双肢薄壁高墩施工液压自爬模设计研究

许林军XU Lin-jun

（中铁二十五局集团第二工程有限公司，南京 210046）

1 项目概况

重庆合川至四川安岳（重庆段）高速公路洞坡岭大桥桥梁中心里程为K37+178，孔跨为4×40m。桥梁2号墩墩高64.7m，左右幅墩身均采用双肢薄壁墩（1.8×8.5m），双肢间的净距为4.4m。双肢薄壁墩具有壁薄、高墩等特点，施工技术难度大，定位精度要求高，施工投入大，是本项目施工所面临的重难点。

2 模板方案选择

对于该类型的双肢薄壁高墩施工常用的工法有滑模、翻模和爬模。本项目邀请技术专家对上述3种类型的工法进行适用性综合评估，评估的重点为技术可行、施工安全、质量保证、工期保证及施工造价等方面。然后结合本项目施工团队的施工经验、技术储备、管理经验和模板技术的最新发展与进步情况，最后得出采用液压自爬升模板系统的结论，本项目根据具体情况，对液压爬模结构进行了详细的设计及优化，其基本参数如下。

①架体系统。

架体横梁支承跨度：2.35m（埋件支座的横向间距）；

外架体主体高度：约10.2m；

外架体宽度：外侧中间主平台2.0m，内侧中间主平台因受桥墩双肢间净空所限，其宽度设为1.35m，上操作平台1.0m，下操作平台1.0m。

②液压自爬模系统。

额定工作压力：7MPa；油缸行程：30mm；伸出速度：380mm/min；顶升油缸额定推力：100kN；串联双油缸不同步差：≤20mm。

③爬升机构。

爬升机构有自动导向、液压升降、自动复位的锁定机构，能实现架体与导轨互爬的功能。

3 液压自爬升模板系统设计及施工技术要求

3.1 模板设计

通常爬模面板采用竹胶板，竖背肋为50×100木枋，横肋为2[12槽钢等，虽制作简便，但质量受施工人员影响大。本项目使用进口优质维萨板（厚度18mm）作面板。竖肋为木工字梁（型号H20），采用地板钉将维萨板固定在木工字梁上。木工字梁外侧为横肋双[14槽钢]，使用连接爪将木工字梁与竖肋连接。相邻模板间横肋设芯带联接，用特制芯带销插使模板连接成安全、稳固的承载整体。阳角设置拉杆45度斜拉连接，可有效确保阳角不胀模、不漏浆。模板高度为4.65m，一次浇筑的墩身节段高4.5m；墩身长边配备2块尺寸为4.25m×4.65m的模板（如图1所示），短边采用整块尺寸为1.8m×4.65m的模板。

图1模板设计结构图

3.2 液压自爬模系统设计

模板的液压自爬系统主要由锚固机构、爬升导轨、液压爬升机构及施工平台等四部分构成，如图2所示。

图2模板液压自爬系统构造示意图

3.3 锚固机构

锚固机构将架体安全锚固在桥梁墩身上。其由埋件板、高强螺杆（D20）、爬锥（M30/D20）、承力螺栓和埋件支座等构成。

①埋件板、螺杆。

为了确保锚固机构具有足够的承力能力，且外形尺寸小，以降低埋件安装位置与墩身钢筋位置的干扰程度，采用抗拉强度大的高强螺杆。

通过承载验算以确定高强螺杆的直径、长度，埋件板尺寸，拉杆长度等。

②爬锥及安装螺栓。

爬锥为采用高强度钢材制作的锥形螺帽。在合模后，浇筑混凝土之前，将锚固机构的预埋件（如图3所示）按设计位置预埋。

图3锚固机构预埋件实物图

③承力螺栓。

承力螺栓将爬模系统的所有荷载传至已完成浇筑的墩身上。其材质需经过调质处理。并采用超声波探伤，确保螺栓无裂纹或其它影响安全使用的缺陷后方可使用。

④埋件支座。

埋件支座为关键传力构件，其承受爬模所有荷载并通过承力螺栓传至墩身。对其抗拉、抗剪及抗弯性能要求高。本项目使用了某性能优越的专利产品，并对产品进行严格的质量检测，以确保安全。

