高速公路橋梁薄壁空心墩爬模內(nèi)模改進研究

文/陳立彥、敖順通、楊雄峰

1 前言

近年來，隨著我國高速公路的快速發(fā)展，大量的薄壁空心橋梁相繼建成。薄壁空心墩的施工已成為橋梁施工的重要基礎(chǔ)。隨著空心橋梁施工質(zhì)量和安全性的提高，薄壁橋梁的安全性和施工進度的加快，空心橋梁的施工已成為一個重要的問題。薄壁空心橋梁常用的施工方法有爬升法、滑移法和吊裝法。

2 液壓爬模系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

該橋位于高墩山區(qū)。作為一種設(shè)計方法，結(jié)合山嶺大橋的施工特點，選擇了合適的楔錐式液壓自黏結(jié)回路，增大了導(dǎo)軌型鋼和三腳架的尺寸,提高了自黏性電路的抗風(fēng)性。采用機械夾層優(yōu)化混凝土配合比，保證混凝土質(zhì)量，降低工程造價。為保證山區(qū)橋梁空心薄壁液壓系統(tǒng)的快速安全施工，對空心薄壁液壓系統(tǒng)在澆筑和爬升條件下的變形和穩(wěn)定性進行了研究。結(jié)果表明，自粘液壓系統(tǒng)的整體安全性滿足規(guī)范要求。

2.1 液壓爬模的特點

液壓升降回路由四個平臺組成：L 型鑄造平臺、主平臺、液壓控制平臺和懸掛平臺，其余由主回路、水平行走裝置和液壓系統(tǒng)組成?；芈废到y(tǒng)由底板、臺面軸承、鋼檁條、支架等組成，外部聲音由液壓系統(tǒng)折疊，內(nèi)部聲音由波浪工作平臺和平臺決定。反饋由塔式起重機提升。后葫蘆由預(yù)埋件系統(tǒng)組成，包括預(yù)埋件板、高強螺釘、提升錐和大部分與鉆孔連接的受力螺釘；所述水平移動裝置包括：倒車軌道和可調(diào)傾斜梯子；大型模板系統(tǒng)包括模板和支撐系統(tǒng)。懸索底座與預(yù)埋件系統(tǒng)及墩身連接，為爬軌及框架施工提供重點和支撐。液壓系統(tǒng)由液壓泵、液壓控制臺、導(dǎo)軌、套筒、閥門和管件組成。

2.2 液壓爬模的工藝原理

攀爬設(shè)備和導(dǎo)軌相互支撐，交替工作。模板安裝在框架上，由框架操作。導(dǎo)軌由連接到機架和懸架機架的液壓系統(tǒng)提升。牽引系統(tǒng)通過液壓系統(tǒng)沿導(dǎo)軌吊裝，完成框架、模板的吊裝位置，完成墩柱各斷面的循環(huán)施工[1]。液壓升環(huán)的特點如下:

爬升開關(guān)安裝、爬升、拆卸方便快捷，每節(jié)吊裝僅需2h，每節(jié)平均施工時間為5D。

外殼采用液壓爬升提升，內(nèi)殼采用吊車提升，采用木工工字鋼與鋼檁條組合模板體系，面板采用Visa 板，自重輕，剛度大，周轉(zhuǎn)次數(shù)高，切割舒適，反射和表面清潔，有效減少混凝土表面缺陷，具有良好的外觀效果。

每個操作平臺可獨立連接鋼筋、安裝電路和裝飾墩身，不僅節(jié)省了施工時間，而且為高墩施工提供了足夠的空間。液壓爬升回路重復(fù)利用率高，組裝后不會向上墜落，節(jié)省場地，減少升降平臺數(shù)量，避免回路損壞。

3 液壓爬模施工關(guān)鍵

為保證高墩施工質(zhì)量，有效減少施工時間和工程造價，從施工時間和人員投入的要求出發(fā)，對倒換法和液壓自整定法進行了比較和選擇[2]。下面的示例是一座大橋的橋墩布置示例。

3.1 模板分節(jié)高度

施工方案編制應(yīng)充分考慮9m、12m 鋼筋。單罐高度應(yīng)在4.5m 和6m 范圍內(nèi)確定，5 號墩標(biāo)準(zhǔn)斷面垂直高度7.5m，布置高度4.65m，下包裝高度10cm，上出口5cm；6 號墩標(biāo)準(zhǔn)斷面豎向高度6m，波形高度6.15m，底填料10cm，頂填料5cm。

