【学习目标】

特殊模板系统下的高墩施工流程如下：首先选择适宜的模板，再按照不同类型的（滑动模板、爬升模板、翻升模板）模板的施工工序和施工要点进行施工。滑动模板构造一般主要由工作平台、内外模板、混凝土平台、工作吊篮和提升设备等组成，另外要根据要求配置滑动模板提升工艺，主要有提升千斤顶、支承顶杆及液压控制装置等几部分。在滑模浇筑混凝土时要注意其施工要点，然后再进行灌注混凝土和提升与收坡及接长顶杆、绑扎钢筋。高桥墩其他几种常用模板（爬升模板、翻升模板）也应注意施工中的施工要点。

【任务要求】

本任务要求学生根据所学特殊模板系统下的高墩施工知识，能针对教师所提供的高墩施工的施工图纸，选择一种合适的模板类型推荐使用，并撰写模板比选方案书。

【任务指导】

公路通过深沟宽谷或大型水库，采用高桥墩，使桥梁更为经济合理。不仅可以缩短线路，节省造价，而且可以提高运营效益，减少日常维护工作。表6-9列有国内外主要高桥墩基本情况，高桥墩可分为实体墩、空心墩与钢架墩。自上世纪七十年代以后，较高的桥墩一般均采用空心墩。

表6-9 国内外主要高桥墩一览表（按墩高排列）

高桥墩的施工设备与一般桥墩所用设备大体相同，但其模板却另有特色。一般有滑动模板、爬升模板、翻升模板等几种，这些模板都是依附于灌注的混凝土墩壁上，随着墩身的逐步加高而向上升高。目前滑动模板的高度已达百米。滑动模板施工的主要优点：①施工进度快，在一般气温下，每昼夜平均进度可达5～6m。②混凝土质量好，采用干硬性混凝土，机械振捣，连续作业，可提高墩台质量。③节约木材和劳力，有统计资料表明，可节省劳动力30%，节约木材70%。④滑动模板可用于直坡墩身，也可用于斜坡墩身，模板本身附带有内外吊篮、平台与拉杆等，以墩身为支架，墩身混凝土的浇筑随模板缓慢滑升连续不断地进行，故而安全可靠。以下将重点介绍滑动模板施工法。

一、滑动模板构造

滑动模板是将模板悬挂在工作平台的围圈上，沿着所施工的混凝土结构截面的周界组拼装配，并随着混凝土的灌注由千斤顶带动向上滑升。滑动模板的构造，由于桥墩类型、提升工具的类型不同，模板构造也稍有差异，但其主要部件与功能则大致相同，主要由工作平台、内外模板、混凝土平台、工作吊篮和提升设备等组成，如图6-26所示。

图6-26 滑动模板构造示意图

a）等壁厚收坡滑模半剖面（螺杆千斤顶） b）不等壁厚收坡滑模半剖面（液压千斤顶） c）工作平台半剖面

1—工作平台 2—混凝土平台 3—辐射梁 4—栏杆 5—外钢环 6—内钢环 7—外立柱 8—内立柱 9—滚轴 10—外模板 11—内模板 12—吊篮 13—千斤顶 14—顶杆 15—导管 16—收坡丝杆 17—顶架横梁 18—步板 19—混凝土平台柱

1.工作平台

工作平台①由外钢环⑤、辐射梁③、内钢环⑥、栏杆④、步板（18）等组成，除提供施工操作的场地外，还用它把滑模的其他部分与顶杆（14）相互连接起来，使整个滑模结构支承在顶杆上。可以说，工作平台是整个滑模结构的骨架，因此，应具有足够的强度和刚度。

