論步履式爬模系統(tǒng)對(duì)橋梁高墩施工的影響

楊鴻鵠 李德勝 盧衛(wèi)平

摘要：高速公路建設(shè)是貴州省進(jìn)幾年飛速發(fā)展的重要因素之一，高速公路中橋梁、隧道施工技術(shù)也在飛速進(jìn)步，其中貴州省交通運(yùn)輸廳科研項(xiàng)目“橋梁高墩步履式爬升模板技術(shù)”經(jīng)過設(shè)計(jì)、實(shí)施與實(shí)際應(yīng)用，取得了顯著成果，給山區(qū)橋梁施工提供了新型施工工藝。在高墩施工中引入步履式爬模系統(tǒng)技術(shù)，不斷改進(jìn)和創(chuàng)新，保障橋梁工程的施工安全并加快施工進(jìn)度。

Abstract： Expressway construction is one of the important factors for the rapid development of Guizhou in several years. The construction technology of bridges and tunnels in the expressway is also advancing rapidly. Among them， the research project "Bridge High Pier Walking Climbing Template Technology" of Guizhou Province Transportation Research Project Department has made remarkable achievements through the design， implementation and practical application and provided new construction technologies for bridge construction in mountain areas. In the construction of high piers， the introduction of walking climbing moulding system technology can ensure the construction safety of bridge projects and accelerate the construction progress.

關(guān)鍵詞：施工工藝創(chuàng)新；施工安全；施工質(zhì)量；施工進(jìn)度

Key words： construction process innovation；construction safety；construction quality；construction progress

中圖分類號(hào)：U445 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1006-4311（2018）12-0097-04

0 引言

近幾年，全國(guó)交通建設(shè)發(fā)展很快，高速公路建設(shè)迅猛，其中山區(qū)高速公路的修建，由于橋梁隧道所占比例較大，高墩橋梁是普遍存在的。而在山區(qū)，橋梁的高墩是建設(shè)單位始終中面臨的難題，地形陡峻，重型設(shè)備難以到達(dá)或者投入的設(shè)備數(shù)量與墩柱的體量不匹配，特別是起吊設(shè)備，通常需要配置塔吊才能完成材料的豎向提升，因此造成施工速度緩慢或者成本較高。因此一種安全可靠、高效快速、無需大型起重設(shè)備的施工工藝成為建設(shè)各方的一種需求。

1 橋梁高墩施工傳統(tǒng)施工工藝

1.1 爬模施工

爬模主要有液壓自爬模及塔吊提升爬模，但通常以液壓自爬模為主要形式，爬模施工是由爬升模板、爬架和爬升設(shè)備三部分組成的模板體系，是橋梁高墩和筒體體系等高聳結(jié)構(gòu)的一種有效的工具，在橋梁高墩施工較為常見。

液壓爬模具備自爬的能力，因此不需起重機(jī)械的輔助爬升，這減少了施工中運(yùn)輸機(jī)械的吊運(yùn)工作量，且爬升過程相對(duì)平穩(wěn)，人員在相對(duì)封閉的環(huán)境中作業(yè)，較為安全，但材料的吊運(yùn)仍然需要起重機(jī)械，設(shè)備占用率較高；混凝土在澆筑一模后，需待混凝土強(qiáng)度達(dá)到約20MPa，滿足混凝土能夠給爬錐提供足夠的錨固力，方可爬升至下一模。因此施工速度相對(duì)緩慢，一般需4-6天才能澆筑1模或每天1-1.5m。

1.2 翻模施工

翻模施工技術(shù)在橋梁高墩施工中是指將墩柱模板在高度方向上分為多節(jié)段（一般可為3段），混凝土澆筑達(dá)到一定強(qiáng)度后，將底部節(jié)段模板脫模拆下后上翻安裝至頂部，循環(huán)澆筑混凝土，直至墩柱施工完畢。

