大安大橋箱式墩液壓爬模施工技術分析

林敏

（龍巖交通建設集團有限公司，福建 龍巖 361000）

0 引言

隨著公路建設不斷推進，尤其是丘陵間溝谷地貌，地形起伏較大，橋梁下部結構墩柱設計經常采用空心薄壁墩，而且墩柱高度較高，如何在保證施工質量、施工安全和合同約定工期的情況下，順利地完成高墩柱施工成為該類橋墩施工的主要研究課題。液壓爬模施工技術具有墩身混凝土外觀質量較好、安全系數較高和施工效率高等特點，能夠實現液壓自爬模功能，減少對塔吊的依賴，加快施工進度，以爬錐和拉桿作為承重結構，平臺四周設置安全護欄，確保施工安全性，液壓爬模施工技術在橋梁高墩施工中具有良好的應用前景。

1 工程概況

X123 東廷線閩清北站至東橋朱山段公路工程項目位于閩清縣東橋鎮，路線全長7.871km，起點于閩清北站大箬村，由南往北延伸，終點于義由村，按三級公路標準執行，設計車速為30km/h，路基寬度為8.5m。該工程共有3 座橋梁，全長435m。其中，大安大橋全長218m，位于閩清縣大箬村北側，起訖樁號為K1+019.000—K1+237.000，上部結構為預制預應力連續T 梁，分3 聯橋跨進行布置：2×30m+3×30m+2×30m，T 梁高度為2m。下部結構箱式墩+鉆孔灌注樁，橋臺為U 形重力式橋臺，其中0#臺后面設置搭板長度為5m，7#臺后面設置搭板長度為8m，橋臺設置D-80 伸縮縫1 道。箱式墩的截面尺寸為6.0m×3.2m，該墩屬于矩形空心薄壁墩，墩高為43～50m，壁厚為0.55m，橋墩設置1 道橫隔板，混凝土強度為C40。該工程沿線地貌為丘陵間溝谷地貌，地形起伏大，溝谷上游呈V 形，溝谷縱橫，地形坡度為25～35°，地形十分復雜，因此，墩柱施工存在施工平臺搭建難度大、風力較大、施工場地狹小和模板堆放場地設置難度大等問題，箱式墩施工方案的選擇顯得十分重要。

2 箱式墩施工方案優選

2.1 翻模

翻模是橋梁工程最常見的模板方案，常用于變截面的空心墩或者實心墩，模板采用鋼模時，其所需的螺栓數量較多、翻升模板數量較多、安拆所需人員數量較多、每段翻模需要10～12 人。模板拆除后采用塔吊吊運到地面上進行水泥漿清理和涂刷脫模劑，吊裝量較大，所需投入的塔吊數量較多。據不完全統計，翻模的工效為1.0～1.5m/d，翻模施工的墩身混凝土外觀質量較好，對施工時風力要求較高，高空作業安全系數較低，容易出現安全事故[1]。由于該工程場地狹小，地形起伏較大，施工場地無法滿足翻模所需的大量周轉模板的場地需求，而且墩柱高度較高，超過40m，翻模安全風險指數較高，因此，翻模方案不予采納。

2.2 滑模

滑模主要以千斤頂對鋼模進行提升，適用于外形尺寸變化較小的橋墩。滑模方案不需要對模板進行拆除，利用支撐桿和千斤頂將模板不斷向上提升，對施工場地要求低，能夠24h 不間斷連續施工，工效為2.0～2.5m/d，施工速度快。雖然滑模方案滿足該工程場地實際情況和工期要求，但是滑模施工的墩身混凝土外觀質量較差，混凝土缺陷處理不當會出現微裂紋，而且一旦出現垂直度偏差較大，糾偏難度會增大。采用滑模方案進行橋墩施工時，需要晝夜連續作業，遇到降雨時，墩身混凝土質量難以保證，連續施工的管理難度較大，因此，滑模方案不予采納。

