大安大桥箱式墩液压爬模施工技术分析

林敏

（龙岩交通建设集团有限公司，福建 龙岩 361000）

0 引言

随着公路建设不断推进，尤其是丘陵间沟谷地貌，地形起伏较大，桥梁下部结构墩柱设计经常采用空心薄壁墩，而且墩柱高度较高，如何在保证施工质量、施工安全和合同约定工期的情况下，顺利地完成高墩柱施工成为该类桥墩施工的主要研究课题。液压爬模施工技术具有墩身混凝土外观质量较好、安全系数较高和施工效率高等特点，能够实现液压自爬模功能，减少对塔吊的依赖，加快施工进度，以爬锥和拉杆作为承重结构，平台四周设置安全护栏，确保施工安全性，液压爬模施工技术在桥梁高墩施工中具有良好的应用前景。

1 工程概况

X123 东廷线闽清北站至东桥朱山段公路工程项目位于闽清县东桥镇，路线全长7.871km，起点于闽清北站大箬村，由南往北延伸，终点于义由村，按三级公路标准执行，设计车速为30km/h，路基宽度为8.5m。该工程共有3 座桥梁，全长435m。其中，大安大桥全长218m，位于闽清县大箬村北侧，起讫桩号为K1+019.000—K1+237.000，上部结构为预制预应力连续T 梁，分3 联桥跨进行布置：2×30m+3×30m+2×30m，T 梁高度为2m。下部结构箱式墩+钻孔灌注桩，桥台为U 形重力式桥台，其中0#台后面设置搭板长度为5m，7#台后面设置搭板长度为8m，桥台设置D-80 伸缩缝1 道。箱式墩的截面尺寸为6.0m×3.2m，该墩属于矩形空心薄壁墩，墩高为43～50m，壁厚为0.55m，桥墩设置1 道横隔板，混凝土强度为C40。该工程沿线地貌为丘陵间沟谷地貌，地形起伏大，沟谷上游呈V 形，沟谷纵横，地形坡度为25～35°，地形十分复杂，因此，墩柱施工存在施工平台搭建难度大、风力较大、施工场地狭小和模板堆放场地设置难度大等问题，箱式墩施工方案的选择显得十分重要。

2 箱式墩施工方案优选

2.1 翻模

翻模是桥梁工程最常见的模板方案，常用于变截面的空心墩或者实心墩，模板采用钢模时，其所需的螺栓数量较多、翻升模板数量较多、安拆所需人员数量较多、每段翻模需要10～12 人。模板拆除后采用塔吊吊运到地面上进行水泥浆清理和涂刷脱模剂，吊装量较大，所需投入的塔吊数量较多。据不完全统计，翻模的工效为1.0～1.5m/d，翻模施工的墩身混凝土外观质量较好，对施工时风力要求较高，高空作业安全系数较低，容易出现安全事故[1]。由于该工程场地狭小，地形起伏较大，施工场地无法满足翻模所需的大量周转模板的场地需求，而且墩柱高度较高，超过40m，翻模安全风险指数较高，因此，翻模方案不予采纳。

2.2 滑模

滑模主要以千斤顶对钢模进行提升，适用于外形尺寸变化较小的桥墩。滑模方案不需要对模板进行拆除，利用支撑杆和千斤顶将模板不断向上提升，对施工场地要求低，能够24h 不间断连续施工，工效为2.0～2.5m/d，施工速度快。虽然滑模方案满足该工程场地实际情况和工期要求，但是滑模施工的墩身混凝土外观质量较差，混凝土缺陷处理不当会出现微裂纹，而且一旦出现垂直度偏差较大，纠偏难度会增大。采用滑模方案进行桥墩施工时，需要昼夜连续作业，遇到降雨时，墩身混凝土质量难以保证，连续施工的管理难度较大，因此，滑模方案不予采纳。

2.3 爬模

爬模利用液压顶升系统将钢模或者木模沿着爬架系统向上爬升，适用于竖直或者倾斜的桥墩，爬模方案拼装简单，四周封闭性防护，安全系数高。模板安拆速度快，安拆人员只需3～5 人。爬模采用整体式液压爬升，墩身混凝土的平整度和垂直度控制较好，外观质量较好，施工质量可控性较高。爬模对施工场地要求较低，模板拼装后即可实现多次爬升，施工效率高，工效为1.0～1.5m/d，模板整体稳定性较好。爬模模板可以采用木模，模板切割和拼装较为灵活，施工成本降低，墩柱施工完成后，模板可以回收简单处理后，投入其他墩柱模板使用[2]。综合考虑该工程箱式墩墩高较高、施工场地受限和工期紧张等因素，为了提升箱式墩施工质量，降低安全施工风险，经研究决定，该工程箱式墩施工方案为爬模。