翻模不具備自爬的能力，因此需起重機(jī)械配合人工進(jìn)行安裝和拆卸，這增加了施工中運(yùn)輸機(jī)械的吊運(yùn)工作量和施工的安全風(fēng)險(xiǎn)，因此現(xiàn)在在高墩（h>60m）施工中逐漸被淘汰，在普通高度的墩柱施工還普遍存在；翻模施工涉及到高空作業(yè)的各種危險(xiǎn)因素，也是施工中重點(diǎn)控制的風(fēng)險(xiǎn)因素；同時(shí)翻模施工隊(duì)塔吊的占用率是比較高的，這造成塔吊的施工負(fù)荷較重，影響到施工的進(jìn)度，在通常的情況下每天0.7m/天。

1.3 滑模施工

滑模工程技術(shù)在高墩施工中，采用一邊綁扎鋼筋及澆筑混凝土，在混凝土具有一定強(qiáng)度時(shí)，一邊緩慢提升模板，模板在剛澆筑混凝土表面相對(duì)滑動(dòng)的一種施工技術(shù)。

滑模施工具備自爬能力，無需起重機(jī)械吊運(yùn)模板，爬升過程相對(duì)平穩(wěn)，由于滑模施工采用邊澆筑邊提升模板，施工速度很快，可達(dá)每天4m，但由于模板與剛澆筑且尚未完全凝固的混凝土表面存在相對(duì)滑動(dòng)，對(duì)墩柱表面的混凝土存在一定的擾動(dòng)，混凝土外觀質(zhì)量相對(duì)較差，同時(shí)由于滑升的時(shí)機(jī)完全由施工人員的經(jīng)驗(yàn)控制，人為因素控制較多，墩柱混凝土的品質(zhì)存在差異；沒有精確的滑升定位和調(diào)校系統(tǒng)，在滑升過程中容易出現(xiàn)模板歪斜，對(duì)墩柱的垂直度造成一定的影響。

2 橋梁高墩新型施工步履式爬模主要施工創(chuàng)新之處

2.1 解決墩柱施工中的工作效率、混凝土品質(zhì)和施工投入之間的沖突

從上述的3種模板的優(yōu)缺點(diǎn)分析中，可以看出，工作效率、混凝土品質(zhì)、施工投入之間存在相互的沖突，液壓爬模，工作效率適中，混凝土品質(zhì)能夠得到保證，但施工投入較大，需要專門的起吊設(shè)備來滿足材料的豎向運(yùn)輸；翻模施工，混凝土的品質(zhì)較好，但對(duì)大型起吊設(shè)備的依賴性較大，因此成本偏高，工作效率低下，且工作效率低下；滑模施工，施工投入較低，且工作效率高，但對(duì)混凝土的品質(zhì)會(huì)造成一定的影響；我們旨在開發(fā)出一種模板系統(tǒng)，既能滿足混凝土的品質(zhì)要求，同時(shí)提高工作效率和減小施工投入。BLM-J步履式模板系統(tǒng)施工方法是在傳統(tǒng)的施工方法基礎(chǔ)上進(jìn)行技術(shù)創(chuàng)新，在高墩施工效率、施工成本、安全系數(shù)、橋墩外觀質(zhì)量等方面優(yōu)于傳統(tǒng)的施工方法。傳統(tǒng)的滑模施工方法施工速度快，約3m/天，但是橋墩外觀質(zhì)量差，人工成本高；而爬模和翻模施工方法橋墩外觀質(zhì)量好，但施工速度慢，約1m/天，而且安全性一般，設(shè)備成本和人工成本高。BLM-J步履式模板系統(tǒng)施工方法的優(yōu)點(diǎn)是混凝土達(dá)到初凝時(shí)便可提模，可連續(xù)不斷的澆筑混凝土，在高墩施工速度方面有顯著提高。BLM-J步履式模板系統(tǒng)最快施工速度可達(dá)到4m/天，模板提升和頂升同步精度≤±3mm。在整個(gè)提模過程中，模架內(nèi)襯板相對(duì)現(xiàn)澆筑的混凝土表面保持靜止不動(dòng)，從而保證橋墩外觀質(zhì)量。BLM-J步履式模板系統(tǒng)機(jī)械自動(dòng)化高，施工安全性好，相對(duì)于傳統(tǒng)的施工方法，設(shè)備成本低。