預(yù)埋件應(yīng)在鉆孔第一部分連接后安裝，并在現(xiàn)場安裝支撐桿?；炷翉姸冗_到要求（10MPa）后，安裝彈簧座、導(dǎo)軌、三腳架和液壓系統(tǒng)。完成后，安裝外部操作平臺和內(nèi)部電路硬件平臺。施工結(jié)束后，對梯子開關(guān)下的懸掛平臺進行改進。

各部位混凝土澆筑完畢并達到強度要求后，將模板移到模板上，安裝預(yù)埋件系統(tǒng)，液壓系統(tǒng)吊裝導(dǎo)軌。導(dǎo)軌安裝完成后，應(yīng)拆下下部預(yù)埋件，并轉(zhuǎn)動拖車。在導(dǎo)軌系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，將支撐系統(tǒng)提升到規(guī)定的高度，閉合反饋回路，檢查測量后連接開槽螺釘，澆筑混凝土。

3.2 內(nèi)模施工

內(nèi)、外模板采用木桁架鋼合金模板。內(nèi)模道路施工前，應(yīng)在開槽螺釘上安裝波紋平臺，以便堆放和操作材料。內(nèi)模和平臺的吊裝力來自塔吊。材料堆放和操作的內(nèi)部電路施工后，應(yīng)安裝波形平臺。吊裝內(nèi)扣，吊裝波形平臺并固定在規(guī)定位置，然后吊裝內(nèi)扣，進行下一節(jié)施工。

由于第一墩變截面處有2m 的固定截面和6m 的變截面孔截面，無法采用自定義內(nèi)扣，不利于施工。因此，內(nèi)部電路由竹錘和鋼制開關(guān)組裝而成，背面為槽鋼。竹錘易于加工，適用于不同截面和形狀的渦流。強度、剛度和完整性用于可變截面標(biāo)高。兩者結(jié)合既能滿足模板要求，又便于現(xiàn)場施工[3]。

橫斷面施工前，應(yīng)插入預(yù)埋件，焊接鋼塊、活動配電桿、固定在配電梁上的鋼管、鋪設(shè)樓板套管、固定鋼筋骨架、澆筑混凝土。配電梁、支架和接地開關(guān)應(yīng)留在孔體內(nèi)，不得拆除。

主體結(jié)構(gòu)完成并滿足模板條件后，松開螺栓，通過調(diào)整裝置將模板向后移動，取出并吊起模板，然后再次取出三腳支架、導(dǎo)軌、集成系統(tǒng)和液壓系統(tǒng)。最后提起剩余支撐系統(tǒng)。將所有構(gòu)件成組放置在地面上，并用塔吊堆放。

3.3 變截面墩身垂直度控制

6 號墩身是變截面，下墩的外形尺寸9.6m×7.5m，墩尖外形尺寸為6.5m×7.5m。跨橋兩側(cè)的穿孔體相對于80∶1 進行線性再生。對于變截面ZPM100 梁的爬升更穩(wěn)定。通過修改和增加剛度框架，避免了鋼筋的橫向變形。為保證鋼筋安裝正確，保護層厚度正確，每節(jié)模板安裝前應(yīng)設(shè)置全站儀控制點，并按控制點焊接鋼筋。每個模型完成后方點應(yīng)用全站儀檢查線路坐標(biāo)，確保墩身類型和結(jié)構(gòu)尺寸的準(zhǔn)確性，然后必須用激光垂直度儀再次檢查穿孔體的垂直度。模板安裝后，檢查牽引桿、螺釘和金屬板之間的連接強度。模板的四個角與牽引桿連接，為保證筒體整體穩(wěn)定性和強度，引入第三方監(jiān)測測量裝置對墩身垂直度進行監(jiān)測和復(fù)核。

3.4 變截面墩身尺寸控制

墩柱內(nèi)外模均采用工字梁系統(tǒng)模板，面板采用21mm 厚板材，便于變截面墩身模板下料。由于6 號主體的結(jié)構(gòu)可變切割尺寸隨高度變化，木工工型鋼開關(guān)易于切割。切換后，可根據(jù)結(jié)構(gòu)變化將切割線調(diào)整到切換點。

由于液壓爬升回路在墩柱上占有較大的位置，容易與塔吊、施工機械及相關(guān)墻體的施工安裝發(fā)生碰撞。使用BIM 技術(shù)提前進行碰撞試驗，優(yōu)化設(shè)計，重新安排起重機和升降機的位置，水平延長安裝墻的長度，垂直增加安裝墻的距離。根據(jù)BIM 設(shè)計計劃，安裝墻結(jié)構(gòu)根據(jù)現(xiàn)有測試計算實施，以避免結(jié)構(gòu)沖突。

