高墩柱外爬架施工工藝研究

溫海峰

摘要：高墩柱施工傳統(tǒng)工藝為翻模法，不僅安全性差，而且不利于墩身養(yǎng)護(hù)及拉桿孔的處理；本文設(shè)計(jì)了一種新的施工工藝，外爬架施工，不僅克服了傳統(tǒng)工藝的缺點(diǎn)，而且施工速度較快，施工費(fèi)用較低。

Abstract： The traditional technique of high pier construction is the overturning method， which is not only poor in safety but also unfavorable to the pier body curing and the treatment of drawbar holes. This paper has designed a new construction technique： outer climbing frame construction. This technique not only overcomes the disadvantages of traditional craftsmanship， but also its construction speed is faster and construction costs are lower.

關(guān)鍵詞：外爬架；墩柱；施工；工藝；翻模

Key words： outer climbing frame；pier column；construction；process；overturning

中圖分類號(hào)：U445.55+9 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1006-4311（2018）18-0129-04

0 引言

汕（頭）湛（江）高速公路云浮至湛江段及支線工程項(xiàng)目（下簡稱“云湛項(xiàng)目”）是廣東省高速公路網(wǎng)規(guī)劃的“二橫”線的一段，是珠三角通往粵西地區(qū)、西南地區(qū)以及大陸連接海南島的干線通道。其中10標(biāo)、11標(biāo)地處山區(qū)，橋梁墩柱較高，采用傳統(tǒng)的施工工藝，質(zhì)量和安全均難以保證，是云湛高速陽化段重難點(diǎn)工程，本文在傳統(tǒng)工藝翻模法的基礎(chǔ)上進(jìn)行改進(jìn)，不僅提升了高墩柱施工的安全性，而且也極大地改善了提升了墩柱混凝土外觀質(zhì)量。

1 傳統(tǒng)高墩柱施工工藝的缺點(diǎn)

傳統(tǒng)高墩施工模板系統(tǒng)普遍采用翻模法，操作平臺(tái)附于模板，施工操作空間受限大，鋼筋綁扎及模板安裝、拆除安全風(fēng)險(xiǎn)大，易發(fā)生安全事故；翻模過程中發(fā)生的墩柱混凝土修補(bǔ)及大量拉桿孔處理難度極大，且混凝土養(yǎng)生系統(tǒng)難以保證持續(xù)養(yǎng)生；塔吊使用頻率高，易發(fā)生機(jī)械事故和物體打擊事故。

2 外爬架施工工藝

墩身外應(yīng)在塔吊及安全爬梯的配合下安裝一套整體式外爬架，要求其和模板之間預(yù)留一定間距，外爬架對(duì)模板安裝和砼澆筑施工來說，是重要的施工平臺(tái)，同時(shí)對(duì)墩身施工來說，它還是重要的全封閉安全防護(hù)裝置。

2.1 外爬架組成

完整的外爬系統(tǒng)組成主要包括三個(gè)部分，即支承系統(tǒng)、底座、腳手架。

2.1.1 支承系統(tǒng)

外爬架的支承系統(tǒng)共由4根直徑為80mm鋼棒組成，插入墩身預(yù)埋孔內(nèi)，鋼棒兩端設(shè)限位裝置（螺母），使其與墩身鎖定，鋼棒長1.1m，每次澆筑砼均須在基模0.5m以下設(shè)置預(yù)留孔；鋼棒需定期進(jìn)行探傷檢查，發(fā)現(xiàn)損傷須立即更換，以保證支撐鋼棒的安全性能。

2.1.2 底座

外爬架底座橫橋向每邊采用2根I36b工字鋼，縱橋向2根I22工字鋼，均與墩身凈距為10cm，構(gòu)成“井”字框架，然后上部依次順橋向4根I22工字鋼及橫橋向4根I22工字鋼，組成外爬架底座，外爬架底座支承在鋼棒上用以支承上部腳手架系統(tǒng)。應(yīng)在外爬架底支承點(diǎn)的下面安裝吊籃，如此便于安裝和拆除鋼棒。此外，通過在底層工字鋼面上密鋪3cm厚木板，可將其作為操作平臺(tái)。

2.1.3 腳手架系統(tǒng)

