橋梁空心薄壁高墩柱爬模施工技術(shù)研究

高恒

（中鐵十六局集團(tuán)第四工程有限公司，北京 101400）

1 引言

近些年，伴隨國內(nèi)公路的發(fā)展尤其是高速公路的迅猛發(fā)展，全國各地出現(xiàn)了許多空心薄壁橋梁。其中，高墩柱施工是空心薄壁橋梁不可缺少的重要環(huán)節(jié)之一，怎樣確保空心薄壁橋梁進(jìn)度、安全和質(zhì)量逐漸成為施工人員需要解決的重要問題。

2 工程概況

云南省墨江至臨滄高速公路三岔河大橋上部結(jié)構(gòu)采用裝配式預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)T 梁，先簡支后連續(xù)；下部結(jié)構(gòu)橋墩采用薄壁空心墩和柱式墩，墩臺(tái)均采用樁基礎(chǔ)。該橋梁有右幅和左幅之分，右幅3 至6 號(hào)、左幅4 至6 號(hào)的橋墩是空心薄壁墩。該橋梁的右幅3 號(hào)墩高度為41 m、4 號(hào)墩高度為56 m、5號(hào)墩高度為58 m、6 號(hào)墩高度為44 m，橋墩橫向的寬度為6 m，橋墩順向的厚度為3.5 m，壁厚為0.5 m。該橋梁的左幅4 號(hào)墩高度為53 m、5 號(hào)墩高度為65 m、6 號(hào)墩高度為52 m，橋墩橫向的寬度為7 m，橋墩順向的厚度為3.5 m，壁厚為0.5 m。

該橋梁項(xiàng)目位于云南省西南部，橋梁所處地形較為復(fù)雜，位于V 字形地段，橋梁的左幅5 號(hào)墩高度為65 m。該橋梁項(xiàng)目具有施工現(xiàn)場風(fēng)速大、缺少堆放模板場地、難以搭設(shè)修筑平臺(tái)、不易修建施工便道等多種施工問題。如何科學(xué)、有效地運(yùn)用橋梁施工技術(shù)十分重要。

3 選取橋梁施工方案

為了讓橋梁工程的造價(jià)降低、工期縮短、質(zhì)量得到保證，應(yīng)先按照人員因素、質(zhì)量因素、工期因素、安全因素等施工影響因素來選取橋梁施工方案。在本工程中，重點(diǎn)比選爬模法與翻模法。

以該橋梁的左幅5 號(hào)墩為例，該橋墩運(yùn)用爬模施工技術(shù)后，所需費(fèi)用為37 萬元左右，運(yùn)用翻模施工技術(shù)后，所需費(fèi)用為25 萬元。僅從費(fèi)用方面看，翻模施工技術(shù)明顯優(yōu)于爬模施工技術(shù)。然而，雖然爬模施工技術(shù)需要較高的費(fèi)用，損壞相應(yīng)模板配件后必須再次定制，但是，以施工安全、施工場地、施工進(jìn)度的角度考慮，爬模施工技術(shù)則具備更多優(yōu)點(diǎn)[1]。首先，爬模施工技術(shù)具有較快的上升速度，在施工過程中，模板不需要吊裝至地面，經(jīng)過打磨工序后二次吊裝，并且測量調(diào)試時(shí)的爬模是整體、大塊模板，可以在較短的時(shí)間內(nèi)調(diào)整，所需要的爬模施工周期為60 d 左右，而翻模施工周期則需要至少95 d。其次，爬模施工對塔吊的使用比翻模施工的次數(shù)少，從而減少了起重的次數(shù)，模板無須落地，因此，施工現(xiàn)場的場地得到了極大的節(jié)省。最后，爬模施工可以將大范圍操作平臺(tái)提供給施工人員，不僅增加了穩(wěn)定性，而且提升了抗風(fēng)水平（見圖1）。因此，本橋梁工程經(jīng)過一系列比選，最終決定選擇爬模施工技術(shù)開展空心薄壁橋梁施工。

圖1 爬模操作平臺(tái)

4 設(shè)計(jì)爬模系統(tǒng)

橋梁的主墩爬模系統(tǒng)為ZPM100 型，此系統(tǒng)包括液壓系統(tǒng)、埋件系統(tǒng)、支架系統(tǒng)、模板系統(tǒng)等多個(gè)子系統(tǒng)。

4.1 模板系統(tǒng)

