成串联式油路，油管采用高压耐油橡胶软管。油路布置必须保证各台千斤顶供油均匀，便于调整千斤顶升差。 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。

每套滑模装置设置四套卷扬系统，于墩前后方向各设一吊笼，于墩横向设独脚扒杆。卷扬机额定起重量为3～5t，承台施工时，预埋滑轮转向。卷扬机卷绳量按最高墩高取用，顶端转向滑轮悬挂于井字架顶端，随滑模的上升而上升。

施工人员及砼的运输由吊笼来完成，为便于砼下落，吊笼底端做成活门，钢筋及其它小型设备运输通过独脚摇头扒杆。为确保安全卷扬系统钢丝绳安全系数不小于10。 （二）、滑模设计计算

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1、根据《液压滑动模板施工技术规范》（GBJ113-87），计算滑动模板结构各部构件的荷载类型及荷载组合分别见下表1、表2。

液压滑动模板荷载设计值的类别与编号 表1 项次 1 2 3 4 5 6 7 荷载名称 模板结构自重 施工荷载 振捣砼时的侧压力 模板与砼的摩阻力 倾倒砼时模板承受的冲击力 操作平台上的垂直运输荷载及刹车制动 风荷载

计算滑动模板结构构件的荷载组合 表2

荷载组合 项次 滑动模板结构计算项目 计算承载能力 ①+②+④ 1 2 3 4 5 支承杆计算 模板面板计算 围圈计算 提升架计算 操作平台结构计算 ①+②+⑥ >取二者较大值 ③+⑤ ①+③+⑤ ①+②+③+④+⑤+⑥ ①+②+⑥ ③ ①+③+④ ①+②+③+④+⑥ ①+②+⑥ 验算刚度 荷载类别 恒载 活载 恒载 活载 活载 活载 活载 荷载编号 ① ② ③ ④ ⑤ ⑥ ⑦ 在验算滑模结构在自重和风荷载作用下的抗倾覆稳定性时，风荷载按《建筑结构风荷载》的规定采用，其中风压值应乘以0.8的调整系数予以折减。 2、下面简要介绍一下本滑模装置竖向荷载情况及滑升千斤顶数量的确定

在每次滑升时，千斤顶所应承受的竖向荷载主要包括： a、滑升架自重：g1=9000㎏ b、液压机自重：g2=280㎏

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c、千斤顶自重（拟定28台）g3=28×15=400㎏ d、电焊机：g4=250㎏ e、吊笼2个：g5=500㎏

f、平台荷载（含施工荷载）；g6=11985㎏

g、模板与砼之间摩阻力（按最大考虑）：g7=200㎏/m2×33.54m×1.25m=8385㎏

以上合计共重G=∑gi=30820㎏

滑升千斤顶数量n=G/t=30800/1200=25.7台（t为千斤顶计算顶升能力），实际施工过程按28布置。

三、滑模工艺施工

（一）、滑模组装

1、准备工作：在已竣工验收的承台顶面放出中心十字线和截面尺寸边线，根据竣工高程，做好滑模组装的基线，标识出提升架的位置、模板边线等。对施工缝处砼面进行凿毛清理。 2、安装顺序：滑模安装一般不需要吊机或其它起重设备配合，各组成构件重量较轻，由人工或其自身简易提吊设备配合即可安装，其安装的一般顺序为：提升架→围圈→斜撑→环梁→钢筋安装→模板→井架→平台→支承杆→垂直运输系统→液压系统→安全设施→吊脚手架。以下就几个关键工序作简要介绍。 （1）、安装提升架

提升架的安装应按其布置、型号逐一进行，要使各提升架都在同一水平面上，并用水平尺和线锤等检查其水平和垂直度，用仪器检查其中心位置，然后临时固定。提升架安装是整个滑模装置的基准，故勿必谨慎小心。 （2）、安装围圈