2.3 爬模

爬模利用液壓頂升系統將鋼模或者木模沿著爬架系統向上爬升，適用于豎直或者傾斜的橋墩，爬模方案拼裝簡單，四周封閉性防護，安全系數高。模板安拆速度快，安拆人員只需3～5 人。爬模采用整體式液壓爬升，墩身混凝土的平整度和垂直度控制較好，外觀質量較好，施工質量可控性較高。爬模對施工場地要求較低，模板拼裝后即可實現多次爬升，施工效率高，工效為1.0～1.5m/d，模板整體穩定性較好。爬模模板可以采用木模，模板切割和拼裝較為靈活，施工成本降低，墩柱施工完成后，模板可以回收簡單處理后，投入其他墩柱模板使用[2]。綜合考慮該工程箱式墩墩高較高、施工場地受限和工期緊張等因素，為了提升箱式墩施工質量，降低安全施工風險，經研究決定，該工程箱式墩施工方案為爬模。

3 爬模構造及工作原理

3.1 爬模構造

爬模系統由液壓頂升系統、模板系統、預埋件系統和爬架系統等組成，爬模系統采用ZPM-100 型自爬模體系，模板系統由工字木梁、維薩板、連接件和背楞等組成，模板設計高度為4.65m，混凝土澆筑高度為4.5m，模板下包10cm，上挑5cm，從而防止跑漿和保證混凝土底口質量。外模厚度為21mm，選用維薩板，內模厚度為18mm，選用竹膠板。豎楞選用型號為H20 的工字木梁，安裝間距為30cm，翼緣厚度和寬度分別為4cm 和8cm，木梁高度為20cm。橫楞選用雙根14#槽鋼，安裝間距為1.3m，連接件選用D20 高強螺桿，橫向安裝間距為1.3m，縱向安裝間距為1.2m。采用地板釘及自攻螺絲將維薩板和工字木梁在豎肋方向上進行連接，相鄰兩塊維薩板之間采用芯帶進行連接。在工字木梁兩側設置吊鉤，槽鋼與工字木梁之間采用連接爪進行固定[3]，從而確保大模板體系整體性。主平臺寬度為2.9m，模板平臺和澆筑平臺的寬度均為1.3m，懸掛平臺寬度為1.8m，液壓控制平臺寬度為2.7m，平臺四周均布置防護欄桿，平臺鋪設防滑模板。爬模構造如圖1 所示。

圖1 爬模構造圖

3.2 工作原理

爬模的頂升通過液壓油缸分別對爬架和導軌進行交替升降來實現，待爬架處于工作狀態時，爬架和導軌均作用在預埋件支座上，兩者互不關聯。模板與墩身混凝土脫開后，在爬錐上安裝預埋件支座、掛座體和受力螺栓，對換向箱內的棘爪方向進行調整，使導軌向上頂升至預埋件支座上。將導軌提升后露出的爬錐、預埋件支座及爬架上拉桿全部拆除后，對換向箱內的棘爪上下方向再次調整后啟動液壓油缸，導軌保持靜止不動，而爬架向上頂升至預埋件支座上。因此，爬架和導軌是利用墩身上預埋的爬錐實現交替附墩和逐層提升，從而實現液壓自爬逐層頂升。

4 箱式墩液壓爬模施工技術

4.1 利用BIM 軟件深化爬模系統設計

利用BIM 軟件建立箱式墩爬模系統模型，利用BIM 軟件先進的碰撞檢查與3D 施工模擬等技術，對爬模系統與施工電梯、塔吊和附墻裝置等布設位置提前進行碰撞檢查，從而避免出現沖突現象，確保施工電梯、塔吊和附墻裝置的平面位置的準確性，附墻裝置的穩定性和承載力驗算合格即可形成實施方案。由于墩柱高度較高，最高達50m，附墻裝置安裝時容易出現因臨空面較高難以提供安全的操作平臺現象，通過BIM 軟件對爬模系統進行深化設計，在懸掛平臺下方設計由鋼板、角鋼和鋼筋等焊接而成的吊籠，吊籠焊接于懸掛平臺的主梁上，從而有效地解決附墻裝置安裝的安全隱患。

4.2 墩身首節施工

4.2.1 施工準備

采用全站儀測量定位墩身的軸線，采用墨斗彈出墩身輪廓線，并在距離墩身輪廓線30cm 位置設置模板檢查線，為后續模板安裝提供定位和垂直度調整使用。采用風鎬對墩身與承臺交界位置混凝土進行鑿毛，使該處混凝土露出粗骨料，再用高壓水沖洗干凈。