埋件支座是多次周转使用，施工时及时拆除。

⑤锚固机构安装技术要点。

高强螺杆与埋件板在端面的交合部采取焊接固定，以防止在施工期间受墩身砼浇筑振捣等外力作用而出现埋件板与螺杆松脱现象，避免出现承力不足的安全隐患。

在高强螺杆拧入爬锥的节段上涂抹黄油，以避免砼浇筑时砼浆渗入间隙处，出现难以拆卸爬锥的问题。

爬锥为周转使用，预埋前采用单面胶纸将其与砼接触的表面包裹好，使爬锥与砼隔离，以确保爬锥能够拆卸。

安装方法：将锚固机构的预埋件置于模板内的设计位置，从模板外将安装螺栓拧入爬锥，并拧紧即可。

3.4 导轨

导轨采用1组梯档（梯档间距30cm）与2[18槽钢组焊而成。是爬模系统架体竖直爬升的轨道。

3.5 液压爬升系统组成

爬升机构由液压泵、油缸、上下换向盒4个部分构成。以完成浇筑的墩身（砼强度超过20MPa）作为承载体。利用千斤顶和上下换向盒（在液压油缸上下各设1个）棘爪方向的变换，达到爬升导轨和爬升架体的功能转换，无需外部起重设备而能自爬。本项目择优采用了苏州拓恒建筑科技有限公司研制的TSC80液压爬升系统（如图4所示）。该系统操作简便，爬升速度快且平稳，模板定位精确。

图4液压泵和油缸安装示意图

3.6 爬模操作平台

爬模外侧设置施工所需的各类操作平台。平台采用型钢制作，结构设计需通过承载验算。严格按规范要求设置安全防护措施。

4 墩身砼浇筑顺序

①第1节段砼浇筑。

在制作平台上进行模板的加工和制作，按设计图纸对制作的模板进行尺寸及外观检查合格后，在墩位处支模并加固。按图纸要求进行爬模埋件的安装后，进行墩身第1节段砼浇筑，浇筑高度为4.5m。

埋件的安装质量影响到后续爬模的安全及正常使用。预埋的爬锥等埋件需处于同一水平面内。埋件处的墩身加设环状筋及钢筋网进行加强，安装好的埋件由专人负责质量检查，并签认确认，以确保埋件无误。埋件预埋入墩身的长度需超过43cm，并按要求涂黄油及爬锥包裹保护。加强埋件周边砼的振捣密实，确保埋件嵌紧牢固，在安装承力螺杆及支座前，检查预埋爬锥的状况，如有变形及其它影响使用的缺陷，进行报废处理，并采取有效的补救措施。

②安装节段及第2节段砼浇筑。

第1节段的砼强度满足要求（10MPa）后，进行模板的拆除及安装埋件支座等附墙构件，附墙构件的安装以销孔为基线，须处于同一水平面上。确保同一机位的附墙构件处于同轴线上。两机位的附墙构件安装的相对中心误差不得超过2mm。附墙构件安装完成并检查无误后，安装架体。因第1段墩身高度仅为4.5m，仅能组装主平台与次平台。在起重设备吊装能力允许的情况下，架体尽量在地面上组装成整体，确保安装质量的同时减少高空作业。在中间主平台上将模板按安装次序摆放，随后安装模板后移机构，相邻机位间加设系杆，以确保相对位置。按图示位置正确安装后移机构后，平稳吊起模板并就位，与架体联接固定。启动模板后移装置进行试运行，以检测机构各组成部分是否平稳、顺畅的运行。随后进行第2节段墩身爬锥等埋件的安装及合模，模板及埋件经校正及加固后，浇筑墩身第2节高4.5m砼。

