困難條件下新型智能液壓爬模在空心高墩的應(yīng)用技術(shù)

王志杰WANG Zhi-jie

（北京鐵城建設(shè)監(jiān)理有限責(zé)任公司，北京 100855）

0 引言

近年來(lái)，隨著我國(guó)科技水平的發(fā)展及建筑技術(shù)的進(jìn)步與突破。先進(jìn)的液壓技術(shù)及相應(yīng)的控制技術(shù)與傳統(tǒng)的爬模相結(jié)合，提高了爬模施工的機(jī)械化、智能化及信息化的程度。對(duì)于增強(qiáng)爬模工法的施工效率、安全文明施工程度、成品質(zhì)量、操作便捷性、經(jīng)濟(jì)實(shí)用性及不同條件的適用性等各方面均起到了顯著的效果。本文結(jié)合高101m，墩身設(shè)計(jì)為折線變坡的空心高墩，詳細(xì)闡述液壓爬模的設(shè)計(jì)思路和施工關(guān)鍵技術(shù)，進(jìn)而解決了本項(xiàng)目高墩施工的技術(shù)難題。

1 工程概況

新建鐵路宜昌至鄭萬(wàn)高鐵聯(lián)絡(luò)線板倉(cāng)河大橋3#墩基礎(chǔ)設(shè)計(jì)采用鉆孔灌注樁，墩身為變截面矩形空心墩結(jié)構(gòu)，墩高101m。墩身底部截面尺寸為12m×27m，底部6.5m 為實(shí)心段，29.0m 高度處墩身橫橋面變坡，并逐漸變化至墩頂7.5m 寬。順橋面由底部12m 寬逐漸變化至10.5m 寬（墩身結(jié)構(gòu)尺寸如圖3 所示）。

橋址區(qū)位于中低山區(qū)，地勢(shì)較為陡峭，橋址范圍內(nèi)植被茂密、多為雜草、灌木，局部地段辟為茶園地，相對(duì)高差約210m，自然坡度40～50°，施工便道修筑難度大，大型機(jī)械設(shè)備進(jìn)場(chǎng)困難。3#高墩的施工成為本項(xiàng)目的技術(shù)難點(diǎn)。

2 液壓爬模系統(tǒng)設(shè)計(jì)

2.1 液壓爬模系統(tǒng)設(shè)計(jì)及配套設(shè)施方案

經(jīng)從施工現(xiàn)場(chǎng)條件適應(yīng)性、經(jīng)濟(jì)成本、線型控制、安全可靠、施工進(jìn)度等方面對(duì)翻模法、滑模法、爬模法等幾種常用高墩施工方法進(jìn)行了綜合比選和評(píng)估。最終決定墩身施工采用最新ACS100 型智能液壓爬模技術(shù)。

ACS100 型智能液壓爬模結(jié)構(gòu)如圖1 所示。主要由模板系統(tǒng)、爬架系統(tǒng)、液壓爬升系統(tǒng)和相應(yīng)的電氣控制系統(tǒng)組成。

圖1 爬模結(jié)構(gòu)示意圖

ACS100 液壓爬模的模板系統(tǒng)主要包含WISA 板面板，木工字梁、][14a 槽鋼背楞、后移裝置。采用WISA 板作模板面板，拼裝高度為4.65m，模板豎向采用20H 木工字梁作背肋，橫向設(shè)置][14a 槽鋼作背楞，為了避免20H 木工字梁背肋受損壞，于模板頂部、底部設(shè)置方木（10×5cm）封邊。由于墩身截面尺寸變化較大，底節(jié)墩身的大面（橫橋向墩身面）配置了7 榀爬升架和相應(yīng)導(dǎo)軌，隨著高度的爬升及墩身截面變小，到墩頂時(shí)逐漸減少至3 榀爬升架。墩身的小面（縱橋向墩身面）由于變化幅度較小，從下至上均為4 榀爬架及導(dǎo)軌施工至墩頂。施工中通過(guò)不斷裁剪模板兩側(cè)尺寸使模板與墩身收坡坡度相適應(yīng)。即每節(jié)段砼澆筑完成，模板退移后每側(cè)按下一節(jié)墩身收坡寬度相應(yīng)切除面板寬度，兩側(cè)木工字梁按收坡方向平行布置，以避免切斷木工字梁[1]。

墩身內(nèi)模也同樣使用液壓自爬升模板，在內(nèi)、外模板間設(shè)置對(duì)拉桿（φ20mm 精軋螺紋鋼）以避免脹模，確保施工質(zhì)量及安全。內(nèi)模大面（橫橋向）每單側(cè)設(shè)置2 榀爬架，內(nèi)模小面不設(shè)置爬架，依靠?jī)蓚?cè)爬架抬升提升模板。