4 液壓爬模施工環(huán)節(jié)

4.1 液壓爬模施工

受山區(qū)地形限制，場地路基狹窄，內(nèi)外切換磨削面不足。液壓自走式車輛的動力是其自身的液壓提升系統(tǒng)。車輛支架本身是一個液壓提升系統(tǒng)。液壓提升系統(tǒng)包括液壓油缸和上下轉(zhuǎn)向殼體。轉(zhuǎn)向架可控制平臺或叉車。模板無須升降，定位要求低。液壓系統(tǒng)允許在音頻支架和導(dǎo)軌之間進行組合爬升，以實現(xiàn)連續(xù)爬升和高安全系數(shù)。

多孔體的第一部分應(yīng)以常規(guī)方式建造。第一節(jié)澆筑完成后，拆除第一部分模板、第二部分剛性框架、鋼筋、爬架支架、上部框架、模板和主底座，并重新組裝模板和主底座；線路采用對稱拉桿加固，橋梁第二部分采用混凝土澆筑。為提高山區(qū)高速公路建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)化水平，本工程液壓自升式系統(tǒng)采用9m 高（1.5m、10.5m 外防護高度）四層路基。從而保證所有鋼筋綁扎平臺的空間?，F(xiàn)場無須其他操作平臺。

安裝剛架第三節(jié)，加強墩及承重結(jié)構(gòu)，拆除模板，用倒車裝置倒車，安裝導(dǎo)軌及液壓系統(tǒng)。打開電源和液壓閥，啟動液壓系統(tǒng)，吊裝上下機架，安裝下機架，連接模板，加固調(diào)整模板，澆筑三段混凝土。安裝了自粘式全液壓回路。

安裝剛性框架及四墩鋼筋，拆除模板，用反轉(zhuǎn)裝置反轉(zhuǎn)，啟動液壓系統(tǒng)，現(xiàn)場吊裝導(dǎo)軌，關(guān)閉液壓系統(tǒng)、閥門、電源。拆下彈簧和爬錐進行回收，然后打開電源和液壓閥，啟動液壓系統(tǒng)并將機架安裝到指定位置。第四節(jié)混凝土澆筑完成后，自粘液壓模板進入標(biāo)準(zhǔn)施工狀態(tài)。液壓自爬升回路標(biāo)準(zhǔn)件的施工流程如下：混凝土澆筑；安裝剛性框架；連接鋼筋；翻轉(zhuǎn)模板；在墻上安裝懸掛底座。將部件固定在模板上，關(guān)閉模板，然后澆筑混凝土。

4.2 施工關(guān)鍵

該項目的支柱非常高（高達98m），有許多部分?；炷劣蓛?nèi)置泵輸送?；炷帘霉苎乇皿w布置?；炷帘脧闹新?lián)重科ZLJ 5130 THB 至車輛泵。最大額定壓力18MPa，最大高壓輸送能力100m2/h，泵管直徑125mm，最大泵強度11.97MPa。為保證橋墩混凝土的質(zhì)量和外觀，在橋墩兩側(cè)設(shè)置2 個卸料點和8 個卸料點。由于河流砂供應(yīng)困難，加之山區(qū)的自然優(yōu)勢，機械砂被用作混凝土的原材料。在工程優(yōu)化和成本控制的基礎(chǔ)上，通過多次混凝土配合比試驗，解決了低砂率、后處理強度低的問題，改善了混凝土的制備條件。

由于山區(qū)高邊坡施工風(fēng)力大，為保證水力自黏性回路的抗風(fēng)能力，選擇合適的楔錐型式可以增加鋼葉片和三支架的尺寸，提高材料的強度。自粘液壓系統(tǒng)在8 級氣流和8 級逆風(fēng)工況下的變形和穩(wěn)定性滿足規(guī)范要求。

5 結(jié)語

液壓自爬模系統(tǒng)具有施工速度快、經(jīng)濟效益好、建筑安全性高等優(yōu)點。對液壓自粘回路在澆筑和爬升工況下的結(jié)構(gòu)應(yīng)力和穩(wěn)定性分析結(jié)果表明，液壓自粘回路的安全性滿足規(guī)范要求。攀爬開關(guān)結(jié)構(gòu)主要依靠下部框架的三腳架，施工時應(yīng)特別注意建筑安全。目前排布特大橋6 號墩為特大型橋梁，液壓自粘回路正常，安全質(zhì)量可控。