围圈安装时，应按先内后外先上后下的顺序，将各段围圈依次连接于提升架的支托或弯钩螺栓上，再将连接螺栓拧紧固定。 （3）、安装模板

模板安装在钢筋绑扎验收后进行，遵循先内后外的顺序，安装内模后，必须绑扎好超过内模高度的钢筋，方可安装外模。 （4）、安装操作平台

操作平台包括井架、平台板等，应在提升架和围圈、模板安装之后进行，各节点的连接必须牢固，受力螺栓必须紧密结合。操作平台的铺板，应与模板上口相平或稍高于模板上口（便于砼入模）。铺钉平台铺板前，应将内吊脚手架的部件按要求运至平台下部的基础

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底面上，当模板滑升到一定高度时（一般为3m左右），应及时安装内外吊脚手架。操作平台及吊脚手架，均应设置防护栏杆，其高度不小于1.2m，并应挂上安全网。 （5）、各千斤顶支承杆应插入坚实的砼表面，并与墩身钢筋焊牢，以控制滑模稳定。 3、滑模系统组装的质量标准

滑升模板组装完毕，应按下表3所列各项质量标准进行认真检查，发现问题应立即纠正，并建立记录。

滑模装置组装的允许偏差 表3

项次 1 2 内容 模板结构轴线与相应结构轴线位置 围圈位置偏差 水平方向 垂直方向 平面内 3 4 5 6 7

（二）、初滑

砼由搅拌站拌制，通过农用翻斗车运送至现场入模，砼入模时必须对称灌注，禁止大量砼冲击模板，分层浇筑厚度不大于30㎝，对称振捣。依次浇筑至模板平齐，这期间根据灌注时间、速度和砼强度等情况，考虑是否提升1～2次，每次提升1～2行程，以免造成出模强并偏大，造成滑升困难。

滑模施工用砼受施工条件、出模强度等的限制，其坍落度一般为10～30㎜，根据施工实际情况，酌情调整，如冬季适当加入早强剂，夏季高温时适当掺入缓凝剂或放大坍落度等。

如何控制好砼的出模强度是滑模施工的关键技术之一，也是确保结构砼质量的必要条件。出模的强度过小时，会使结构砼流坠、跑浆、坍塌；出模的砼强度过高时，会使结构砼出现拉裂、划痕、疏松、不密实、不美观等现象。除做好砼配合比、施工坍落度等工作外，还应重点控制砼出模强度。根据《液压滑动模板施工技术规范》（GBJ113-87）的规定，

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允诺偏差（㎜） 3 3 3 3 2 5 5 5 2 提升架的垂直偏差 平面外 安放千斤顶的提升架横梁相对标高偏差 模板尺寸偏差 千斤顶安装位置的偏差 相邻两块模板平面平整度偏差 中铁大桥局集团有限公司江西京福高速公路项目经理部

砼的出模强度宜控制在0.2～0.4MPa。根据对现场砼拌合物成型后1、2、3、4、6h的强度测试，正常气温（20℃±2℃）下，3～4h后可达到0.25～0.41MPa的抗压强度，此时，砼表面若用大拇指去摁，表面有轻微痕迹，但不下陷，故在现场施工时，均采用后者的经验 方法来确定砼出模强度。根据已施工墩身来看，冬季一般滑升最短周期为5h，夏季一般为3h。 （三）、滑升

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

砼由搅拌站通过三辆小型翻斗车运送至承台上，然后由人工用揪将砼铲入提升吊斗中，通过垂直运输系统把砼提到操作平台上，吊斗下口活门打开，砼倾倒在操作平台铺板上，再由人工用锹将砼入模。砼的振捣同普通工艺砼浇筑。

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，内外模与已浇筑砼表面摩擦，势必会造成砼表面粗糙不光滑，有的地方甚至会有划痕，故在模板提升后，出模部分砼表面必须再次收浆压光，压光时需要的浆液采用上面砼振捣漏流下的砼浆体。

墩身主筋一般每节高为4.5m或6m，采用 9m或12m钢筋截半制作（为减少接头多为6m），钢接连接采用A级等强度钢筋机械直螺纹套筒接头。这种连接方法具有能加工预制、性能可靠、质量稳定、施工效率高、操作简单、不污染环境、可全天候施工、工模具寿命长、减小高空作业、经济效益高等优点。连接套筒为外购件，钢筋接头现场加工，其工艺流程为：切平端头→压圆→滚丝（冷压）→检验→上保护套。虽然目前《钢筋机械连接通用技术规程》（JG107-96）尚未涉及此方面内容，但此工法已在现今施工中广泛应用，工艺成熟。

