雙肢薄壁高墩施工液壓自爬模設計研究

許林軍XU Lin-jun

（中鐵二十五局集團第二工程有限公司，南京 210046）

1 項目概況

重慶合川至四川安岳（重慶段）高速公路洞坡嶺大橋橋梁中心里程為K37+178，孔跨為4×40m。橋梁2號墩墩高64.7m，左右幅墩身均采用雙肢薄壁墩（1.8×8.5m），雙肢間的凈距為4.4m。雙肢薄壁墩具有壁薄、高墩等特點，施工技術難度大，定位精度要求高，施工投入大，是本項目施工所面臨的重難點。

2 模板方案選擇

對于該類型的雙肢薄壁高墩施工常用的工法有滑模、翻模和爬模。本項目邀請技術專家對上述3種類型的工法進行適用性綜合評估，評估的重點為技術可行、施工安全、質(zhì)量保證、工期保證及施工造價等方面。然后結合本項目施工團隊的施工經(jīng)驗、技術儲備、管理經(jīng)驗和模板技術的最新發(fā)展與進步情況，最后得出采用液壓自爬升模板系統(tǒng)的結論，本項目根據(jù)具體情況，對液壓爬模結構進行了詳細的設計及優(yōu)化，其基本參數(shù)如下。

①架體系統(tǒng)。

架體橫梁支承跨度：2.35m（埋件支座的橫向間距）；

外架體主體高度：約10.2m；

外架體寬度：外側中間主平臺2.0m，內(nèi)側中間主平臺因受橋墩雙肢間凈空所限，其寬度設為1.35m，上操作平臺1.0m，下操作平臺1.0m。

②液壓自爬模系統(tǒng)。

額定工作壓力：7MPa；油缸行程：30mm；伸出速度：380mm/min；頂升油缸額定推力：100kN；串聯(lián)雙油缸不同步差：≤20mm。

③爬升機構。

爬升機構有自動導向、液壓升降、自動復位的鎖定機構，能實現(xiàn)架體與導軌互爬的功能。

3 液壓自爬升模板系統(tǒng)設計及施工技術要求

3.1 模板設計

通常爬模面板采用竹膠板，豎背肋為50×100木枋，橫肋為2[12槽鋼等，雖制作簡便，但質(zhì)量受施工人員影響大。本項目使用進口優(yōu)質(zhì)維薩板（厚度18mm）作面板。豎肋為木工字梁（型號H20），采用地板釘將維薩板固定在木工字梁上。木工字梁外側為橫肋雙[14槽鋼]，使用連接爪將木工字梁與豎肋連接。相鄰模板間橫肋設芯帶聯(lián)接，用特制芯帶銷插使模板連接成安全、穩(wěn)固的承載整體。陽角設置拉桿45度斜拉連接，可有效確保陽角不脹模、不漏漿。模板高度為4.65m，一次澆筑的墩身節(jié)段高4.5m；墩身長邊配備2塊尺寸為4.25m×4.65m的模板（如圖1所示），短邊采用整塊尺寸為1.8m×4.65m的模板。

圖1模板設計結構圖

3.2 液壓自爬模系統(tǒng)設計

模板的液壓自爬系統(tǒng)主要由錨固機構、爬升導軌、液壓爬升機構及施工平臺等四部分構成，如圖2所示。

圖2模板液壓自爬系統(tǒng)構造示意圖

3.3 錨固機構

錨固機構將架體安全錨固在橋梁墩身上。其由埋件板、高強螺桿（D20）、爬錐（M30/D20）、承力螺栓和埋件支座等構成。

①埋件板、螺桿。

為了確保錨固機構具有足夠的承力能力，且外形尺寸小，以降低埋件安裝位置與墩身鋼筋位置的干擾程度，采用抗拉強度大的高強螺桿。

通過承載驗算以確定高強螺桿的直徑、長度，埋件板尺寸，拉桿長度等。

②爬錐及安裝螺栓。

爬錐為采用高強度鋼材制作的錐形螺帽。在合模后，澆筑混凝土之前，將錨固機構的預埋件（如圖3所示）按設計位置預埋。

圖3錨固機構預埋件實物圖

③承力螺栓。

承力螺栓將爬模系統(tǒng)的所有荷載傳至已完成澆筑的墩身上。其材質(zhì)需經(jīng)過調(diào)質(zhì)處理。并采用超聲波探傷，確保螺栓無裂紋或其它影響安全使用的缺陷后方可使用。