墩身施工過(guò)程中在墩身橫橋向左側(cè)安裝塔吊，右側(cè)安裝施工升降機(jī)，同時(shí)墩身表面預(yù)埋錨固件用于固定泵管，塔吊配合豎向運(yùn)輸小型機(jī)具及材料，高壓輸送泵泵送砼入模。

由于墩身四角設(shè)計(jì)為25cm×25cm 倒角，該處加工4.5m 長(zhǎng)定型陽(yáng)角模板，施工時(shí)通過(guò)兩側(cè)木模板卡緊倒角模板，并拉緊對(duì)角處拉桿固定，拆除時(shí)，首先退開兩側(cè)木模板，然后拆除倒角模板。

2.2 爬模系統(tǒng)重要構(gòu)件的組成

液壓爬模系統(tǒng)主要由五部分組成：模板系統(tǒng)、錨定總成、導(dǎo)軌、液壓爬升系統(tǒng)和操作平臺(tái)。

2.2.1 模板系統(tǒng)

模板系統(tǒng)包含：WISA 板面板、木工字梁背肋、][14a 槽鋼背楞及其它組裝附件組成。

2.2.2 錨定總成

液壓自爬模體系的錨定總成包括：埋件板、高強(qiáng)螺桿、爬錐、受力螺栓和埋件支座等。見圖2 所示。

圖2 錨定總成

①由埋件板、埋件桿（高強(qiáng)螺桿）及爬錐構(gòu)成預(yù)埋件，為將爬模系統(tǒng)與已澆筑砼墩身聯(lián)接，并承受及傳遞爬模系統(tǒng)的荷載。埋件桿、埋件板的尺寸大小均通過(guò)承載檢算后決定，并選用高強(qiáng)度材質(zhì)制作構(gòu)件，以盡量減少構(gòu)件體積，降低預(yù)埋時(shí)與墩身鋼筋互為干擾的問(wèn)題[2]。錨定總成中埋件桿為主要的承載構(gòu)件，進(jìn)行了調(diào)質(zhì)處理（達(dá)到Rc25～30），且需探傷檢測(cè)合格，確認(rèn)沒有原始裂紋、熱處理裂紋。

②埋件支座承受全部爬模的施工荷載，并傳遞給墩身，要求具有較強(qiáng)的抗剪、抗拉及抗彎矩性能，本項(xiàng)目擇優(yōu)選用了某著名品牌的成熟產(chǎn)品。埋件支座為重復(fù)使用的部件，爬架提升后需及時(shí)拆除下部的埋件支座。

③導(dǎo)軌為爬模系統(tǒng)提升軌道，采用2[18a 槽鋼和1 組梯擋組焊構(gòu)成。

④液壓爬升系統(tǒng)包括：液壓泵、油缸、上換向盒和下?lián)Q向盒等。液壓泵、油缸為爬模的升降提供動(dòng)力，本項(xiàng)目采用成套的TSC80 液壓爬升機(jī)構(gòu)（含液壓泵、油缸、上換向盒和下?lián)Q向盒），該機(jī)構(gòu)爬升安全、平穩(wěn)，定位準(zhǔn)確。爬升采用YS-CS-01 型計(jì)算機(jī)同步控制系統(tǒng)及相應(yīng)的傳感器信息系統(tǒng)，該控制系統(tǒng)融合了智能化、信息化技術(shù)，操作簡(jiǎn)單，能夠確保爬升的精確同步，且具有自動(dòng)、人工操作兩種模式，和單機(jī)點(diǎn)動(dòng)功能。

⑤爬模操作平臺(tái)的操作寬度均超過(guò)70cm，操作平臺(tái)支承的主要構(gòu)件為Ⅰ20a 工字鋼，平臺(tái)滿鋪厚度為50mm腳手架，腳手板的加固、平臺(tái)欄桿的設(shè)置及安全防護(hù)均嚴(yán)格按規(guī)范的要求進(jìn)行。

3 墩身分節(jié)方案及施工方法

3.1 墩身分節(jié)方案

墩身變坡處以下部分共分為7 個(gè)爬升節(jié)段，標(biāo)準(zhǔn)爬升豎直高度為4.5m，墩身變坡段下部第二段為2.0m 調(diào)整節(jié)段；墩身變坡段上部墩身共計(jì)分為16 個(gè)爬升節(jié)段，每次爬升高度為4.5m。墩身分節(jié)段澆筑如圖3 所示。

圖3 墩身分節(jié)澆筑示意圖

3.2 墩身首節(jié)段施工

墩身首節(jié)段施工采用常規(guī)施工工藝，施工過(guò)程中注意對(duì)承臺(tái)頂面設(shè)置好砂漿調(diào)平層，確保首節(jié)模板安裝位置、收坡坡度準(zhǔn)確無(wú)誤；并注意首節(jié)墩柱根據(jù)爬模施工的要求，準(zhǔn)確安裝好爬升預(yù)埋件。