2.2 設(shè)備材料的豎向提升

對(duì)于液壓爬模和翻模施工，都需要投入大型的起重設(shè)備，滿足材料和設(shè)備的豎向運(yùn)輸問題，滑模施工在提升架上設(shè)置有簡(jiǎn)易的提升裝置，但其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，提升效率低，存在安全風(fēng)險(xiǎn)。

2.3 降低安全風(fēng)險(xiǎn)

采用全封閉的圍護(hù)系統(tǒng)，將整個(gè)施工作業(yè)面進(jìn)行圍護(hù)封閉，使作業(yè)人員有一個(gè)安全的作業(yè)環(huán)境。

3 橋梁高墩新型施工步履式爬模具體內(nèi)容及實(shí)施方案

3.1 橋梁高墩步履式液壓提升模板仿真分析

根據(jù)實(shí)際墩柱施工過程中的各種工況，如混凝土澆筑、模板的提升、材料的提升、施工荷載、風(fēng)載等，采用ANSYS或者M(jìn)IDAS等有限元讓軟件進(jìn)行空間分析，確保結(jié)構(gòu)或者各構(gòu)件的可靠性。

3.2 橋梁高墩步履式液壓提升模板研制

根據(jù)分析的結(jié)果對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化，使模板系統(tǒng)更合理、更安全、更高效，同時(shí)根據(jù)模板的各種要求，配置可靠的液壓、起重提升、紅外線激光糾偏系統(tǒng)等設(shè)備，制備出一套滿足高墩施工，且具有小型化、智能化、自提升、高效快捷的模板系統(tǒng)。

3.3 橋梁高墩實(shí)施方案

3.3.1 市場(chǎng)調(diào)研，確立研發(fā)思路

通過廣泛的市場(chǎng)調(diào)研，結(jié)合已有成型的其他模板體系，總結(jié)各種模板體系的優(yōu)缺點(diǎn)，根據(jù)墩身混凝土的澆筑的各種形態(tài)，確立新的模板體系的提升系統(tǒng)和爬升方式、模板架立方式、起吊設(shè)備的選型以及相關(guān)的配套設(shè)施。

3.3.2 多方論證，確定結(jié)構(gòu)方案

根據(jù)市場(chǎng)調(diào)研的情況，確立整個(gè)模板系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)方案，初步如下：

模板提升工作原理：

①：上層模板打開；

②：上層外模板頂升；

③：下層外模板提升后閉合；

④：上層外模板閉合，下層外模架打開。

4 橋梁高墩步履式液壓提升模板使用

4.1 工作準(zhǔn)備

①步履式模板在出場(chǎng)前對(duì)爬升使用的液壓系統(tǒng)全面進(jìn)行檢查，并對(duì)操作儀器壓力表進(jìn)行標(biāo)定，對(duì)液壓提升系統(tǒng)進(jìn)行試驗(yàn)，確保液壓系統(tǒng)可有效用轉(zhuǎn)。

②步履式模板進(jìn)場(chǎng)后需要場(chǎng)地內(nèi)進(jìn)行試拼，全面檢查步履式模板各系統(tǒng)桿件等是否齊全。

4.2 實(shí)體施工應(yīng)用

①進(jìn)行墩柱施工第一模混凝土?xí)r，在墩柱四角位置預(yù)埋各埋置1根直徑5cm鋼管，作為步履式模板提升連接架主要爬升軌道，鋼管預(yù)埋位置必須嚴(yán)格按照連接架尺寸準(zhǔn)確預(yù)埋，否則將影響整個(gè)連接架安裝。

②步履式模板拼裝完成后，首先將模板操作平臺(tái)及上下通道安全防護(hù)設(shè)施施工完畢，保障作業(yè)人員安全，體現(xiàn)與翻模施工區(qū)別。