采用通用？準(zhǔn)4.8cm，壁厚3.5mm的鋼管通過扣件聯(lián)結(jié)成腳手架系統(tǒng)。由于墩身每次澆筑高度為4m，基模預(yù)留2m；外爬架高度為10m，分5層加工，底層高1.8m，中間3層各高2m，最上層高2.2m，每層操作平臺(tái)均鋪設(shè)木板；分層框架之間設(shè)上下人梯。框架外側(cè)用同規(guī)格鋼管拉剪刀撐進(jìn)行加固，框架外側(cè)及底座下設(shè)防墜安全網(wǎng)，框架4面貫通，為施工人員提供一個(gè)整體式操作空間?？紤]到墩身模板拆除因素，設(shè)計(jì)時(shí)在內(nèi)層腳手框架與墩身間預(yù)留80cm距離，并采用防墜網(wǎng)兜底。

2.2 外爬架拼裝

完成墩身第一模砼澆筑后，需開始安裝外爬架。綜合分析各項(xiàng)因素發(fā)現(xiàn)，在轉(zhuǎn)運(yùn)或者吊裝過程中面臨一些問題，為解決該問題，可考慮直接為外爬架底座及腳手架系統(tǒng)組裝。首先在承臺(tái)上用輔助鋼材調(diào)平一個(gè)操作臺(tái)，然后在操作臺(tái)上拼裝外爬架底座，3組底座型鋼間采用法蘭栓接或焊接。順橋向底座型鋼上兩側(cè)的4根I22工字鋼和橫橋向底座兩側(cè)的4根I22的工字鋼作為腳手框架的主要支撐橫梁，工字鋼支承處采用焊接，然后再分層拼裝鋼管腳手架系統(tǒng)。鋼管腳手架的拼裝順序：立桿→縱橫桿→水平小橫桿→外側(cè)鋼管加固；采用十字扣作為立、縱水平桿鋼管的連接件，連接時(shí)要采用測力扳手?jǐn)Q緊，要求扣件的抗滑力達(dá)8.5kN。

2.3 外爬架提升

墩身第二模砼澆筑完畢后，首次提升外爬架。外爬架自重約10噸，共設(shè)4個(gè)提升吊點(diǎn)，吊點(diǎn)設(shè)在底座型鋼上，提升動(dòng)力采用4個(gè)5噸的手拉葫蘆，手拉葫蘆下方通過鋼絲繩與外爬架的底座吊點(diǎn)連接，上方分別通過四根Φ28鋼筋橫向卡在墩身預(yù)埋鋼筋根部。為避免出現(xiàn)外爬架異常問題，應(yīng)在其上端采用4個(gè)1.5噸的手拉葫蘆，其作用是平衡調(diào)節(jié)。同時(shí)在底座的4根工字鋼頂面上安裝6個(gè)導(dǎo)向防偏滑輪。為保證均勻、勻速提升葫蘆受力，應(yīng)安排專人負(fù)責(zé)看管外爬架的提升。外爬架在接近支承鋼棒位置時(shí)應(yīng)適當(dāng)放慢上升速度，當(dāng)外爬架上升到位后，穩(wěn)住外爬架，然后安裝支承鋼棒，輕輕放下外爬架，使其平穩(wěn)地支承在鋼棒上，然后在外爬架的水平層與模板之間設(shè)水平橫桿臨時(shí)約束固定外爬架。

3 外爬架的計(jì)算

3.1 外爬架的驗(yàn)算參數(shù)

①對(duì)受荷載最大的鋼管進(jìn)行驗(yàn)算；

②橫橋向工字鋼受力驗(yàn)算；

③順橋向工字鋼受力驗(yàn)算；

④鋼棒受力驗(yàn)算；

⑤鋼棒處混凝土壓應(yīng)力驗(yàn)算。

3.2 外爬架算例分析（以TJ11標(biāo)黃垌河特大橋外爬架驗(yàn)算為例）

黃垌河大橋7#～14#墩下部橋墩采用薄壁空心墩，在空心薄壁墩的施工過程中，為了保證施工質(zhì)量和工人的安全，設(shè)計(jì)爬架輔助翻模施工，參考《路橋施工計(jì)算手冊(cè)》及相關(guān)規(guī)范對(duì)現(xiàn)對(duì)爬架進(jìn)行應(yīng)力、撓度、穩(wěn)定的驗(yàn)算，以確保施工安全。

