高墩輥模與滑模施工對比分析

高墩輥模與滑模施工對比分析摘要：隨著我國基礎設施建設發(fā)展戰(zhàn)略的西移，山區(qū)日益成為高速公路施工的重點，該區(qū)域地形復雜、山高谷深，使用爬模和翻模施工存在施工進度慢、工程造價高、難度大等多重缺點，滑模施工成功解決了此項難題，但其存在對混凝土性能要求高，高墩質量外觀差的劣勢，尤其在高溫天氣混凝土性能較難控制，針對這一現狀，2013年，我國工程技術人員在綜合考慮翻模和滑模的優(yōu)點之后，對二者進行合成，成功研制出高墩輥模施工工藝，本文旨在通過高墩輥模和滑模施工對比分析，說明輥模施工的技術優(yōu)勢和發(fā)展前景，希望為以后此類工程施工研究提供借鑒和參考。

關鍵詞：高墩;輥模;滑模;對比

1、緒論

1.1國內外發(fā)展概況

高墩滑模施工起源于20世紀初的美國，由于采用手動杠桿或螺旋式提升機具，用工多和較難控制等原因，沒有得到推廣應用。20世紀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用設備，初步解決了多臺千斤頂同步滑升的問題。

20世紀50年代，我國開始應用滑模工藝建造筒倉類工程，當時采用的滑模提升設備，主要是由蘇聯(lián)引進的手動螺旋式千斤頂。1966年，我國開始進行滑模液壓提升設備的研究工作。

20世紀末期，我國滑模施工得到迅速發(fā)展，由起初的煙囪、筒倉、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，經濟效益好，在橋梁高墩施工領域得到較多的應用，但是因其對砼性能要求高，尤其遇到高溫天氣，一旦對混凝土初凝時間和初凝至終凝持續(xù)時間控制不當，模板滑升過程中較容易出現粘模和墩身拉裂現象，嚴重時會出現掉角、漏筋等工程質量事故，本項缺點使其在橋梁施工領域的應用受到一定的局限，因此，急需找到一種新的施工工藝來彌補此方面的不足。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，克服了滑模施工對混凝土要求高、墩身易拉傷和翻模施工效率低、不設水平施工縫、安全系數低等問題，先后在凱羊高速排牙大橋和沿德高速麻嶺特大橋等進行試驗推廣，在外觀質量控制和經濟效益分析等方面成果顯著。

1.2適用地形

我國地域遼闊，隨著西部大開發(fā)步伐的快速推進，在崎嶇山區(qū)施工的橋梁下構等截面直線型高墩越來越多，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，地勢高差大，機械進場困難，限制了此類工藝的使用，高墩輥模和滑模施工因其所需場地面積小，除架體拼裝和初步滑升階段需要汽車吊配合以外，其他施工過程利用自身提升系統(tǒng)吊裝混凝土和運輸鋼筋等材料，既克服了機械進場困難問題，又節(jié)省造價，經濟可靠，在山高谷深和地形陡峭的山區(qū)非常適用。

2、結構組成系統(tǒng)對比

自動液壓輥模系統(tǒng)主要由五大系統(tǒng)組成：鋼結構系統(tǒng)、自動液壓提升系統(tǒng)、電氣控制系統(tǒng)、安全和防護系統(tǒng)設計等。

滑模結構系統(tǒng)由模板系統(tǒng)、操作平臺、液壓提升設備、上料系統(tǒng)和輔助設備等組成。

輥模的鋼結構系統(tǒng)由上護欄、模板架平臺和下操作平臺組成，與滑模模板系統(tǒng)及操作平臺非常類似，輥模操作平臺上鋼結構提升橫梁替代傳統(tǒng)意義上的提升架，不但起到傳遞液壓千斤頂和外框架、桁架之間內力作用，為電氣控制和自動液壓提升設備也提供支撐，還橫穿墩身上側，降低施工人員的安全風險；二者架體都是由兩塊長模架體和兩塊短模架體組成，四塊排列成一個整體后利用螺栓緊固，架體拼裝完成后，接著使用汽車吊輸送混凝土，墩高滑升3米左右?；_始立龍門架、固定導向輪、安裝卷揚機、穿鋼絲繩，上料系統(tǒng)安裝結束后進行混凝土試吊，尤其驗證啟動、剎車和鈴聲提醒按鈕的功能完整性，試吊成功后撤去汽車吊，利用輥?；蚍Ｗ陨硖嵘到y(tǒng)垂直吊裝混凝土，對于鋼筋等材料的吊裝也是由卷揚機提供驅動力，以滑輪為支點，帶動緊固在鋼絲繩上鋼筋等上下完成施工材料的供應；輥模電氣和液壓控制設備得到進一步升級，采用自鎖式提升系統(tǒng)，一個行程距離增加到15cm；輥模內襯模采用樹脂面板和膠角拼裝，滑動時與墩身保持相對靜止，與框架相互分離，并且與框架之間只有水平推力和滾動摩擦力作用，模板分兩節(jié)，質量較輕，便于拆卸，然后在外框架上再次進行拼裝，循環(huán)作業(yè)，而滑模模板與外框架通過焊接連接，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行安裝，而滑模爬升桿的安裝是在澆筑第一層砼前穿過液壓千斤頂，調豎直度，支撐在基礎頂，沒有進行預埋定位。二者現場施工圖如下：