2.内外模板

内外模板⑩、（11）采用薄钢板制作，用于上下壁厚相同的直坡空心桥墩的滑模。内外模板均通过立柱⑦、⑧固定在工作平台的辐射梁上。用于上下壁厚相同的斜坡空心墩的收坡滑模，内外模板仍固定在立柱上，但立柱架或顶梁（17）不是固定在辐射梁上，而是通过滚轴⑨悬挂在辐射梁上，并可利用收坡丝杆（16）沿辐射方向移动立柱架及内外模板位置。用于斜坡式不等壁厚空心墩的收坡滑模，内外立柱固定在辐射梁上，而在模板与立柱间安装收坡丝杆，以便分别移动内外模板的位置。

3.混凝土平台

混凝土平台②由辐射梁、步板、栏杆等组成，利用立柱（19）支承在工作平台的辐射梁上，供堆放及灌注混凝土用。

4.工作吊篮

工作吊篮悬挂在工作平台的辐射梁和内外模板的立柱上，它随着模板的提升而向上移动，供施工人员对刚脱模的混凝土进行表面修饰和养生等施工操作之用。

5.提升设备

提升设备由千斤顶（13）、顶杆（14）、顶杆导管（15）等组成，通过顶升工作平台的辐射梁，使整个滑模提升。

二、滑动模板提升工艺

滑动模板提升设备主要有提升千斤顶、支承顶杆及液压控制装置等几部分。其提升过程为：

1.螺旋千斤顶提升步骤（图6-27）

（1）转动手轮②使螺杆③旋转，使千斤顶顶座④及顶架上横梁⑤带动整个滑模徐徐上升。此时，上卡头⑥、卡瓦⑦、卡板⑧卡住顶杆，而下卡头⑨、卡瓦⑦、卡板⑧则沿顶杆向上滑行，当滑至与上下卡瓦接触或螺杆不能再旋转时，即完成一个行程的提升。

（2）向相反方向转动手轮，此时，下卡头、卡瓦、卡板卡住顶杆①，整个滑模处于静止状态。仅上卡头、卡瓦、卡板连同螺杆、手轮沿顶杆向上滑行，至上卡头与顶架上横梁接触，或螺杆不能再旋转时为止，即完成整个一个循环。

图6-27 螺旋千斤顶提升示意图

1—顶杆 2—手轮 3—螺杆 4—顶座 5—顶架上的横梁 6—上卡头 7—卡瓦 8—卡板 9—下卡头 10—顶梁下横梁

2.液压千斤顶提升步骤（图6-28）

（1）进油提升 利用油泵将油压入缸盖③与活塞⑤间，在油压作用时，上卡头⑥立即卡紧顶杆①使活塞固定于顶杆上（图6-28a）。随着缸盖与活塞间进油量的增加，使缸盖连同缸筒④、底座⑨及整个滑模结构一起上升，直至上、下卡头⑧顶紧时（图6-28b），提升暂停。此时，缸筒内排油弹簧完全处于压缩状态。

（2）排油归位 开通回油管路，解除油压，利用排油弹簧⑦推动下卡头使其与顶杆卡紧，同时推动上卡头将油排出缸筒，在千斤顶及整个滑模位置不变的情况下，使活塞回到进油前位置。至此，完成一个提升循环。图6-28c为了使液压前千斤顶能协同一致地工作，应将油泵与各千斤顶用高压油管连通，由操作台统一集中控制。

提升时，滑模与平台上临时荷载全由支撑顶杆承受。顶杆多用A3与A5圆钢制作，ϕ25、A5圆钢的承载能力约为12.5kN（A3则为10kN）。顶杆一端埋置于墩、台结构的混凝土中，一端穿过千斤顶芯孔，每节长2.0～4.0m，用工具式或焊接。为了节约钢材使支承顶杆能重复使用，可在顶杆外安上套管，套管随同滑模整个结构一起上升，待施工完毕后，可拨出支承顶杆。

图6-28 液压千斤顶提升步骤

a）开始进油 b）进油终了、排油开始 c）进油终了

1—顶杆 2—行程调整帽 3—缸盖 4—缸筒 5—活塞 6—上卡头 7—排油弹簧 8—下卡头 9—底座

三、滑动模板的设计要点

滑动模板整体结构是混凝土成型的装置，也是施工操作的主要场地，必须具有足够的整体刚度、稳定性和合理的安全度。为了保证施工质量与安全，滑动模板各组成部件，必须按强度和刚度进行设计与验算。