（四）、滑模施工工效

滑模应用于以公路桥梁墩身施工实例较少（铁路桥梁有例--九江长江大桥引桥桥墩身），而且由于高空心桥梁结构较为复杂，为增强整体刚度，每隔一定高度会设置横隔板，加之墩身钢筋众多，使得滑模施工速度远没有其用于烟囱、水塔施工速度快。滑模用于高空心墩身施工，在正常滑升阶段一般一天有2.0～2.5m，对于实心墩可达3m/d。当滑至横隔板时，需将内模及吊脚手架拆除，安装横隔板底模后扎筋浇砼，然后重新安装内模及内吊脚手架，耗时较多；此外，主筋接头连接也耗时较多，每次接头数为50%共计236个，需要1天半时间，且必须待砼有一定强度后进行。总的来讲，一套滑模自拼装至施工一个

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墩身拆除完毕，平均每天进尺约0.8m～1.0m。 （五）、滑模拆除

通过不断的滑升循环施工，至墩顶后，预埋移动模架造桥机支点立柱后，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，成尤为重要。 1、准备工作

①、主体结构完工，且满足拆除所需要的强度（按承重结构砼拆模强度考虑，即达70%设计强度）。

②、在施工墩顶时，按拆除方案预埋4个拉环和预埋螺栓，加固拉环周围钢筋，这部分砼灌注后要加强养护，尽可能提高早期强度。

③、移动模架预埋件安装：移动模架过桥机前后支点通过型钢立柱支承于墩身上，其安装及提升均由滑模装置协助完成。

④、墩身施工验收，一旦滑模拆除，在移动模架过墩前无法上人上设备，故墩身施工完后，尽早进行竣工检查，并报驻地监理验收，便于计量。

⑤、对参加滑模设备拆除的全部人员进行系统的拆除技术交底，使每个人都清楚拆除方案，熟悉自己的岗位工作。

⑥、滑模设备拆除应在无大雨、无雾、无大风的时间进行。

⑦、于墩身外围10m半径范围处设立安全警戒线及标记，其内为危险区域，也是拆除所需的影响面，派专人守护，非施工人员不能进入危险区域或在周围逗留。

⑧、劳动力组织，将拆除人员分成三组，一组负责上部拆除，一组负责地面转运及联系，另一组负责安全警戒。各组分工负责，保持联系。 2、拆除方法

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。其拆除顺序及步骤如下：

①、清理平台：将施工平台上的零碎物品由吊篮运输到地面，拆除千斤顶的液压机、油路系统和控制台，通过吊篮下放。

②、拆除模板：因墩顶有2m实体段，内模已先行拆除，解除外模与提升架、围圈、连接件，将外模拆除。

③、拆除安全网和外脚手架，用木楔垫死内围圈。 ④、拆除提升架、井架，割除支承杆，全部转移至地面。

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⑤、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。事先已在墩顶预留滑轮，最后结束时，解除吊笼，钢丝绳通过卷扬机收回，如下图2所示。 3、滑模拆除技术安全措施

①、根据操作平台的结构特点，制定滑模装置拆除方案和拆除顺序。 ②、认真核实起吊部件的重量和滑模装置提升设备的起重能力。 ③、在施工区域，划出安全警戒区域，设置安全标志，配备警戒人员。 ④、建立可靠的指挥通讯系统。 ⑤、拆除外围设备应系好安全带。 ⑥、应有安全防火措施。

⑦、施工期间应注意气候变化，及时采用预防措施。

⑧、在滑模装置拆除过程中，应注意钢丝绳，缆风等松紧程度，仔细检查。 ⑨、拆除一般不要在夜间进行，雷鸣时应停止拆除工作。

四、滑模施工质量控制

（一）、轴线与高程

高墩身滑模施工，如何控制墩身垂直度、轴线偏位和高程是很关键的。为此，我们采取了以下措施。

1、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，三种方法相互校核，确保墩顶高程。 2、轴线测量：用线锤（g =22㎏）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，每次提升30㎝时，将限位器调至该装置，提升完后，观测线锤情况，结合水平来处理。每10m用激光垂度仪校核纵横轴线，确保偏差不积累。