3 爬模构造及工作原理

3.1 爬模构造

爬模系统由液压顶升系统、模板系统、预埋件系统和爬架系统等组成，爬模系统采用ZPM-100 型自爬模体系，模板系统由工字木梁、维萨板、连接件和背楞等组成，模板设计高度为4.65m，混凝土浇筑高度为4.5m，模板下包10cm，上挑5cm，从而防止跑浆和保证混凝土底口质量。外模厚度为21mm，选用维萨板，内模厚度为18mm，选用竹胶板。竖楞选用型号为H20 的工字木梁，安装间距为30cm，翼缘厚度和宽度分别为4cm 和8cm，木梁高度为20cm。横楞选用双根14#槽钢，安装间距为1.3m，连接件选用D20 高强螺杆，横向安装间距为1.3m，纵向安装间距为1.2m。采用地板钉及自攻螺丝将维萨板和工字木梁在竖肋方向上进行连接，相邻两块维萨板之间采用芯带进行连接。在工字木梁两侧设置吊钩，槽钢与工字木梁之间采用连接爪进行固定[3]，从而确保大模板体系整体性。主平台宽度为2.9m，模板平台和浇筑平台的宽度均为1.3m，悬挂平台宽度为1.8m，液压控制平台宽度为2.7m，平台四周均布置防护栏杆，平台铺设防滑模板。爬模构造如图1 所示。

图1 爬模构造图

3.2 工作原理

爬模的顶升通过液压油缸分别对爬架和导轨进行交替升降来实现，待爬架处于工作状态时，爬架和导轨均作用在预埋件支座上，两者互不关联。模板与墩身混凝土脱开后，在爬锥上安装预埋件支座、挂座体和受力螺栓，对换向箱内的棘爪方向进行调整，使导轨向上顶升至预埋件支座上。将导轨提升后露出的爬锥、预埋件支座及爬架上拉杆全部拆除后，对换向箱内的棘爪上下方向再次调整后启动液压油缸，导轨保持静止不动，而爬架向上顶升至预埋件支座上。因此，爬架和导轨是利用墩身上预埋的爬锥实现交替附墩和逐层提升，从而实现液压自爬逐层顶升。

4 箱式墩液压爬模施工技术

4.1 利用BIM 软件深化爬模系统设计

利用BIM 软件建立箱式墩爬模系统模型，利用BIM 软件先进的碰撞检查与3D 施工模拟等技术，对爬模系统与施工电梯、塔吊和附墙装置等布设位置提前进行碰撞检查，从而避免出现冲突现象，确保施工电梯、塔吊和附墙装置的平面位置的准确性，附墙装置的稳定性和承载力验算合格即可形成实施方案。由于墩柱高度较高，最高达50m，附墙装置安装时容易出现因临空面较高难以提供安全的操作平台现象，通过BIM 软件对爬模系统进行深化设计，在悬挂平台下方设计由钢板、角钢和钢筋等焊接而成的吊笼，吊笼焊接于悬挂平台的主梁上，从而有效地解决附墙装置安装的安全隐患。

4.2 墩身首节施工

4.2.1 施工准备

采用全站仪测量定位墩身的轴线，采用墨斗弹出墩身轮廓线，并在距离墩身轮廓线30cm 位置设置模板检查线，为后续模板安装提供定位和垂直度调整使用。采用风镐对墩身与承台交界位置混凝土进行凿毛，使该处混凝土露出粗骨料，再用高压水冲洗干净。

4.2.2 支架搭设

为了更好地进行钢筋和模板安装，首先应搭设落地脚手架，立杆纵向和横向间距均为1m，步距为1.5m，按照规定挂设安全网。

4.2.3 钢筋绑扎

两根墩柱钢筋之间采用镦粗直螺纹套筒连接，属于机械连接方式，主筋为9m 定尺，同一水平面上钢筋接头数量应≤50%钢筋总数，水平和环向钢筋则采用单面焊接形式，搭接长度为10d。钢筋安装顺序为先竖向后水平和环向、先外层后内层，钢筋焊接应牢固可靠，确保钢筋骨架的整体性。