3、施工原理

輥模是通過在墩柱基礎預埋無縫鋼管用來定位和支撐，其外框架通過液壓千斤頂懸吊在提升架上，千斤頂以鋼管作為基礎支點帶動輥模外框架同步上升，千斤頂受控于提升控制電腦，通過帶動外框均勻、豎直的提升，來保障墩柱垂直度，輥模的外框架需要提前定位和調平，它主要是用來約束內襯模，保障墩柱外形尺寸和固定工作平臺用，輥模外框架與襯模發(fā)生滾動運動，內襯模與墩身保持相對靜止，內襯模與外框架之間受到混凝土側壓力和滾動摩擦力作用，當輥模外框向上提升一段距離后，混凝土達到初凝和終凝之間狀態(tài)，此時將襯模樹脂板和膠角從墩身上剝離下來，對墩身進行噴淋養(yǎng)生，再對樹脂板進行清理轉運至框架上繼續(xù)使用，進行逐節(jié)翻升，實現墩柱的連續(xù)和快速澆筑。

滑模是通過在基礎頂定位墩身模板，模體、桁架焊接拼裝完成后安裝提升架和液壓千斤頂，調整模體水平和垂直度，無縫鋼管豎直穿過液壓千斤頂夾孔，初滑之前墩柱混凝土與爬桿固結之后，以爬桿作為支撐，通過液壓控制臺實現千斤頂帶動桁架和模板系統(tǒng)一體滑升，滑模模板與桁架固結，與墩身保持相對滑動，模板受到混凝土的側壓力和滑動摩擦力作用，模板滑過墩身一段距離立即對墩身進行抹面修飾，再進行噴淋養(yǎng)護。

輥模施工的創(chuàng)新點之一在于融入翻模施工原理，將模板與框架進行分離，在框架隨著提升系統(tǒng)上升的同時與墩身保持相對靜止，避免對混凝土表面產生拉傷，另外對于混凝土初凝時間和初凝至終凝持續(xù)時間長短要求大大降低，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量；輥模施工另一項創(chuàng)新還在于引進新型材料，內襯模模板采用高分子PVC板，倒角使用膠質條，模板和模板、模板和膠角之間采用Z形接縫嵌接，密實混凝土，避免出現施工縫，模板質輕、強度高，很好地替代鋼板，既減小滑升過程中模板與框架之間滾動摩擦力，也方便模板翻升過程中連續(xù)施工操作。

4、施工工序

4.1施工流程

4.1.1輥模

場地平整測量放樣及定位安裝輥模裝置輥模調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

場地平整測量放樣及定位安裝滑模裝置滑模調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場地平整

根據現場地形、場地條件，安排機械配合人工平整場地并用混凝土硬化，場地周圍做好防護和排水設施，避免雨季地表積水和邊坡垮塌。

4.3測量放樣及定位

墩身基礎施工完畢之后先對基礎頂進行鑿毛，再對墩身四個控制點放樣，對于輥模施工還要根據鋼結構提升橫梁對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埋提前打上孔的鋼板，在鋼板上等距離打上4個膨脹螺栓，螺栓通過墊片穿過鋼板并與基礎錨固，此時鋼板定位牢固，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行滿焊，再把爬升桿插入基座管內。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，采用切割機把主筋原材端頭切平，再進行滾絲，主筋之間通過螺紋套筒連接，安裝完畢后調整主筋間距，在高出框架頂1.5m位置點焊橫向定位筋，再進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高設計，第一次澆筑混凝土高度75cm，待混凝土初凝開始進行輥模提升，第一次滑升45cm，緊接著再進行箍筋、套筋綁扎和第二節(jié)樹脂板的安裝，在這個過程中要注意觀察混凝土流動性和坍落度情況，如果出現混凝土干和離析情況應立即停止?jié)仓?，并且做試塊查明原因，才能進行再次澆筑，根據鋼筋綁扎和混凝土運輸速度計算分析，一般應控制其初凝時間在3小時以內，終凝時間為6個小時，混凝土經多次調試滿足要求之后，進行正常鋼筋綁扎、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個循環(huán)，把框架下面樹脂板拆除，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)的一般方法是通過手指按混凝土頂面，如果上面留有手指印但是混凝土沒有下陷，則表明混凝土強度達到滑升要求。

6）經過循環(huán)施工作業(yè)，在滑升至距設計墩頂4-6米處進行施工放樣，確定剩余墩高，并做好預埋進蓋梁主筋長度的計算，距墩頂2m左右再次進行放樣，以墩頂橫坡較低點為控制標高，滑升到設計墩頂時再次進行復測。

4.4.2滑模與輥模施工工藝及工、料、機對比

1）滑模沒有進行爬桿安裝定位。因其在組裝完模體并且調平之后，再進行提升架和液壓千斤頂的安裝，千斤頂安裝結束后再插入爬桿并且調整爬桿垂直度，對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行拼裝，由于混凝土隨時間變化會產生水化熱，墩身發(fā)生膨脹變形，務必會增大模板與墩身的滑動摩檫力，此方法可抵消墩身膨脹變形量，盡量減小二者之間滑動摩檫力。但此滑動摩擦力要遠大于同等條件下輥模滾動摩擦力，很容易對墩身造成一定程度的損傷。

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

4）工、料、機對比

上表可以得出輥模施工安全性和質量性較好的結論。

10、局限性——變截面施工

高墩輥模和滑模目前主要應用于等截面直線型高墩施工，對于變截面高墩施工應用非常少，鑒于輥模施工具有速度快、外觀質量好和經濟效益高等多重優(yōu)點，相信在未來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、結論

輥模施工相比滑模施工的優(yōu)勢主要在于能保證混凝土外觀質量，施工速度基本相同，對混凝土要求比較低，表面密實無縫隙，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，上下操作平臺均由安全護欄圍擋，降低了施工安全風險；使用新型材料樹脂面板和膠角，質輕、經濟、安全，節(jié)省模板翻升所需人工和時間。輥模施工因其能保證墩柱質量、經濟、環(huán)保，具備很強的技術優(yōu)勢和較好的發(fā)展前景，但