③模板爬升注意事項(xiàng)：模板安裝完成，立即進(jìn)行鋼筋綁扎，鋼筋驗(yàn)收后即開始混凝土澆筑，混凝土澆筑高度達(dá)到模板高度并初凝后時(shí)，立即進(jìn)行模板提升，首先提升上外模架，在提升上外模架時(shí)必須將模架外側(cè)液壓收緊，保障外模架與模板松動(dòng)，才能順利將上模架提升，上外模架頂升采用上下外模架之間安裝的液壓系統(tǒng)做頂升，頂升到位后立即組織人員安裝內(nèi)襯模板。

上外模架提升到位后，采用液壓裝置將外模架與模板頂合緊密，開始提升下外模架，在提升下外模架時(shí)必須將模架外側(cè)液壓收緊，保障外模架與模板松動(dòng)，采用提升架同時(shí)提升下外模架與內(nèi)模系統(tǒng)，提升前上下模架直接液壓系統(tǒng)必須進(jìn)行回油處理，否則會(huì)造成液壓系統(tǒng)損壞。

下模架及內(nèi)模提升到位后，采用液壓系統(tǒng)將外模架與模板頂貼緊密即開始下一模混凝土澆筑，混凝土施工嚴(yán)格按照工藝流程控制，在進(jìn)行混凝土施工過程中可進(jìn)行鋼筋綁扎，在實(shí)際施工中混凝土澆筑速度如表1。

外觀質(zhì)量控制方面，通過完成實(shí)體工程外觀質(zhì)量檢查，混凝土外觀質(zhì)量總體可控，可達(dá)到采用液壓爬模施工質(zhì)量，且在模板頂升后無需花費(fèi)人工進(jìn)行混凝土表面修飾處理。（圖17）

5 橋梁高墩步履式液壓提升模板施工經(jīng)濟(jì)技術(shù)指標(biāo)狀況

采用液壓爬模施工方法進(jìn)行墩柱施工，從施工進(jìn)度、成本、質(zhì)量安全管理方面實(shí)現(xiàn)成果如下：

5.1 施工成本對(duì)比，單位：元/m3（表2）

5.2 施工進(jìn)度比較（表3）

5.3 安全質(zhì)量方面

在實(shí)際應(yīng)用中，步履式模板提升簡(jiǎn)單，外操作架相對(duì)靜止滑動(dòng)，且上下通道一次成型，實(shí)現(xiàn)了將高空作業(yè)向平地作業(yè)的轉(zhuǎn)變。質(zhì)量方面，通過澆筑完成實(shí)體混凝土外觀質(zhì)量檢查，混凝土外觀質(zhì)量可得到有效控制，合格率滿足要求。

6 橋梁高墩步履式液壓提升模板施工工藝取得成果

①自提升步履式模板模施工方法，是在爬模、滑模及翻模幾種模板施工工藝上進(jìn)行改進(jìn)，無需等待混凝土形成強(qiáng)度便可拆模，高墩施工進(jìn)度得到顯著提高；

②模架提升過程中，外模板采用步履方式固定內(nèi)襯模，可確保內(nèi)襯模靜止不動(dòng)，可得到很好的外觀質(zhì)量；

③自提升步履式模板模施工方法，在上一節(jié)混凝土沒有凝固之前澆筑下一節(jié)混凝土，橋墩無接縫；

④在模板施工裝置中加入垂直吊裝系統(tǒng)，最大程度地減少其他吊車配合施工，高墩建設(shè)的施工成本大幅度降低。

7 結(jié)束語

通過上述對(duì)橋梁高墩工程步履式爬模系統(tǒng)施工新工藝的介紹，我們可以發(fā)現(xiàn)，面對(duì)復(fù)雜的施工問題，只要靈活的變通處理方法就能夠達(dá)到預(yù)期以外的良好效果。其實(shí)，所有的工程項(xiàng)目施工均遵循這個(gè)規(guī)律，同時(shí)，橋梁施工新工藝的應(yīng)用和發(fā)展，為其他相關(guān)施工工藝提供了借鑒的機(jī)會(huì)，使得工程施工整體能夠不斷的引進(jìn)新工藝、創(chuàng)新新工 藝，從而實(shí)現(xiàn)行業(yè)的整體發(fā)展。

參考文獻(xiàn)：

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