3.3 中間標(biāo)準(zhǔn)節(jié)段墩身施工

①首節(jié)墩身施工完成后，拆除模板，根據(jù)預(yù)埋的爬錐錨固件安裝預(yù)埋件支座（附墻座），然后逐榀吊裝爬模承重主桁架；然后安裝桁架頂部橫向連接及平臺(tái)板；安裝模板、安裝模板操作平臺(tái)，澆筑第二節(jié)墩身砼。

②第二節(jié)墩身砼達(dá)到拆模強(qiáng)度后，拆除內(nèi)外模對(duì)拉桿，然后向外側(cè)滑移模板操作架及模板。

③安裝導(dǎo)軌，并安裝好油泵等液壓系統(tǒng)，開啟油泵，通過(guò)油頂頂升模板至第三節(jié)段澆筑位置；然后安裝爬模吊架系統(tǒng)（修飾平臺(tái)），爬模系統(tǒng)全部安裝完成。

④綁扎墩身第三節(jié)段鋼筋，驗(yàn)收合格后，平移模板就位并加固模板，進(jìn)入液壓爬模正常施工階段。

標(biāo)準(zhǔn)節(jié)段墩身施工流程見圖4 所示。

圖4 中間標(biāo)準(zhǔn)節(jié)段墩身施工流程

3.4 墩頂封頂段施工

墩頂施工空心段頂部倒角部分與墩頂實(shí)心段處利用上部結(jié)構(gòu)箱梁施工時(shí)托架完成，施工時(shí)首先安裝好上部結(jié)構(gòu)0#塊托架及底模系統(tǒng)，外模模板設(shè)計(jì)為自帶墩頂?shù)菇遣糠郑瑑?nèi)模采用在內(nèi)部型鋼支架上鋪設(shè)方木竹膠板形成作業(yè)平臺(tái)，澆筑墩頂段砼；底模的拆除通過(guò)0#塊及墩頂實(shí)心段進(jìn)人孔拆除底模系統(tǒng)。

3.5 爬模過(guò)墩身拐點(diǎn)處施工工藝

①采用常規(guī)施工方案施工完墩身拐點(diǎn)處以下最后一節(jié)墩身，并按照要求埋設(shè)好特殊加工的爬模施工預(yù)埋件等。②退移模板，安裝第7 節(jié)段處特殊加工的掛座等，然后提升導(dǎo)軌至掛座處并固定牢固，然后模板正常爬升至下一節(jié)施工位置。③調(diào)整爬架處斜撐絲杠，使爬架平臺(tái)頂部水平，然后調(diào)整模板架體處斜撐絲杠，使模板傾斜角度符合下一節(jié)段墩身收坡坡度。④綁扎第8 節(jié)段鋼筋，并安置預(yù)埋件，澆筑第8 節(jié)段砼，然后提升液壓爬模，通過(guò)墩身收坡拐點(diǎn)位置，正常工藝施工剩余節(jié)段。

4 施工關(guān)鍵技術(shù)

4.1 測(cè)量放線

承臺(tái)施工完成后，采用全站儀精確定位墩身軸線，并彈墨線標(biāo)識(shí)好墩身立模線，在墩身立模線外采用M10 水泥砂漿澆筑一層調(diào)平砂漿帶，砂漿帶寬度10cm，厚度不小于5cm，用于第一層模板支設(shè)時(shí)精確調(diào)平。

4.2 鋼筋加工及安裝

豎向主筋采用機(jī)械連接。主筋切斷采用砂輪式切割機(jī)，以方便套絲加工。在施工承臺(tái)時(shí)根據(jù)圖紙及技術(shù)交底要求做好墩身鋼筋預(yù)埋工作，并做好架立筋，將墩身鋼筋固定好，防止在承臺(tái)澆筑過(guò)程中預(yù)埋筋移位或傾倒。

鋼筋每次接長(zhǎng)高度4.5m，采用3m 高鋼筋安裝輔助架將主筋臨時(shí)固定，鋼筋安裝支架底部與底節(jié)模板相連接，以保證穩(wěn)定，整節(jié)鋼筋水平筋綁扎完畢后吊出鋼筋臨時(shí)固定支架，安裝模板，進(jìn)入下道工序。

4.3 預(yù)埋件安裝流程

①在模板上鉆設(shè)預(yù)留孔，預(yù)埋件采用穿過(guò)預(yù)留孔的M36×60 螺栓固定于模板上。②完成砼筑且退模后，安裝附墻掛座，然后依次安裝主梁、導(dǎo)軌等。③主梁安裝后及時(shí)插入安全銷，并傳入導(dǎo)軌，后續(xù)施工重復(fù)①②步驟。

