東平水道雙索面曲線斜拉橋主塔爬模爬架法施工關(guān)鍵技術(shù)

尹本文， 程 曄， 謝瑾榮

(1．中鐵港航局集團(tuán) 第二工程有限公司，廣東 廣州 510800;2．中山大學(xué) 工學(xué)院，廣東 廣州 510275)

1 工程概況

東平水道特大橋跨穗鹽路斜拉橋位于穗鹽路東路與西環(huán)高速公路相交處，主塔47#墩中心里程為GDK815 +258．83，并在該處通過下橫梁橫穿西環(huán)高速，孔跨布置為32．6 m +175 m +175 m +32．6 m，為四線鐵路獨(dú)塔雙索面曲線斜拉橋，其平曲線半徑為R = 1 147．8 m，見圖1。

圖1 獨(dú)塔雙鎖斜拉橋示意圖

穗鹽路鐵路大橋主塔采用C55 混凝土，坐落在中心高度為4．657 m，兩邊高度為5 m 的塔座上，索塔雙肢均為變斜率空心的鋼筋混凝土柱，主塔總高( 自塔座底部起) 為138．944 m，其中索塔的下塔肢高度為13．4 m，下塔肢最大截面為9 m ×8．323 m，中塔肢高度為59．788 m，上塔肢高度為35．637 m。

主塔塔柱順橋向外側(cè)面自塔座往上81．669 m 為直線段，以1∶ 7．91 的斜率向內(nèi)傾斜，81．669 m 至119．127 m 為圓曲線段，采取半徑為300 m 的圓弧繼續(xù)向內(nèi)傾斜，從119．127 m 至塔頂，共19．82 m，為斜拉索錨固區(qū)，為豎直線段。主塔塔柱順橋向內(nèi)側(cè)面自塔座頂往上5．886 m 為豎直線段，從5．886 m 至10．035 m 為圓曲線段，采用半徑為40 m 的圓弧段向鋼箱梁側(cè)傾斜，從10．035 m 至80．588 m 為直線段，以1∶ 9．59 的斜率向鋼箱梁中心線側(cè)傾斜，從80．588 m 至103．307 m 為圓曲線段，以半徑為262．033 m 的圓弧亦向鋼箱梁中心線傾斜，最后從103．037 m 至137．944 m 為直線段( 斜拉索錨固區(qū)) 。主塔塔柱橫橋向兩側(cè)面均以1∶137．02 的斜率承對(duì)稱向塔柱中心傾斜。

2 主塔爬模爬架法施工方案及模板選型

2．1 主塔總體施工方案

依據(jù)工期計(jì)劃安排，同時(shí)結(jié)合以往成功的施工經(jīng)驗(yàn)，主塔施工標(biāo)準(zhǔn)節(jié)取6 m，在下塔柱區(qū)及上、下橫梁處設(shè)置非標(biāo)準(zhǔn)節(jié)作為調(diào)整段。單個(gè)塔柱共分為24 節(jié)施工。由于施工空間受西環(huán)高速公路橋的限制，下塔柱第一節(jié)施工采取支架法進(jìn)行，第二節(jié)開始每個(gè)塔柱除了塔身內(nèi)側(cè)面無法安裝爬架外，其余三面可安裝爬架，利用爬架提供施工平臺(tái)，塔身內(nèi)側(cè)面仍采取鋼管腳手架搭設(shè)施工平臺(tái)。第三節(jié)即可安裝塔身內(nèi)側(cè)面爬架，并采取爬模爬架法完成剩余塔柱的混凝土灌注。

主塔整體施工流程為:施工準(zhǔn)備( 塔吊安裝) →塔座施工→下塔柱施工( 爬模安裝) →墩旁支架及西環(huán)防護(hù)棚施工→提升站及橫移支架施工→下橫梁區(qū)塔柱施工→塔身施工( 安裝爬架) →中塔柱施工→上塔柱及塔冠施工。