在爬模系統(tǒng)中，模板系統(tǒng)主要由連接件、背楞、工字木梁以及WISA 模板構(gòu)成（見圖2）。橋梁爬模體系選取工字木梁體系大模板，在其標(biāo)準(zhǔn)節(jié)段有6 m 的澆筑高度，設(shè)計(jì)的模板高為7 m，施工速度極快。整體上采用了4 個(gè)角模與4 個(gè)大模板，實(shí)現(xiàn)了模板節(jié)約的目的。為了確保澆筑質(zhì)量，混凝土面應(yīng)澆筑100 mm 厚，同時(shí)模板應(yīng)進(jìn)行外挑操作，外挑厚度為80 mm，以此來避免水泥漿外溢。其外模模板使用的WISA 面板，厚度為18 mm。工字木梁和WISA 面板的連接通過地板釘、自攻螺絲來實(shí)現(xiàn)，橫肋和豎肋的連接則通過連接爪來實(shí)現(xiàn)，將2 個(gè)吊鉤分別設(shè)置于豎肋兩邊。相同模板的連接通過芯帶實(shí)現(xiàn)，借助芯帶銷增強(qiáng)其固定性，并在一定程度上提高模板整體性，讓模板得到可靠而合理的受力。

圖2 WI SA模板

4.2 支架系統(tǒng)

在爬模系統(tǒng)中，支架系統(tǒng)主要由下架體、上架體2 部分構(gòu)成。架體的高度是14 m，平臺(tái)1 為上平臺(tái)，其寬度是2.7 m，平臺(tái)2 和平臺(tái)3 為模板平臺(tái)，其寬度是1.1 m，平臺(tái)4 是主平臺(tái)，其寬度是2.8 m，平臺(tái)5 是液壓平臺(tái)，其寬度是2.7 m，平臺(tái)6是裝修平臺(tái)，其寬度是1.9 m。

4.3 埋件系統(tǒng)

在爬模系統(tǒng)中，埋件系統(tǒng)由爬錐、定位螺栓和高強(qiáng)螺桿等部分構(gòu)成。施工人員先要在模板上安裝爬錐、定位螺栓以及高強(qiáng)螺栓，完成組裝工作后方可進(jìn)行混凝土的澆筑。隨后，應(yīng)在混凝土澆筑全部完成時(shí)將模板、定位螺栓完整地拆除。

4.4 液壓系統(tǒng)

在爬模系統(tǒng)中，液壓系統(tǒng)由配電裝置、膠管、液壓油缸、液壓閥、調(diào)速閥和泵站控制裝置構(gòu)成。需要把2 個(gè)液壓泵站安放在單肢上，同一墩柱上的泵站共有4 個(gè)。另外，架體的爬升既能夠單獨(dú)實(shí)現(xiàn)，又可以同時(shí)實(shí)現(xiàn)。出于人員高空作業(yè)安全性的考慮，將鋼絲網(wǎng)板應(yīng)用于設(shè)計(jì)架體防護(hù)，其擋風(fēng)系數(shù)高達(dá)0.16。要想防止架體在爬升過程中和結(jié)構(gòu)發(fā)生沖突，應(yīng)將100～200 mm的間隙設(shè)置于墻面和爬模平臺(tái)板之間。除此之外，為了避免出現(xiàn)高空墜物的問題，應(yīng)將翻板安放在墻面和液壓平臺(tái)的縫隙中，提升架體的過程中，施工人員可翻開翻板，當(dāng)提升架體的高度滿足要求后，施工人員盡快鋪好翻板即可。

5 開展爬模施工

經(jīng)過以上工作后，施工人員方可正式開展爬模施工。

5.1 爬模施工技術(shù)的步驟

橋梁主墩的墩身運(yùn)用了爬模施工技術(shù)，分節(jié)時(shí)將一個(gè)節(jié)段設(shè)置為6 m。橫隔板的配置根據(jù)墩身的高度要求來進(jìn)行。在施工過程中，施工人員可從不同節(jié)段的底部對各個(gè)橫隔板位置進(jìn)行準(zhǔn)確控制。為了讓施工更加便利，施工人員可對橫隔板高度進(jìn)行相應(yīng)微調(diào)。墩頂實(shí)心段屬于節(jié)段的最后一部分，該部分的施工可單獨(dú)開展[2]。除此之外，墩身的內(nèi)膜應(yīng)在地面上進(jìn)行拆除并做好相應(yīng)打磨工作。

受施工所處環(huán)境的地形限制，該橋梁工程的施工場地相對較小，開展空心薄壁橋梁施工的過程中，不僅打磨場地空間不足，而且拼裝外模板、內(nèi)模板的場地也十分缺乏。通常來講，液壓頂升系統(tǒng)是爬模施工主要?jiǎng)恿碓矗撓到y(tǒng)由換向盒、液壓油缸共同構(gòu)成，下?lián)Q向盒與上換向盒能夠?qū)荏w、導(dǎo)軌等進(jìn)行精準(zhǔn)控制，使其按照施工需求來上升，不需要將模板反復(fù)提吊，從而無須過多的施工場地。借助液壓系統(tǒng)，導(dǎo)軌、模板架體能夠?qū)崿F(xiàn)互爬，二者共同爬升、平穩(wěn)向上，大幅提高了施工安全系數(shù)。