1.荷载取值

作用在滑动模板整个结构上的荷载有静荷载与活荷载。工作平台、内外模板、混凝土平台、工作吊篮、提升设备、液压管线等自重都属于静荷载；操作人员、施工机具、平台上堆放的材料及半成品等的重力，以及滑升时混凝土与模板间的摩阻力等均属于垂直活荷载；向模板内倾倒混凝土时产生的冲击力，新浇筑混凝土对模板的侧压力，以及风荷载等均属于水平活荷载。具体可按有关规范与设计要求分别取值。

2.确定支撑顶杆和千斤顶的数量

（1）支撑顶杆的数量 其最小值n按下式计算：

n=KP/N （6-4）

式中 P——滑动模板提升时，全部静荷载和垂直活荷载；

N——单根支承顶杆的允许承载能力，按下式取值：

N=ψA[σ] （6-5）

ψ——纵向弯曲系数，可根据长细比大小查表确定；支承顶杆的计算长度L₀应根据不同的施工情况予以确定，如正常提升时：其自由长度L取千斤顶上卡头至新浇筑混凝土底部的距离，并视其上卡头处为固定、下端为铰接，所以L₀=0.7L；

A——支承顶杆的截面面积；

[σ]——支承顶杆的抗压允许应力；

K——工作条件系数，液压千斤顶取值为0.8。

提升过程中支承顶杆实际受力情况比较复杂，其允许承载力应根据工程实践的经验确定。上述计算确定的支承杆数量，还应根据结构物的平面和局部构造加以适当的调整。(www.daowen.com)

（2）千斤顶的数量 液压千斤顶起重力约为30kN，施工时考虑其他因素后，按15kN取值，大体上与支承顶杆的承载能力相同。即一根支承顶杆上安装一台千斤顶，所需千斤顶数量与支承杆数量相同。

3.确定支承顶杆、千斤顶、顶升架和工作平台的布置方案

（1）支承顶杆和千斤顶的布置方案 一般有均匀布置、分组集中布置、分组集中与均匀布置相结合等。在筒壁结构中多采用均匀布置方案；在平面较为复杂的结构中则宜采用分组集中与均匀相结合布置方案。

千斤顶在布置时，应使各千斤顶所承受的荷载大致相同，以利同步提升。当平台上荷载分布不均匀时，荷载较大的区域和摩阻力较大的区段，千斤顶布置的数量要多些。考虑到平台荷载内重外轻，在数量上内侧应较外侧布置多些，以避免顶升架提升时向内倾斜。

（2）顶升架的布置方案 应根据结构形式、建筑平面、平台荷载与刚度等进行布置。筒壁结构顶升架可采用均匀布置方案，间距控制在1.2～2.5m。

（3）工作平台的布置方案 必须保证其结构的整体性与足够的刚度，应根据施工对象的结构特点、荷载大小和分布情况；顶升架和千斤顶的布置要求；垂直运输方式等来确定工作平台的布置方案。圆形结构中，工作平台的承重结构、承重桁架或梁宜采用辐射形布置。使平台的刚度好，作用在各顶升架上的荷载比较均匀；方形结构中，工作平台的承重结构可单向或双向布置，单向布置时，承重梁间应设置水平支承，两端的承重梁应设置垂直支撑，以加强平台的结构整体性和稳定性。

4.模板的设计

模板的设计包括模板尺寸的确定和模板的刚度。模板必须具有足够的刚度，才能保证浇筑混凝土和提升过程中，在混凝土侧压力作用下不发生超过允许的变形值。一般条件下，模板在水平荷载作用下，其支点间在力作用方向的变形不应超过1/1000。作用在模板上的水平荷载主要是新浇筑混凝土的侧压力，此时，模板按简支板计算。因为滑模施工中，模板有一定倾斜度，出模混凝土具有0.05～0.25MPa的强度，所以模板底部的混凝土对模板已不存在侧压力。在侧压力作用的高度范围内，模板承受的侧压力图形如图6-29所示。