③第1次爬升及第3节段砼浇筑。

第2节段的砼强度满足要求（10MPa）后，拆模并后移50cm～60cm，用插销锁紧模板后移机构，以防自行滑动。

安装墩身第2节段的附墙构件。清理、修整模板表面、涂刷脱模剂。将模板前移至距墩身砼面约20cm，锁紧移模机构。砼强度达20MPa后，实施第1次爬升。爬升到标高后，插入方销，固定架体。安装第3节段的预埋件，随后合模，进行第3节段砼浇筑，爬模安装、提升及墩身第1、2、3节段砼浇筑流程如图5所示。

图5爬模安装及提升流程图

④安装吊平台及进入正常爬升循环。

第1次爬升到位后进行吊平台的拼装。至此，完成所有架体的拼装，进入正常爬升循环。正常爬升流程为：完成1节4.5m墩身砼浇筑→拆模后移→绑扎下节墩身钢筋→附墙构件安设→导轨爬升→架体提升→清理、修整模板，表面涂脱模剂→将预埋件安装在模板表面→合模→墩身砼浇筑。爬模爬升循环流程如图6所示。

5 液压爬模的施工操作要点

5.1 导轨爬升

①导轨提升需确认墩身砼强度超过20MPa。进行导轨爬升前，安装上方附墙构件，并核对是否与设计位置一致，如安装位置有偏差，调整至合格位置；附墙构件装设完毕后，由技术人员检查安装情况；导轨用干净棉纱擦抹后在表面涂抹润滑油；由专人操作液压泵，且现场设爬升总指挥进行统一指挥及协调；爬升指挥长及平台上的操作人员各配1台对讲机，采用专用频道进行通讯。②确认达到爬升条件后，开启油泵进油阀门，通过控制柜启动油泵，卸下承重销及导轨顶端的安全销，开始爬升导轨。③由指挥长发出指令，所有机位同时开始爬升。完成1个行程的爬升后，操作人员用对讲机通讯，确认上下换向盒都到位后，方同步开始下1行程的爬升。④当爬升接近上部埋件支座时，暂停爬升，检查埋件支座的导轨槽是否与导轨对齐，如存在偏差，则调整下部的支撑脚进行对位。⑤导轨爬升到标高后，从右往左将楔形插销插入导轨顶部，降落导轨，使楔形插销完全支撑在埋件支座上。⑥关闭油泵进油阀，关闭电源，完成导轨一个循环的爬升。将下层埋件支座、预埋爬锥拆除周转使用，修补墩身的螺栓孔。

图6爬模爬升循环流程示意图

5.2 架体爬升

①架体爬升前将架体上的非必要重物（钢筋、电焊机、氧气瓶、乙炔瓶等）清理干净；抬起导轨底部支撑脚，将支撑脚旋出，直至抵紧墩身砼面；收回承重架下的支撑脚；检查电缆是否有足够盈余长度；确认架体长边与短边的所有联接是否解除，检查安全绳是否按要求套牢。

②架体爬升的通讯、指挥、流程与导轨爬升相同，架体爬升到要求高度后，及时将承重插销及安全插销插入。随后，进入下一个循环的施工。

6 结束语

液压自爬模板施工具有墩身砼表面质量好，墩身垂直度易调整及纠正，线型控制质量高等优势。且爬模逐节循环施工墩身期间，不需其它外部起重机械，节约机械使用费；无搭设脚手架、支模及拆模等工序，节约脚手架材料、降低了人工劳动强度。高墩爬模施工在质量、工期及效益等方面均取得了良好的效果。爬模在常用的几种高墩施工模板体系中是标准化程度最高的一种，同时自动化程度较高、施工速度较快。且爬模采用信息化、智能化等新技术持续改进的潜能更是其它工法无法比拟的，故信息化、智能化液压自爬模板系统是桥梁高墩、高层建筑施工的未来发展方向。