2．2 爬模爬架法施工方案與模板選型

高度為4．553 m 的非標(biāo)準(zhǔn)節(jié)段就到達(dá)高程84．6 m( 中橫梁與塔柱交接處底點(diǎn)) 。外墻截面長和寬變化相應(yīng)要求削減模板。下部的仰爬面及俯爬面長度最大，且截面長度變化最快，為適應(yīng)上部的截面，平臺(tái)搭設(shè)范圍有限，角部的處理方法是在兩邊的平臺(tái)上放置活動(dòng)式跳板，但仍然要求對(duì)該活動(dòng)式跳板牢固搭設(shè)防護(hù)欄桿。由于仰爬面及俯爬面長度較大，故該兩面安裝3 個(gè)機(jī)位，機(jī)位布置間距為2．6 m; 斜爬面較窄，故只安裝兩個(gè)機(jī)位，布置間距為3．2 m。

主塔外表面的液壓自爬模施工自下橫梁處( 即從塔身段) 開始，爬模爬架布置見圖2。每肢有一面俯爬，兩面斜爬和一面仰爬，仰爬面與橫梁相接。塔身段仰爬面斜率不發(fā)生變化，該面自爬模一經(jīng)安裝就可一直爬升到達(dá)中橫梁底。下橫梁采用支架法支模澆筑，為了不因下橫梁施工而耽誤主塔柱施工進(jìn)度，主塔柱與下橫梁要分開澆筑。使用液壓自爬模的專用爬模板連續(xù)澆筑9 個(gè)標(biāo)準(zhǔn)節(jié)段，每個(gè)節(jié)段澆筑6 000 mm，再加上一個(gè)

圖2 爬模布置圖(單位:mm)

由于主塔表面承流線型變化，若采用鋼模，需要的鋼模規(guī)格太多，不利于模板的調(diào)整組拼，且浪費(fèi)較大，故主塔爬模面板采用組拼式大塊木結(jié)合模，木膠合板擬采用進(jìn)口堆薩板，爬模系統(tǒng)主要包括方木條、工字鋼、2［14b 型鋼背梁、對(duì)拉拉桿、緊固件及扣件等，主塔內(nèi)模采用木模，采取預(yù)埋角鋼牛腿搭設(shè)施工平臺(tái)進(jìn)行安裝。

3 爬模爬架法施工技術(shù)

3．1 爬模爬架體系組成及使用功能

索塔擬采用液壓自動(dòng)化爬模系統(tǒng)［1-3］進(jìn)行施工，自動(dòng)液壓爬模體系主要由液壓爬架和模板體系組成，其中爬架系統(tǒng)包括爬升裝置、模板移動(dòng)支架、后移裝置、外爬架、液壓系統(tǒng)等部件組成，自動(dòng)液壓爬模體系主要部件有:主梁，立桿，可調(diào)斜撐，中平臺(tái)，下平臺(tái)，上平臺(tái)架體，液壓頂升裝置等。自爬模的頂升運(yùn)動(dòng)通過液壓油缸對(duì)導(dǎo)軌和爬架交替頂升來實(shí)現(xiàn)［4-5］，導(dǎo)軌和爬模架互不關(guān)聯(lián)，二者之間可進(jìn)行相對(duì)運(yùn)動(dòng)，當(dāng)爬模架工作時(shí)，導(dǎo)軌和爬模架都支撐在埋件支座上，二者之間無相對(duì)運(yùn)動(dòng)，退模后在退模留下的爬錐上安裝受力螺栓、掛座體及埋件支座，調(diào)整上下軛棘爪方向來頂升導(dǎo)軌，待導(dǎo)軌頂升就位于埋件支座上后，拆除位于下平臺(tái)處的埋件支座、爬錐等部件，在解除爬模架上所有拉結(jié)之后就可以開始頂升爬模架，此時(shí)導(dǎo)軌保持不動(dòng)，調(diào)整上下棘爪方向后啟動(dòng)油缸，爬模架相對(duì)導(dǎo)軌向上提升，通過導(dǎo)軌和爬模架這種交替提升，爬模架即可沿著墻體上預(yù)留的爬錐逐層提升。