墩身的第一節(jié)以常規(guī)途徑開展施工作業(yè)。先澆筑第一節(jié)混凝土，完成澆筑后把第一節(jié)模板完整地拆除，對第二節(jié)鋼筋、勁性骨架進(jìn)行安裝，使主背楞、模板系統(tǒng)、上架體以及三腳架全部安裝完成，借助對稱拉桿法使模板得到加固，最后進(jìn)行第二節(jié)混凝土的澆筑作業(yè)。為了確保橋墩的標(biāo)準(zhǔn)化施工水平，此工程對4 層爬模操作平臺(tái)進(jìn)行了設(shè)置，整個(gè)平臺(tái)高度為8.5 m，使各個(gè)鋼筋綁扎平臺(tái)都具有充足的空間，施工人員無須將額外的操作平臺(tái)設(shè)置在施工現(xiàn)場。

在對墩身第三節(jié)鋼筋、勁性骨架進(jìn)行安裝的過程中，將模板拆除并向后移動(dòng)，同時(shí)對液壓系統(tǒng)、導(dǎo)軌進(jìn)行安裝[3]。將液壓閥門、電源全部打開，使液壓系統(tǒng)進(jìn)入啟動(dòng)狀態(tài)，對下架體、上架體進(jìn)行提升。隨后，需進(jìn)行下架體的安裝、合模。將模板調(diào)整和加固好后，施工人員需對第三節(jié)混凝土進(jìn)行澆筑。這便完成了爬模系統(tǒng)的安裝工作。

在對墩身第四節(jié)鋼筋、勁性骨架進(jìn)行安裝的過程中，將模板拆除并向后移動(dòng)，使液壓系統(tǒng)進(jìn)入啟動(dòng)狀態(tài)，對導(dǎo)軌進(jìn)行提升。把電源、閥門、液壓系統(tǒng)全部關(guān)閉，將下方的爬錐、附墻掛座全部拆除，用于后續(xù)的周轉(zhuǎn)。隨后，液壓閥門、電源重新打開，使液壓系統(tǒng)處于啟動(dòng)狀態(tài)中，爬升架體至施工所需的部位。對模板展開調(diào)整與加固，對第四節(jié)混凝土進(jìn)行澆筑。此時(shí)，爬模施工處于標(biāo)準(zhǔn)階段。

從爬模施工流程來看，標(biāo)準(zhǔn)節(jié)段需經(jīng)過澆筑混凝土、勁性骨架安裝、鋼筋綁扎、向后移動(dòng)模板、附墻掛座安裝、導(dǎo)軌提升、架體爬升、清理模板、固定埋件、合模、混凝土澆筑這一完整過程。

5.2 施工技術(shù)的注意事項(xiàng)

該橋梁的橋墩較高，最高高度為65 m，具有較多的分解數(shù)量，所有混凝土都通過車載泵來輸送。沿著墩身對混凝土泵管進(jìn)行布置，輸送泵為車載泵，該車載泵具有18 MPa 的輸送壓力最大值和100 m3/h 的高壓輸送能力，泵管的直徑是124 mm，泵送阻力最大值是12 MPa。為了讓橋墩的墩身外觀與混凝土質(zhì)量得到保證，需將4 個(gè)卸料點(diǎn)設(shè)置于橫向墩身的2 個(gè)面、橋墩順向每面各布置1 個(gè)卸料點(diǎn)，即墩身4 個(gè)面共計(jì)6 個(gè)卸料點(diǎn)，同時(shí)各點(diǎn)需提前準(zhǔn)備串桶與導(dǎo)管。因當(dāng)?shù)毓?yīng)河沙較為困難，并且當(dāng)?shù)鼐邆錂C(jī)制砂優(yōu)勢，該工程決定混凝土原料選取機(jī)制砂，達(dá)到施工因地制宜的效果，讓爬模施工所投入的成本大幅減少。以控制成本、優(yōu)化技術(shù)為前提，借助大量混凝土配比試驗(yàn)，將機(jī)制砂所遇到的問題充分解決，如強(qiáng)度低、易泌水等，從而讓混凝土增加了和易性。

6 結(jié)語

總而言之，研究爬模施工技術(shù)應(yīng)用于空心薄壁橋梁的策略具有重要的意義。相關(guān)人員應(yīng)對高速公路橋梁工程概況有一個(gè)全面了解，充分把握選取橋梁施工方案的方法及比選方式，科學(xué)設(shè)計(jì)爬模系統(tǒng)的各個(gè)子系統(tǒng)，能夠在掌握爬模施工步驟、施工注意事項(xiàng)的基礎(chǔ)上，順利開展高墩柱的空心薄壁橋梁施工，從而使高速公路橋梁工程保質(zhì)保量完成，獲得更高的經(jīng)濟(jì)效益。