④埋件支座。

埋件支座為關鍵傳力構件，其承受爬模所有荷載并通過承力螺栓傳至墩身。對其抗拉、抗剪及抗彎性能要求高。本項目使用了某性能優(yōu)越的專利產(chǎn)品，并對產(chǎn)品進行嚴格的質(zhì)量檢測，以確保安全。

埋件支座是多次周轉(zhuǎn)使用，施工時及時拆除。

⑤錨固機構安裝技術要點。

高強螺桿與埋件板在端面的交合部采取焊接固定，以防止在施工期間受墩身砼澆筑振搗等外力作用而出現(xiàn)埋件板與螺桿松脫現(xiàn)象，避免出現(xiàn)承力不足的安全隱患。

在高強螺桿擰入爬錐的節(jié)段上涂抹黃油，以避免砼澆筑時砼漿滲入間隙處，出現(xiàn)難以拆卸爬錐的問題。

爬錐為周轉(zhuǎn)使用，預埋前采用單面膠紙將其與砼接觸的表面包裹好，使爬錐與砼隔離，以確保爬錐能夠拆卸。

安裝方法：將錨固機構的預埋件置于模板內(nèi)的設計位置，從模板外將安裝螺栓擰入爬錐，并擰緊即可。

3.4 導軌

導軌采用1組梯檔（梯檔間距30cm）與2[18槽鋼組焊而成。是爬模系統(tǒng)架體豎直爬升的軌道。

3.5 液壓爬升系統(tǒng)組成

爬升機構由液壓泵、油缸、上下?lián)Q向盒4個部分構成。以完成澆筑的墩身（砼強度超過20MPa）作為承載體。利用千斤頂和上下?lián)Q向盒（在液壓油缸上下各設1個）棘爪方向的變換，達到爬升導軌和爬升架體的功能轉(zhuǎn)換，無需外部起重設備而能自爬。本項目擇優(yōu)采用了蘇州拓恒建筑科技有限公司研制的TSC80液壓爬升系統(tǒng)（如圖4所示）。該系統(tǒng)操作簡便，爬升速度快且平穩(wěn)，模板定位精確。

圖4液壓泵和油缸安裝示意圖

3.6 爬模操作平臺

爬模外側設置施工所需的各類操作平臺。平臺采用型鋼制作，結構設計需通過承載驗算。嚴格按規(guī)范要求設置安全防護措施。

4 墩身砼澆筑順序

①第1節(jié)段砼澆筑。

在制作平臺上進行模板的加工和制作，按設計圖紙對制作的模板進行尺寸及外觀檢查合格后，在墩位處支模并加固。按圖紙要求進行爬模埋件的安裝后，進行墩身第1節(jié)段砼澆筑，澆筑高度為4.5m。

埋件的安裝質(zhì)量影響到后續(xù)爬模的安全及正常使用。預埋的爬錐等埋件需處于同一水平面內(nèi)。埋件處的墩身加設環(huán)狀筋及鋼筋網(wǎng)進行加強，安裝好的埋件由專人負責質(zhì)量檢查，并簽認確認，以確保埋件無誤。埋件預埋入墩身的長度需超過43cm，并按要求涂黃油及爬錐包裹保護。加強埋件周邊砼的振搗密實，確保埋件嵌緊牢固，在安裝承力螺桿及支座前，檢查預埋爬錐的狀況，如有變形及其它影響使用的缺陷，進行報廢處理，并采取有效的補救措施。

②安裝節(jié)段及第2節(jié)段砼澆筑。

第1節(jié)段的砼強度滿足要求（10MPa）后，進行模板的拆除及安裝埋件支座等附墻構件，附墻構件的安裝以銷孔為基線，須處于同一水平面上。確保同一機位的附墻構件處于同軸線上。兩機位的附墻構件安裝的相對中心誤差不得超過2mm。附墻構件安裝完成并檢查無誤后，安裝架體。因第1段墩身高度僅為4.5m，僅能組裝主平臺與次平臺。在起重設備吊裝能力允許的情況下，架體盡量在地面上組裝成整體，確保安裝質(zhì)量的同時減少高空作業(yè)。在中間主平臺上將模板按安裝次序擺放，隨后安裝模板后移機構，相鄰機位間加設系桿，以確保相對位置。按圖示位置正確安裝后移機構后，平穩(wěn)吊起模板并就位，與架體聯(lián)接固定。啟動模板后移裝置進行試運行，以檢測機構各組成部分是否平穩(wěn)、順暢的運行。隨后進行第2節(jié)段墩身爬錐等埋件的安裝及合模，模板及埋件經(jīng)校正及加固后，澆筑墩身第2節(jié)高4.5m砼。