4.4 預(yù)埋件的埋設(shè)、定位

出于爬架固定及爬升的需要，墩身砼內(nèi)需埋設(shè)較多的預(yù)埋鐵件。大量預(yù)埋件的存在，無(wú)疑會(huì)影響到砼的外觀效果。爬錐及模板的拉桿為特殊專用件，能夠取出重復(fù)利用，其它預(yù)埋件以預(yù)埋H 型螺母為主，從而盡可能降低砼面的修補(bǔ)面積，對(duì)于少量必要的鐵板類預(yù)埋件，也盡量減少平面面積，且整齊劃一地定位埋設(shè)。并在鐵板表面與模板間設(shè)置厚3cm 的塑料泡沫板，即將預(yù)埋鐵板嵌入墩身砼內(nèi)3cm，以便后續(xù)對(duì)砼面的修補(bǔ)。拉桿與模板間加設(shè)橡膠頭，避免漏漿，影響砼外觀。

預(yù)埋件定位的準(zhǔn)確性非常重要，影響到爬架的安裝及操作。鐵板等預(yù)埋件直接，或是通過(guò)限位架與墩身主筋或勁性骨架等焊接固；預(yù)埋螺栓加設(shè)限位架，限位架與墩身主筋或勁性骨架等焊接固；預(yù)埋PVC 管時(shí)于兩端加設(shè)限位架，限位架與墩身主筋或勁性骨架等焊接固[3]。

4.5 墩身施工泵管布設(shè)

墩身施工采用泵送砼，泵管與塔吊同側(cè)布置（布置于墩身橫向中線處），以方便墩身較高時(shí)吊裝泵管安裝等。泵管的安裝通過(guò)提前在墩身上預(yù)埋的錨固件與鋼板連接，然后焊接短型鋼，通過(guò)U 型螺栓卡緊泵管與型鋼，固定泵管。

4.6 墩身混凝土澆筑及養(yǎng)生

砼由拌和站集中供應(yīng)。采用泵送入模。采取在模板頂口及底口預(yù)留噴淋管道，高壓水泵抽水噴淋養(yǎng)生的方法，使砼頂面及拆模后的底節(jié)砼均能得到養(yǎng)生，砼養(yǎng)生期14d。

4.7 爬模拆除

最后一節(jié)墩身砼澆筑完成，砼達(dá)到拆模強(qiáng)度后，首先逐榀拆除模板外側(cè)操作支架，采用塔吊逐榀吊裝至地面；拆卸模板對(duì)拉螺桿，脫模、并采用塔吊分塊吊裝至地面；逐根抽出軌道，吊裝至地面；拆除爬升架之間橫向連接型鋼，并逐榀拆除爬升架及底部修飾吊架，爬模系統(tǒng)拆除完成。

4.8 塔吊布置

施工采用塔吊配合豎向運(yùn)輸施工材料機(jī)具，施工升降機(jī)運(yùn)輸人員，在橫橋向承臺(tái)中線位置左側(cè)布置6015 塔吊1 臺(tái)，右側(cè)布置SC200 型施工升降機(jī)。

4.9 墩身施工配合

升降機(jī)最高升降位置，不得超越墩身模板下方，升降機(jī)升至模板下方后，作業(yè)人員從升降機(jī)箱籠上方出來(lái)，通過(guò)與液壓爬模的吊平臺(tái)利用安全梯籠進(jìn)行連接（如圖5 所示），人員通過(guò)梯籠上至液壓爬模上進(jìn)行相關(guān)施工作業(yè)。

圖5 升降機(jī)至液壓爬模連接示意圖

5 結(jié)束語(yǔ)

本項(xiàng)目使用的智能液壓爬模自重輕，構(gòu)件簡(jiǎn)潔，承載合理，運(yùn)輸及安裝均不需大型的運(yùn)輸及起重設(shè)備，一次組裝后自爬至墩頂，節(jié)約施工場(chǎng)地。故非常適合本橋困難條件下的高墩施工；由于采用了最新的液壓及控制技術(shù)，液壓爬模的爬升平穩(wěn)、快速、安全；墩身的垂直度誤差小，且糾偏簡(jiǎn)單，垂直度等施工偏差可逐段清除，避免誤差的積累，解決了超高橋墩垂直度控制及糾正難題；爬模系統(tǒng)配套有全方位的操作平臺(tái)，節(jié)省了另搭操作平臺(tái)所需的大量材料及勞力，確保了經(jīng)濟(jì)性。通過(guò)本項(xiàng)目智能液壓爬模的使用，充分體現(xiàn)了該工法的優(yōu)越性和巨大的推廣應(yīng)用價(jià)值。