爬架施工過程中主要包括的荷載有爬架自重、施工人員荷載、臨時(shí)機(jī)具荷載、人行過道木板等主要荷載。

爬架自重：96kN，考慮安全系數(shù)1.2，則驗(yàn)算取值為115kN；

人行荷載：安全系數(shù)1.2，荷載值為9kN；

臨時(shí)荷載：安全系數(shù)1.3，荷載值為14kN；

人行過道荷載：安全系數(shù)1.2，荷載值為1kN。

3.2.1 鋼管支架驗(yàn)算

①材料、截面特性。

材料選用直徑48mm壁厚3.5鋼管，Q235鋼管容許應(yīng)力為205MPa×80%=164MPa，80%為舊管疲勞折減系數(shù)，經(jīng)查表得截面特性如下：

②荷載計(jì)算。

鋼管排架設(shè)計(jì)鋼管直徑45mm、壁厚3.5mm，高2m，取最大壓力為3.02kN，視為兩端鉸接桿，其柔度λ=μl/r=1×200/2.1=95。11查表可得φ=0.625，則鋼管排架單根鋼管樁的穩(wěn)定強(qiáng)度為：

σ=N/（φA）=3.02×1000/（0.625×489.3）=10MPa<205MPa×0.8=164MPa

根據(jù)以上計(jì)算可知，鋼管立桿的穩(wěn)定性符合要求，安全系數(shù)164/10=16.4。

3.2.2 I36b工字鋼驗(yàn)算

橫橋向的長度為9.6m，橋墩底部布置2根36b工字鋼，荷載72kN。

①材料、截面特性。

材料選用I36b，經(jīng)查表得截面特性如圖6。

②荷載計(jì)算。

應(yīng)用Midas civil建立梁單元模型，對(duì)橫橋向的36b工字鋼進(jìn)行力學(xué)分析，得出最終的驗(yàn)算結(jié)果，確保符合設(shè)計(jì)要求。模型以及加載圖如圖7-圖11所示。

經(jīng)過計(jì)算，橫橋向36b工字鋼各項(xiàng)指標(biāo)均能滿足要求。

3.2.3 碳素鋼棒驗(yàn)算 45號(hào)碳素鋼棒直徑為80mm，插在墩身預(yù)埋孔內(nèi)，碳素鋼棒兩端設(shè)限位裝置（螺母），使其與墩身鎖定。順橋、橫橋向鋼棒長1m，分配的荷載為122kN。

①材料、截面特性。

②荷載計(jì)算。

應(yīng)用Midas civil建立梁單元模型，對(duì)順橋向的22b工字鋼進(jìn)行力學(xué)分析，得出最終的驗(yàn)算結(jié)果，確保符合設(shè)計(jì)要求。模型以及加載圖如圖13-圖18所示。

經(jīng)過計(jì)算，碳素鋼棒各項(xiàng)指標(biāo)均能滿足要求。

3.2.4 鋼棒處外側(cè)混凝土壓應(yīng)力驗(yàn)算

薄壁墩空心段橫橋向混凝土壁厚為0.6m。由碳素鋼棒驗(yàn)算中可知最大豎向反P=34.9kN。經(jīng)查C40砼最大允許應(yīng)力為

3.2.5 其余過載梁I22b工字鋼及順橋向I22b工字鋼計(jì)算參照I36b工字鋼驗(yàn)算

4 結(jié)語

高墩柱外爬架工藝是在綜合滑膜、翻模、爬模工藝優(yōu)缺點(diǎn)的基礎(chǔ)上研制的，該施工工藝與傳統(tǒng)翻模法工藝相比由于工作面處于全封閉狀態(tài)，因此安全性得到了極大的提高。在提升過程中，處理拉桿孔只需在工作平臺(tái)上即可處理，無需再采用塔吊和吊籃處理，墩柱養(yǎng)護(hù)極為方便。由于該外爬架由型鋼和鋼管組成，因此材料可以多次周轉(zhuǎn)使用，相對(duì)而言經(jīng)濟(jì)性方面有很大優(yōu)勢(shì)。本工藝在云湛高速陽化段40米以上的墩柱施工中得到推廣使用，效果很好。

參考文獻(xiàn)：

[1]GB50017，鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范[S].

[2]JGJ 130-2001，建筑施工扣件式鋼管腳手架安全技術(shù)規(guī)范[S].

[3]陳加才.工具式組裝外爬架施工技術(shù)在嘉麗廣場的應(yīng)用[J]. 山西建筑，2017（05）.