3．2 體系安裝

爬架分段進(jìn)行組裝，主要分為附墻段和工作段兩部分。根據(jù)爬架結(jié)構(gòu)進(jìn)行分塊，在拼裝場(chǎng)將承重架段組合成爬升架組件，爬架孔與孔之間的尺寸誤差應(yīng)滿足要求，并檢查組合架的穩(wěn)定性和牢固性。安裝爬升模板前，應(yīng)檢查工程結(jié)構(gòu)上預(yù)埋螺栓的孔徑和位置是否正確，如有偏差，必須糾正后方可安裝爬升模板，以下介紹主要部件的安裝方法［6-7］:

(1) 安裝預(yù)埋件。依次拆除模板支撐用的加固鋼管、拆除對(duì)拉螺桿，退模并清理模板;裝外墻埋件總成系統(tǒng)，包括外墻掛座體，受力螺栓，埋件支座等受力螺栓必須擰緊到位;再將掛座體就位，由墻的側(cè)面將埋件支座套入掛座體，預(yù)埋件即安裝就緒。

(2) 組裝并吊裝外側(cè)承載三角架。將外墻主梁( 含后移裝置) 、立桿、可調(diào)斜撐組裝為外墻承載三角架( 圖3) ，并安裝附墻裝置。將承重楔插入埋件支座腰形孔，按圖4 所示吊點(diǎn)吊裝外側(cè)三角架準(zhǔn)確就位。

(3) 安裝主平臺(tái)。安裝外墻主平臺(tái)及時(shí)安裝各機(jī)位連接角鋼，控制各榀承載三角架之間的距離，保證各榀承載三角架所組成的平面垂直于墻面，并且相互平行;吊裝支承槽鋼;搭設(shè)主平臺(tái)跳板;搭設(shè)主平臺(tái)跳板時(shí)預(yù)留人孔，制作爬梯，配置人孔蓋板。

圖3 三角架示意圖圖

(4) 安裝爬模上平臺(tái)及模板，液壓裝置，中下平臺(tái)。組裝外墻上平臺(tái); 吊裝上平臺(tái)，插入銷子及發(fā)卡并將可調(diào)支撐一端與上平臺(tái)連接，可調(diào)支撐另一端安裝在后移裝置上;在模板指定位置安裝埋件;吊裝模板就位;搭設(shè)外架平臺(tái)鋼管;吊裝結(jié)束后，將各上平臺(tái)用鋼管連接并加固;搭設(shè)上平臺(tái)跳板，搭設(shè)時(shí)預(yù)留人孔，制作爬梯，配置人孔蓋板;各平臺(tái)搭設(shè)完畢后，進(jìn)行整體爬模架的加固;安裝上下軛、油缸及液壓油路。

(5) 模板拼裝。外模板的拼裝步驟為:測(cè)量底口位置并固定好底口平面位置，并與塔柱體頂緊牢靠;調(diào)整頂口平面位置，并調(diào)整頂口標(biāo)高保持一致，定位后將模板臨時(shí)固定于勁性骨架上;安裝第二塊模板，模板之間的縫口通過豎肋、橫肋連接固定; 逐塊模板按順序依次拼裝完; 穿拉桿固定模板。內(nèi)模拼裝前需先搭設(shè)好鋼管腳手架做為施工平臺(tái)及模板頂撐系統(tǒng)。第一節(jié)鋼管腳手架為落地式，第二節(jié)開始，采用在前一節(jié)施工時(shí)預(yù)埋角鐵做為牛腿，然后在牛腿上焊接臨時(shí)平臺(tái)，在平臺(tái)上搭設(shè)鋼管腳手架施工。模板拼裝完成后如圖5 所示。