新浇混凝土的侧压力计算式为：

P=1/2γh （6-6）

式中 P——新浇混凝土侧压力的计算最大值（kPa）；

γ——混凝土的容重（kN/m³）；

h——侧压力的计算作用高度，h=0.65H～0.70H，H为模板高度。

侧压力的合力为0.75Ph，合力作用点距模板上口的距离在3h/5处。

图6-29 作用在模板上的侧压力计算简图

5.顶升架与工作平台的设计

顶升架的构造形式，主要是根据结构水平截面形状、部位和千斤顶的类型决定的。一般常采用一字型的单横梁式或双横梁式。顶升架承受提升时的全部垂直荷载，以及混凝土与模板的侧压力等水平荷载，其计算内容包括顶升架立柱间的净宽W和立柱设计。对于等截面结构的滑模工程，净宽W为：

W=A+2（B+C+D）+E （6-7）

式中 A——结构的截面宽度（m）；

B——模板的厚度（m）；

C——围圈的宽度（m）；

D——支承围圈的支托宽度（m）；

E——由于模板的倾斜度要求两侧放宽的尺寸（m）。

顶升架的横梁底面与模板顶面间的距离，对于钢筋混凝土结构取值0.45～0.50m，主要是为了满足绑扎水平钢筋和预埋件的要求。顶升架的立柱按拉弯构件计算。

工作平台的计算可视其具体受力情况，按常用的结构计算方法验算其强度。此外，还有液压系统的设计。

图6-30为泸洲长江大桥主墩用滑动模板构造示意图。该滑模的最大平面尺寸为18.5m×11.9m，高度为4.6m，系按自重、施工卷扬机重力（约600kN）、操作人员荷载、施工机具（600kN）、起吊荷载（90kN）及摩阻力等，总计1540kN提升力进行设计。选用84个QY3.5油压千斤顶进行顶升，为安全考虑，每个千斤顶按20kN提升力进行设计。共可顶升1680kN。支承顶杆用A3钢ϕ28，共计84根。千斤顶共分9组，根据滑模各部受力的大小，布置在35个提升架上，由一台油泵给各千斤顶供油。主墩施工高度为30～40m。

四、滑模浇筑混凝土施工要点

1.滑模组装

在墩位上就地进行组装时，安装步骤为：

1）在基础顶面搭枕木垛，定出桥墩中心线。

2）在枕木垛上先安装内钢环，并准确定位，再依次安装辐射梁、外钢环、立柱、千斤顶、模板等。

图6-30 泸州大桥主墩滑模构造示意

1—提升架 2—滑模角钢 3—下层模板角钢 4—下层外模 5—上层模板 6—下层接长提升架立柱 7—内模板 8—液压千斤顶 9—下层外模拉杆 10—隔板混凝土底模板 11—底模木横架 12—底模立柱 13—125工字钢横梁 14—工字钢平撑 15—支撑杆 16—加固支撑杆平·斜撑 17—墩身钢筋混凝土 18—随升井架 19—第一层工作平台 20—第二层工作平台 21—吊脚手平台 22—工字钢横梁

3）提升整个装置，撤去枕木垛，再将模板落下就位，随后安装余下的设施；内外吊架待模板滑升至一定高度，及时安装；模板在安装前，表面需涂润滑剂，以减少滑升时的摩阻力；组装完毕后，必须按设计要求及组装质量标准进行全面检查，并及时纠正偏差。