3、滑升过程中，严格控制滑升速度，不超速，同时控制各千斤顶的相对高度不能大于10㎜，相邻两提升架的千斤顶其相对高差不能大于10㎜。

4、及时检查支承杆，发现弯曲后，首先停止千斤顶工作，弯曲不大时，另用钢筋绑焊；弯曲较大时，除绑焊外，应与结构钢筋相连；弯曲严重时，应割除通下接头，重新安装，底部加垫板。

5、在滑升过程中，每提升一次应进行中心校对，发现偏差及时纠正，其方法可采用平台倾斜和改换砼浇灌顺序相结合。在中心偏差方向，用液压千斤顶增加提升次数，使平台一侧有意提高来纠正中心。纠偏过程分步进行，不能一次到位。操作平台的倾斜度应控制在1%

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以内，浇灌砼应从偏差处向相反的部位开始。

6、纠扭：发现滑升设备旋转应及时纠扭，一般采用千斤顶相邻高差产生的环向切线水平力迫使平台旋转，或改变砼浇注方向，用导链拉相邻提升架上下端，使提升架产生环向水平力来扭转。

（二）、墩身内外质量 1、内在质量

墩身C40砼施工属常规，由于浇注时砼坍落度较小，试件取样显示结果，28d 抗压强度普遍偏高（与翻模施工墩身相比，砼评定均达到优良）。在施工过程中，只要注意砼的振捣（其每浇注层厚为30㎝），砼内在质量均可达到或超过设计及验标要求；至于墩身主筋，关键在于直螺纹套筒接头，连接主筋与套筒拧紧没有，一方面控制好套筒与主筋攻丝的匹配性，保证丝长，另一方面按规范要求进行取样试验。一般情况下，墩身Φ 28主筋连接套筒长度L=71mm，钢筋端头丝长l=37㎜，螺纹尺寸为M28×3。 2、外观质量

滑模施工，因需在砼表面进行滑升，会造成外观质量上的一定缺陷，通过二次抹面压光成型。也可以这么说，外观质量是滑模施工存在的最大问题。从已施工的墩身来看，外观也难尽人意，如何尽可能地改善外观质量，也是我们滑模技术广泛应用于桥梁施工之前需要解除的问题。

目前，我们主要从以下几个方面入手，着善提高墩身外观质量：

①、优化砼配合比设计，从原材料上尽可能同墩使用同厂同批的水泥，同产地的原材料，由于施工周期较长，比较难以满足，但至少保证墩身底部15m以下应一致。

②、根据砼强度情况，掌握滑升速度，出模后及时用铁板原浆抹平压光，禁止加浆抹光。对压光的砼外表及时加以保养。每个墩身由同批人员进行抹平压光。 ③、整个施工完后，对墩身表面流坠的浆液、砼污垢进行全面打磨清除。

五、小结

1、高墩身采用滑模施工技术，节省了大量的支架、模板投入和起吊设备的投入，整个滑模装置简单，投入小，可大大节约成本。

2、较其它高墩施工方法，滑模施工技术最大特点就是安全。整个滑模装置荷载由提升架、支承杆等传至已浇筑墩身砼，安全有足够保障。

3、对高度较大墩身，其施工速度较快。根据我们对两种墩身施工比较，墩高< 30m，翻模施工较快，墩高 >30m且为空心墩后，滑模施工较为适宜，且速度要比翻模快。

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4、滑模施工其速度受到限制主要源于两个方面：其一是墩身主筋连接，其二是砼入模方式，前者受主筋长度制约（每根为4.5～6m），较翻模施工增加接头数量，而且本身数量又多，后者砼均为人工翻锹入斗入模，速度较慢。所以，要提高滑模施工速度，需从以上两个方面入手。

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