高墩柱外爬架施工工藝研究

溫海峰

摘要：高墩柱施工傳統工藝為翻模法，不僅安全性差，而且不利于墩身養護及拉桿孔的處理；本文設計了一種新的施工工藝，外爬架施工，不僅克服了傳統工藝的缺點，而且施工速度較快，施工費用較低。

Abstract： The traditional technique of high pier construction is the overturning method， which is not only poor in safety but also unfavorable to the pier body curing and the treatment of drawbar holes. This paper has designed a new construction technique： outer climbing frame construction. This technique not only overcomes the disadvantages of traditional craftsmanship， but also its construction speed is faster and construction costs are lower.

關鍵詞：外爬架；墩柱；施工；工藝；翻模

Key words： outer climbing frame；pier column；construction；process；overturning

中圖分類號：U445.55+9 文獻標識碼：A 文章編號：1006-4311（2018）18-0129-04

0 引言

汕（頭）湛（江）高速公路云浮至湛江段及支線工程項目（下簡稱“云湛項目”）是廣東省高速公路網規劃的“二橫”線的一段，是珠三角通往粵西地區、西南地區以及大陸連接海南島的干線通道。其中10標、11標地處山區，橋梁墩柱較高，采用傳統的施工工藝，質量和安全均難以保證，是云湛高速陽化段重難點工程，本文在傳統工藝翻模法的基礎上進行改進，不僅提升了高墩柱施工的安全性，而且也極大地改善了提升了墩柱混凝土外觀質量。

1 傳統高墩柱施工工藝的缺點

傳統高墩施工模板系統普遍采用翻模法，操作平臺附于模板，施工操作空間受限大，鋼筋綁扎及模板安裝、拆除安全風險大，易發生安全事故；翻模過程中發生的墩柱混凝土修補及大量拉桿孔處理難度極大，且混凝土養生系統難以保證持續養生；塔吊使用頻率高，易發生機械事故和物體打擊事故。

2 外爬架施工工藝

墩身外應在塔吊及安全爬梯的配合下安裝一套整體式外爬架，要求其和模板之間預留一定間距，外爬架對模板安裝和砼澆筑施工來說，是重要的施工平臺，同時對墩身施工來說，它還是重要的全封閉安全防護裝置。

2.1 外爬架組成

完整的外爬系統組成主要包括三個部分，即支承系統、底座、腳手架。

2.1.1 支承系統

外爬架的支承系統共由4根直徑為80mm鋼棒組成，插入墩身預埋孔內，鋼棒兩端設限位裝置（螺母），使其與墩身鎖定，鋼棒長1.1m，每次澆筑砼均須在基模0.5m以下設置預留孔；鋼棒需定期進行探傷檢查，發現損傷須立即更換，以保證支撐鋼棒的安全性能。

2.1.2 底座

外爬架底座橫橋向每邊采用2根I36b工字鋼，縱橋向2根I22工字鋼，均與墩身凈距為10cm，構成“井”字框架，然后上部依次順橋向4根I22工字鋼及橫橋向4根I22工字鋼，組成外爬架底座，外爬架底座支承在鋼棒上用以支承上部腳手架系統。應在外爬架底支承點的下面安裝吊籃，如此便于安裝和拆除鋼棒。此外，通過在底層工字鋼面上密鋪3cm厚木板，可將其作為操作平臺。

2.1.3 腳手架系統

采用通用？準4.8cm，壁厚3.5mm的鋼管通過扣件聯結成腳手架系統。由于墩身每次澆筑高度為4m，基模預留2m；外爬架高度為10m，分5層加工，底層高1.8m，中間3層各高2m，最上層高2.2m，每層操作平臺均鋪設木板；分層框架之間設上下人梯。框架外側用同規格鋼管拉剪刀撐進行加固，框架外側及底座下設防墜安全網，框架4面貫通，為施工人員提供一個整體式操作空間。考慮到墩身模板拆除因素，設計時在內層腳手框架與墩身間預留80cm距離，并采用防墜網兜底。

2.2 外爬架拼裝

完成墩身第一模砼澆筑后，需開始安裝外爬架。綜合分析各項因素發現，在轉運或者吊裝過程中面臨一些問題，為解決該問題，可考慮直接為外爬架底座及腳手架系統組裝。首先在承臺上用輔助鋼材調平一個操作臺，然后在操作臺上拼裝外爬架底座，3組底座型鋼間采用法蘭栓接或焊接。順橋向底座型鋼上兩側的4根I22工字鋼和橫橋向底座兩側的4根I22的工字鋼作為腳手框架的主要支撐橫梁，工字鋼支承處采用焊接，然后再分層拼裝鋼管腳手架系統。鋼管腳手架的拼裝順序：立桿→縱橫桿→水平小橫桿→外側鋼管加固；采用十字扣作為立、縱水平桿鋼管的連接件，連接時要采用測力扳手擰緊，要求扣件的抗滑力達8.5kN。