③第1次爬升及第3節(jié)段砼澆筑。

第2節(jié)段的砼強度滿足要求（10MPa）后，拆模并后移50cm～60cm，用插銷鎖緊模板后移機構，以防自行滑動。

安裝墩身第2節(jié)段的附墻構件。清理、修整模板表面、涂刷脫模劑。將模板前移至距墩身砼面約20cm，鎖緊移模機構。砼強度達20MPa后，實施第1次爬升。爬升到標高后，插入方銷，固定架體。安裝第3節(jié)段的預埋件，隨后合模，進行第3節(jié)段砼澆筑，爬模安裝、提升及墩身第1、2、3節(jié)段砼澆筑流程如圖5所示。

圖5爬模安裝及提升流程圖

④安裝吊平臺及進入正常爬升循環(huán)。

第1次爬升到位后進行吊平臺的拼裝。至此，完成所有架體的拼裝，進入正常爬升循環(huán)。正常爬升流程為：完成1節(jié)4.5m墩身砼澆筑→拆模后移→綁扎下節(jié)墩身鋼筋→附墻構件安設→導軌爬升→架體提升→清理、修整模板，表面涂脫模劑→將預埋件安裝在模板表面→合模→墩身砼澆筑。爬模爬升循環(huán)流程如圖6所示。

5 液壓爬模的施工操作要點

5.1 導軌爬升

①導軌提升需確認墩身砼強度超過20MPa。進行導軌爬升前，安裝上方附墻構件，并核對是否與設計位置一致，如安裝位置有偏差，調(diào)整至合格位置；附墻構件裝設完畢后，由技術人員檢查安裝情況；導軌用干凈棉紗擦抹后在表面涂抹潤滑油；由專人操作液壓泵，且現(xiàn)場設爬升總指揮進行統(tǒng)一指揮及協(xié)調(diào)；爬升指揮長及平臺上的操作人員各配1臺對講機，采用專用頻道進行通訊。②確認達到爬升條件后，開啟油泵進油閥門，通過控制柜啟動油泵，卸下承重銷及導軌頂端的安全銷，開始爬升導軌。③由指揮長發(fā)出指令，所有機位同時開始爬升。完成1個行程的爬升后，操作人員用對講機通訊，確認上下?lián)Q向盒都到位后，方同步開始下1行程的爬升。④當爬升接近上部埋件支座時，暫停爬升，檢查埋件支座的導軌槽是否與導軌對齊，如存在偏差，則調(diào)整下部的支撐腳進行對位。⑤導軌爬升到標高后，從右往左將楔形插銷插入導軌頂部，降落導軌，使楔形插銷完全支撐在埋件支座上。⑥關閉油泵進油閥，關閉電源，完成導軌一個循環(huán)的爬升。將下層埋件支座、預埋爬錐拆除周轉(zhuǎn)使用，修補墩身的螺栓孔。

圖6爬模爬升循環(huán)流程示意圖

5.2 架體爬升

①架體爬升前將架體上的非必要重物（鋼筋、電焊機、氧氣瓶、乙炔瓶等）清理干凈；抬起導軌底部支撐腳，將支撐腳旋出，直至抵緊墩身砼面；收回承重架下的支撐腳；檢查電纜是否有足夠盈余長度；確認架體長邊與短邊的所有聯(lián)接是否解除，檢查安全繩是否按要求套牢。

②架體爬升的通訊、指揮、流程與導軌爬升相同，架體爬升到要求高度后，及時將承重插銷及安全插銷插入。隨后，進入下一個循環(huán)的施工。

6 結束語

液壓自爬模板施工具有墩身砼表面質(zhì)量好，墩身垂直度易調(diào)整及糾正，線型控制質(zhì)量高等優(yōu)勢。且爬模逐節(jié)循環(huán)施工墩身期間，不需其它外部起重機械，節(jié)約機械使用費；無搭設腳手架、支模及拆模等工序，節(jié)約腳手架材料、降低了人工勞動強度。高墩爬模施工在質(zhì)量、工期及效益等方面均取得了良好的效果。爬模在常用的幾種高墩施工模板體系中是標準化程度最高的一種，同時自動化程度較高、施工速度較快。且爬模采用信息化、智能化等新技術持續(xù)改進的潛能更是其它工法無法比擬的，故信息化、智能化液壓自爬模板系統(tǒng)是橋梁高墩、高層建筑施工的未來發(fā)展方向。