圖4 外側(cè)三角架吊裝圖

(6) 退模后安裝導(dǎo)軌。調(diào)整可調(diào)斜撐使模板脫離墻面，并用搬手轉(zhuǎn)動(dòng)齒輪軸使后移裝置移動(dòng)540 mm 左右，插入銷子固定。清掃模板，安裝埋件系統(tǒng)。拆去導(dǎo)軌下方的滾輪裝置。塔吊提導(dǎo)軌自上而下的插入，先后通過兩個(gè)埋件支座，主梁限位板，上軛蓋、上軛底，下軛蓋、下軛底和附墻滾輪裝置，防墜器，直到導(dǎo)軌承載舌與第一個(gè)埋件支座相抵為之( 此時(shí)應(yīng)注意:插入導(dǎo)軌過程當(dāng)中如需要向上提起導(dǎo)軌必須將上下軛搖臂轉(zhuǎn)動(dòng)到導(dǎo)軌提升狀況，即搖臂傾斜) 。安裝導(dǎo)軌下部滾輪裝置。進(jìn)入正常的液壓自爬模作業(yè)。

導(dǎo)軌安裝完成后提升外墻爬模架;安裝中、下平臺(tái)，搭設(shè)中、下平臺(tái)跳板，搭設(shè)時(shí)預(yù)留人孔，制作爬梯，配置人孔蓋板;在下平臺(tái)靠墻面一側(cè)搭設(shè)可翻轉(zhuǎn)的防墜落板。至此，進(jìn)入外墻液壓自爬模循環(huán)作業(yè)。

圖5 模板拼裝完成后示意圖

3．3 爬模爬架法施工技術(shù)要點(diǎn)

液壓自爬模的主要工作步驟如下:①在已經(jīng)澆筑好的混凝土結(jié)構(gòu)上安裝預(yù)埋件; ②安裝上、中、下平臺(tái)及模板;③固定模板;④澆筑混凝土;⑤退模、安裝預(yù)埋件;⑥頂升并固定導(dǎo)軌;⑦頂升爬架;⑧重復(fù)步驟③，如此往復(fù)。以下主要介紹導(dǎo)軌爬升、爬架爬升、預(yù)埋件及模板施工的主要工作流程及技術(shù)要點(diǎn)［6-7］:

(1) 導(dǎo)軌爬升。導(dǎo)軌爬升前應(yīng)做好以下工作:①安裝上部爬升錨板和爬靴并及時(shí)檢查其實(shí)際位置與理論位置是否一致，不符合要求的應(yīng)進(jìn)行相應(yīng)的調(diào)整。爬升懸掛件安裝好后，應(yīng)派專人檢查其連接高強(qiáng)螺栓是否完全到位。用棉紗清潔導(dǎo)軌，并在導(dǎo)軌表面涂上潤滑油。改變上下?lián)Q向盒舌體的狀態(tài)，使其一致向上。導(dǎo)軌爬升時(shí)，液壓裝置應(yīng)由專人操作，現(xiàn)場(chǎng)施工負(fù)責(zé)人必須到場(chǎng)。與實(shí)驗(yàn)室聯(lián)系確認(rèn)砼強(qiáng)度是否已達(dá)到20 MPa 以上。②確認(rèn)爬升準(zhǔn)備工作完全符合要求后，啟動(dòng)液壓控制柜，開始導(dǎo)軌的爬升。③導(dǎo)軌爬升時(shí)，外爬架0 號(hào)平臺(tái)及1 號(hào)平臺(tái)上個(gè)配3 人和一臺(tái)對(duì)講機(jī)，并選用專用頻道，以保證通訊暢通。④軌道每爬升一格時(shí)應(yīng)通過對(duì)講機(jī)聯(lián)絡(luò)，并確認(rèn)上下爬箱是否都到位，到位后才可開始下一格爬升。⑤導(dǎo)軌爬升至接近上部懸掛靴的高度時(shí)暫停，復(fù)核導(dǎo)軌與爬靴上導(dǎo)軌槽口的位置是否一致，若不一致，調(diào)節(jié)下方的支撐腳，使導(dǎo)軌能夠順利地通過懸掛靴的導(dǎo)軌槽口。⑥導(dǎo)軌爬升到位后，應(yīng)換向盒換向，對(duì)導(dǎo)軌預(yù)壓。⑦關(guān)閉控制柜、切斷電源，完成導(dǎo)軌的爬升。⑧拆除下層爬架懸掛件，取出混凝土內(nèi)的預(yù)埋錨錐，及時(shí)修補(bǔ)螺栓孔，以便進(jìn)行爬架的爬升。⑨發(fā)現(xiàn)導(dǎo)軌爬升不同步及其它異常情況時(shí)應(yīng)停下來研究處理。