4.2.4 合模

将拼装好的大模板采用塔吊吊运到模板边线上，采用拉杆进行对拉加固，墩柱四个边角位置模板采用45°的斜拉杆进行加固，模板的垂直度和平整度检查合格后，拧紧螺母，模板拼缝位置应采用胶带封堵密实，确保混凝土浇筑质量。

4.2.5 预埋件安装

爬模的预埋件主要为爬锥、定位螺栓和高强螺杆，采用定位螺栓在模板外侧将爬锥和高强螺杆固定牢固，混凝土浇筑完成后，拆除模板和定位螺栓，在爬锥上安装受力螺栓和挂座体，从而形成爬模系统的支撑结构。

4.3 液压爬模施工

4.3.1 爬模架体安装

在墩身爬锥地面投影线上分别铺设规格为300mm×2440mm 的木板，使其与爬锥中线相互垂直，将三脚架安装在木板的轴线上，操作要求其对角线偏差≤2mm。将平台板安装在三脚架上，平台应安装平整与牢固，并校正三脚架轴线定位的准确性。采用塔吊将三脚架吊运到挂座体，调整就位后采用安全插销进行固定。在模板下安装4 根木梁，接着安装背楞和挑架，拼装桁架和操作平台，所有构件应安装牢固可靠[4]。采用塔吊将桁架和模板吊运到第一次预埋的挂座体上，检查模板的轴线与垂直度等偏差，偏差值采用调整斜撑角度进行纠偏。

4.3.2 爬升流程

爬模的爬升流程如下：墩身混凝土浇筑完成后—模板拆除并后移—受力螺栓和挂座体安装—导轨顶升—爬架顶升—钢筋绑扎—预埋件安装与固定—合模—墩身混凝土浇筑—循环作业。正常情况下，爬锥和附墙装置应配置3 套，1 套周转，2 套压在导轨下。爬锥安装时应将黄油抹满孔内再装入高强螺杆，防止混凝土渗入爬锥内。爬锥安装位置应准确无误，与深化设计过的爬模系统图相符。当导轨准备顶升时，操作人员调整换向盒内的棘爪为向上方向，顶升应匀速和缓慢，使导轨在换向装置上端顶住情况下顶升到上一节挂座体上。导轨顶升到位后及时将下节的爬锥和附墙装置拆除和回收重新利用。爬架顶升时，调整换向装置的棘爪为向下方向，换向装置下端牢牢地顶住导轨，使爬架在液压油缸作用下向上爬升。

4.4 内模施工

空心段内模采用吊架辅助施工，内模选用竹胶板，在墩身上预埋螺栓，使吊架稳定性得到保证，吊架和操作平台安装后即可进行内模安装，通过斜撑来调整内模垂直度，待内模垂直度调整到位后采用水平钢管进行固定。横隔板和墩顶实心段的模板方案均采用托架法[5]，在模板方案标注的位置预埋钢板，采用型号为I28a 的工字钢进行牛腿支架的制作与加工，将支架焊接在钢板上，支架安装间距为0.8m，接着在支架上铺设方木和竹胶板，绑扎钢筋和浇筑混凝土。

4.5 墩身混凝土养护

该工程墩身混凝土养护采用先进的自动喷淋养护系统，在墩柱旁边修建蓄水池，安装水泵、喷淋管道和输送管道，利用时间管理软件对喷淋开始时间和持续时间进行控制。养护水通过水泵泵送到输送管道内，到达墩柱混凝土表面时，打开喷淋开关进行喷淋养护，根据气候情况合理调整喷淋次数和时间，每天至少喷淋3 次，每次喷淋时间为30min。

5 结语

大安大桥的箱式墩采用液压爬模施工技术进行施工，标准段墩身混凝土浇筑高度为4.5m，每个节段施工周期为4d。采用BIM 软件深化设计爬模系统，使塔吊、施工电梯、附墙装置与爬模不发生冲突。外模采用液压爬模自动爬升，内模采用塔吊吊运，从而有效解决了模板堆放场地不足的问题，在悬挂平台下设置吊笼来解决高墩附墙装置安装难题，采用自动喷淋系统加强墩身混凝土养护。液压爬模施工技术具有稳定性好、安装简便、安全性能高和施工效率高等优点，墩柱混凝土外观质量良好，表面光滑，垂直挺拔，施工过程未出现安全事故，施工质量良好，施工效果显著。