2.灌注混凝土

滑模宜灌注低流动度或半干硬性混凝土，灌注时应分层、分段对称地进行。分层厚度20～30cm为宜，灌注后混凝土表面距模板上缘宜有不小于10～15cm的距离。混凝土入模时，要均匀分布，应采用插入式振动器振捣，振捣时应避免触及钢筋及模板，振动器插入下一层混凝土的深度不得超过5cm；脱模时混凝土强度应为0.2～0.5MPa，以防在其自重压力下坍塌变形。为此，可根据气温、水泥标号经试验后掺入一定量的早强剂，以加速提升；脱模8h左右后开始养生，用吊在下吊架上的环绕墩身的带小孔的水管来进行。养生水管一般设在距模板下缘1.8～2.0m处效果较好。

3.提升与收坡

整个桥墩灌注过程可分为初次滑升、正常滑升和最后滑升三个阶段。从开始灌注混凝土到模板首次试升为初次滑升阶段；初灌混凝土的高度一般为60～70cm，分三次灌注，在底层混凝土强度达到0.2～0.4MPa时即可试升。将所有千斤顶同时缓慢起升5cm，以观察底层混凝土的凝固情况。现场鉴定可用手指按刚脱模的混凝土表面，基本按不动，但留有指痕，砂浆不沾手，用指甲划过有痕，滑升时能耳闻“沙沙”的摩擦声。这些表明混凝土已具有0.2～0.4MPa的脱模强度，可以开始再缓慢提升20cm左右。初升后，经全面检查设备，即可进入正常滑升阶段。即每灌注一层混凝土，滑模提升一次，使每次灌注的厚度与每次提升的高度基本一致。在正常气温条件下，提升时间不宜超过1h。最后滑升阶段是混凝土已经灌注到需要高度，不再继续灌注，但模板尚需继续滑升的阶段。灌完最后一层混凝土后，每隔1～2h将模板提升5～10cm，滑动2～3次后即可避免混凝土模板胶合。滑模提升时应做到垂直、均衡一致，顶架间高差不大于20mm，顶架横梁水平高差不大于5mm，并要求三班连续作业，不得随意停工。

随着模板的提升，应转动收坡丝杆，调整墩壁曲面的半径，使之符合设计要求的收坡坡度。

4.接长顶杆、绑扎钢筋

模板每提升至一定高度后，就需要穿插进行接长顶杆、绑扎钢筋等工作。为了不影响提升时间，钢筋接头均应事先配好，并注意将接头错开。对预埋件及预埋的接头钢筋，滑模抽离后，要及时清理，使之外露。

在整个施工过程中，由于工序的改变、或发生意外事故，使混凝土的灌注工作停止较长时间，即需要进行停工处理。例如，每隔半小时左右稍为提升模板一次，以免粘结；停工时在混凝土表面要插入短钢筋等，以加强新老混凝土的粘结；复工时还需将混凝土表面凿毛，并用水冲走残渣，湿润混凝土表面，灌注一层厚度为2～3cm的1∶1水泥砂浆，然后再灌注原配合比的混凝土，继续滑模施工。

爬升模板施工与滑动模板施工相似，不同的是支架通过千斤顶支撑于预埋在墩壁中的预埋件上。待浇筑好的墩身混凝土达到一定强度后，将模板松开，千斤顶上顶，把支架连同模板升到新的位置。模板就位后，再继续浇筑墩身混凝土。如此循环往复，逐节爬升。每次升高约2m。

爬升模板施工是采用一种特殊钢模板，一般由三层模板组成一个基本单元，并配置有随模板升高的混凝土接料工作平台。当浇筑完上层模板的混凝土后，将最下层模板拆除翻上来拼装成第四层模板，以此类推，循环施工。翻升模板也能够用于有坡度的桥墩施工。侯月线子沟大桥高桥墩就是采用翻升模板施工的，如图6-31所示。

图6-31 侯月线子沟大桥翻升模板构造图

a）翻模断面 b）翻模平面 c）侧面

五、高桥墩其他几种常用模板的施工要点（表6-10）

表6-10 滑动模板、爬升模板、翻升模板施工方法对比一览表

（续）