(2) 爬架爬升。爬架爬升前應(yīng)做好以下工作:①撤除各層平臺(tái)中所有連接平臺(tái)。應(yīng)清除爬架上不必要的荷載( 如鋼筋頭、氧氣乙炔空瓶等) 。抬起爬升導(dǎo)軌底部支撐腳，并旋轉(zhuǎn)伸長使其垂直頂緊塔身混凝土面。將承重架下支撐的支撐腳完全縮回。改變上下?lián)Q向盒的狀態(tài)，使其一致向下。檢查爬架長邊與短邊的連接( 如電線) 等是否已解除及安全保護(hù)繩是否已套牢。檢查塔吊至爬架主電纜的懸掛長度，保證爬架爬升時(shí)電纜有足夠的長度。爬架爬升時(shí)，液壓裝置應(yīng)由專人操作，現(xiàn)場(chǎng)施工負(fù)責(zé)人必須到場(chǎng)。檢查上節(jié)段砼修補(bǔ)是否已符合要求。②經(jīng)確認(rèn)爬架爬升準(zhǔn)備工作已完全符合要求后，啟動(dòng)液壓控制柜，拔去安全插銷，開始爬升。第③和第④步工作要求同導(dǎo)軌爬升。⑤當(dāng)爬架爬升到位后，應(yīng)及時(shí)插上承重銷及安全插銷。⑥關(guān)閉控制柜、切斷電源，完成爬架的爬升工作。⑦旋上支撐腳至混凝土面，調(diào)節(jié)支撐架使豎向支架與混凝土面平行。⑧爬架爬升到位后，檢查異常并確保所有平臺(tái)角部防護(hù)是否已恢復(fù)到平臺(tái)使用狀態(tài)。

(3) 預(yù)埋件及模板施工。①預(yù)埋前，現(xiàn)場(chǎng)技術(shù)員應(yīng)檢查其是否完全進(jìn)入錐形螺母。②預(yù)埋時(shí)，嚴(yán)禁采取電焊固定方式。③嚴(yán)格控制鋼筋堆放在爬架上的重量。④等混凝土達(dá)到一定強(qiáng)度后，拆除模板系統(tǒng)的對(duì)拉桿及附著在模板上的懸掛螺栓。⑤模板拆除后應(yīng)及時(shí)進(jìn)行確定爬架懸掛預(yù)埋件位置的工作，在此過程中，操作工人應(yīng)嚴(yán)格按現(xiàn)場(chǎng)技術(shù)人員所提供的數(shù)據(jù)進(jìn)行作業(yè)，同時(shí)值班技術(shù)員應(yīng)跟班作業(yè)。⑥每次模板安裝前，應(yīng)通知測(cè)量測(cè)放相應(yīng)施工節(jié)段的模板底標(biāo)高。⑦模板按測(cè)量所放理論位置安裝到位后，應(yīng)及時(shí)通知測(cè)量復(fù)核。⑧應(yīng)確保模板下口與已澆節(jié)段砼的結(jié)合嚴(yán)密。同時(shí)應(yīng)保證模板間接縫嚴(yán)密。⑨模板對(duì)拉桿安裝時(shí)，應(yīng)確保端部塑料套與模板的結(jié)合嚴(yán)密，同時(shí) 應(yīng)使拉桿處于拉直狀態(tài)。⑩澆筑過程中應(yīng)派專人觀察模板的變形及偏位情況，并做出及時(shí)處理。