2.3 外爬架提升

墩身第二模砼澆筑完畢后，首次提升外爬架。外爬架自重約10噸，共設4個提升吊點，吊點設在底座型鋼上，提升動力采用4個5噸的手拉葫蘆，手拉葫蘆下方通過鋼絲繩與外爬架的底座吊點連接，上方分別通過四根Φ28鋼筋橫向卡在墩身預埋鋼筋根部。為避免出現外爬架異常問題，應在其上端采用4個1.5噸的手拉葫蘆，其作用是平衡調節。同時在底座的4根工字鋼頂面上安裝6個導向防偏滑輪。為保證均勻、勻速提升葫蘆受力，應安排專人負責看管外爬架的提升。外爬架在接近支承鋼棒位置時應適當放慢上升速度，當外爬架上升到位后，穩住外爬架，然后安裝支承鋼棒，輕輕放下外爬架，使其平穩地支承在鋼棒上，然后在外爬架的水平層與模板之間設水平橫桿臨時約束固定外爬架。

3 外爬架的計算

3.1 外爬架的驗算參數

①對受荷載最大的鋼管進行驗算；

②橫橋向工字鋼受力驗算；

③順橋向工字鋼受力驗算；

④鋼棒受力驗算；

⑤鋼棒處混凝土壓應力驗算。

3.2 外爬架算例分析（以TJ11標黃垌河特大橋外爬架驗算為例）

黃垌河大橋7#～14#墩下部橋墩采用薄壁空心墩，在空心薄壁墩的施工過程中，為了保證施工質量和工人的安全，設計爬架輔助翻模施工，參考《路橋施工計算手冊》及相關規范對現對爬架進行應力、撓度、穩定的驗算，以確保施工安全。

爬架施工過程中主要包括的荷載有爬架自重、施工人員荷載、臨時機具荷載、人行過道木板等主要荷載。

爬架自重：96kN，考慮安全系數1.2，則驗算取值為115kN；

人行荷載：安全系數1.2，荷載值為9kN；

臨時荷載：安全系數1.3，荷載值為14kN；

人行過道荷載：安全系數1.2，荷載值為1kN。

3.2.1 鋼管支架驗算

①材料、截面特性。

材料選用直徑48mm壁厚3.5鋼管，Q235鋼管容許應力為205MPa×80%=164MPa，80%為舊管疲勞折減系數，經查表得截面特性如下：

②荷載計算。

鋼管排架設計鋼管直徑45mm、壁厚3.5mm，高2m，取最大壓力為3.02kN，視為兩端鉸接桿，其柔度λ=μl/r=1×200/2.1=95。11查表可得φ=0.625，則鋼管排架單根鋼管樁的穩定強度為：

σ=N/（φA）=3.02×1000/（0.625×489.3）=10MPa<205MPa×0.8=164MPa

根據以上計算可知，鋼管立桿的穩定性符合要求，安全系數164/10=16.4。

3.2.2 I36b工字鋼驗算

橫橋向的長度為9.6m，橋墩底部布置2根36b工字鋼，荷載72kN。

①材料、截面特性。

材料選用I36b，經查表得截面特性如圖6。

②荷載計算。

應用Midas civil建立梁單元模型，對橫橋向的36b工字鋼進行力學分析，得出最終的驗算結果，確保符合設計要求。模型以及加載圖如圖7-圖11所示。

經過計算，橫橋向36b工字鋼各項指標均能滿足要求。

3.2.3 碳素鋼棒驗算 45號碳素鋼棒直徑為80mm，插在墩身預埋孔內，碳素鋼棒兩端設限位裝置（螺母），使其與墩身鎖定。順橋、橫橋向鋼棒長1m，分配的荷載為122kN。

①材料、截面特性。

②荷載計算。

應用Midas civil建立梁單元模型，對順橋向的22b工字鋼進行力學分析，得出最終的驗算結果，確保符合設計要求。模型以及加載圖如圖13-圖18所示。

經過計算，碳素鋼棒各項指標均能滿足要求。

3.2.4 鋼棒處外側混凝土壓應力驗算

薄壁墩空心段橫橋向混凝土壁厚為0.6m。由碳素鋼棒驗算中可知最大豎向反P=34.9kN。經查C40砼最大允許應力為

3.2.5 其余過載梁I22b工字鋼及順橋向I22b工字鋼計算參照I36b工字鋼驗算

4 結語

高墩柱外爬架工藝是在綜合滑膜、翻模、爬模工藝優缺點的基礎上研制的，該施工工藝與傳統翻模法工藝相比由于工作面處于全封閉狀態，因此安全性得到了極大的提高。在提升過程中，處理拉桿孔只需在工作平臺上即可處理，無需再采用塔吊和吊籃處理，墩柱養護極為方便。由于該外爬架由型鋼和鋼管組成，因此材料可以多次周轉使用，相對而言經濟性方面有很大優勢。本工藝在云湛高速陽化段40米以上的墩柱施工中得到推廣使用，效果很好。

參考文獻：

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