4 施工安全與質(zhì)量保證措施

主塔從承臺(tái)面計(jì)算高度約為142 m，比西環(huán)橋面仍要高出132 m，施工存在的安全風(fēng)險(xiǎn)非常大，為了不出現(xiàn)高空墜物砸到行車及西環(huán)結(jié)構(gòu)的情況，采取雙層保護(hù)措施［7］對(duì)主塔施工進(jìn)行控制:①為主塔爬模施工采取全包圍式防護(hù)，爬模爬架所有操作平臺(tái)用鋼管護(hù)欄及密目網(wǎng)進(jìn)行包圍，不留空隙。同時(shí)塔吊吊裝施工時(shí)，吊欄采用五面圍蔽措施;②為在主塔施工里程方向兩側(cè)60 m 范圍內(nèi)，利用墩旁支架平臺(tái)滿鋪鋼板和在西環(huán)橋面上搭設(shè)固定式防護(hù)棚進(jìn)行防護(hù)，防止意外墜物直接砸落至西環(huán)橋面上。

同時(shí)，對(duì)爬模爬架采取的主要措施［7］有:①因模板在拆除和安裝時(shí)面板與面板之間相互錯(cuò)動(dòng)，易導(dǎo)致面板端頭容易破損，在面板端頭增設(shè)邊肋角鋼進(jìn)行保護(hù)。②每層墻體澆筑完成后，在砼墻體上彈線找平，沿線切割砼表面，切線應(yīng)平直，混凝土上表面在沖洗干凈后再合模夾緊。③下平臺(tái)與墻面接口處采用合頁護(hù)欄，以確保不會(huì)有雜物從接口處掉落。④模板合模時(shí)，外墻模板的移動(dòng)是由齒輪齒條機(jī)構(gòu)來完成的。移動(dòng)即將結(jié)束前注意使拉緊螺栓插入移動(dòng)齒條的相應(yīng)連接孔中，并且旋緊該螺栓，這樣既可使模板緊靠混凝土墻體，又能有效地抵抗風(fēng)荷載。⑤外平臺(tái)模板移動(dòng)前，調(diào)整可調(diào)斜撐使模板傾斜;外平臺(tái)模板移動(dòng)結(jié)束后，及時(shí)將后移裝置與主梁連接的銷軸插好就位，以防風(fēng)荷載等引起上平臺(tái)大幅晃動(dòng)，發(fā)生安全事故。在模板移動(dòng)的過程中齒條銷始終被插入齒條插口，如發(fā)現(xiàn)大風(fēng)一起，操作工人只要隨手用榔頭敲打齒條銷就可以有效地停止移動(dòng)。⑥模板架升降結(jié)束后一定要立即及時(shí)在承重三角架的主梁外部與下部埋件支座之間拉好防風(fēng)纜繩⑦模板拆除時(shí)，應(yīng)由上至下進(jìn)行，所拆的材料，不得拋扔。拆下的模板及木方運(yùn)到指定地點(diǎn)清理干凈、堆碼整齊，不得亂堆亂放，平臺(tái)上嚴(yán)防模板及木方的釘子朝天傷人。

5 結(jié)語

液壓爬模是目前國內(nèi)斜拉橋塔身施工中較為先進(jìn)的施工工藝，既能滿足進(jìn)度要求，又給作業(yè)人員提供了一個(gè)安全、寬敞的作業(yè)平臺(tái)。液壓自爬模的動(dòng)力來源于本身自帶的液壓頂升系統(tǒng)，通過液壓系統(tǒng)可使模板架體與導(dǎo)軌間形成互爬，從而使液壓自爬模在施工過程中無需其它起重設(shè)備爬升速度快、，操作方便、安全性高，使施工質(zhì)量和工期均得到了保障。目前該工程施工進(jìn)展順利，表明本文爬模爬架法施工技術(shù)安全可行。

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