4.2.2 支架搭設

為了更好地進行鋼筋和模板安裝，首先應搭設落地腳手架，立桿縱向和橫向間距均為1m，步距為1.5m，按照規定掛設安全網。

4.2.3 鋼筋綁扎

兩根墩柱鋼筋之間采用鐓粗直螺紋套筒連接，屬于機械連接方式，主筋為9m 定尺，同一水平面上鋼筋接頭數量應≤50%鋼筋總數，水平和環向鋼筋則采用單面焊接形式，搭接長度為10d。鋼筋安裝順序為先豎向后水平和環向、先外層后內層，鋼筋焊接應牢固可靠，確保鋼筋骨架的整體性。

4.2.4 合模

將拼裝好的大模板采用塔吊吊運到模板邊線上，采用拉桿進行對拉加固，墩柱四個邊角位置模板采用45°的斜拉桿進行加固，模板的垂直度和平整度檢查合格后，擰緊螺母，模板拼縫位置應采用膠帶封堵密實，確保混凝土澆筑質量。

4.2.5 預埋件安裝

爬模的預埋件主要為爬錐、定位螺栓和高強螺桿，采用定位螺栓在模板外側將爬錐和高強螺桿固定牢固，混凝土澆筑完成后，拆除模板和定位螺栓，在爬錐上安裝受力螺栓和掛座體，從而形成爬模系統的支撐結構。

4.3 液壓爬模施工

4.3.1 爬模架體安裝

在墩身爬錐地面投影線上分別鋪設規格為300mm×2440mm 的木板，使其與爬錐中線相互垂直，將三腳架安裝在木板的軸線上，操作要求其對角線偏差≤2mm。將平臺板安裝在三腳架上，平臺應安裝平整與牢固，并校正三腳架軸線定位的準確性。采用塔吊將三腳架吊運到掛座體，調整就位后采用安全插銷進行固定。在模板下安裝4 根木梁，接著安裝背楞和挑架，拼裝桁架和操作平臺，所有構件應安裝牢固可靠[4]。采用塔吊將桁架和模板吊運到第一次預埋的掛座體上，檢查模板的軸線與垂直度等偏差，偏差值采用調整斜撐角度進行糾偏。

4.3.2 爬升流程

爬模的爬升流程如下：墩身混凝土澆筑完成后—模板拆除并后移—受力螺栓和掛座體安裝—導軌頂升—爬架頂升—鋼筋綁扎—預埋件安裝與固定—合模—墩身混凝土澆筑—循環作業。正常情況下，爬錐和附墻裝置應配置3 套，1 套周轉，2 套壓在導軌下。爬錐安裝時應將黃油抹滿孔內再裝入高強螺桿，防止混凝土滲入爬錐內。爬錐安裝位置應準確無誤，與深化設計過的爬模系統圖相符。當導軌準備頂升時，操作人員調整換向盒內的棘爪為向上方向，頂升應勻速和緩慢，使導軌在換向裝置上端頂住情況下頂升到上一節掛座體上。導軌頂升到位后及時將下節的爬錐和附墻裝置拆除和回收重新利用。爬架頂升時，調整換向裝置的棘爪為向下方向，換向裝置下端牢牢地頂住導軌，使爬架在液壓油缸作用下向上爬升。

4.4 內模施工

空心段內模采用吊架輔助施工，內模選用竹膠板，在墩身上預埋螺栓，使吊架穩定性得到保證，吊架和操作平臺安裝后即可進行內模安裝，通過斜撐來調整內模垂直度，待內模垂直度調整到位后采用水平鋼管進行固定。橫隔板和墩頂實心段的模板方案均采用托架法[5]，在模板方案標注的位置預埋鋼板，采用型號為I28a 的工字鋼進行牛腿支架的制作與加工，將支架焊接在鋼板上，支架安裝間距為0.8m，接著在支架上鋪設方木和竹膠板，綁扎鋼筋和澆筑混凝土。

4.5 墩身混凝土養護

該工程墩身混凝土養護采用先進的自動噴淋養護系統，在墩柱旁邊修建蓄水池，安裝水泵、噴淋管道和輸送管道，利用時間管理軟件對噴淋開始時間和持續時間進行控制。養護水通過水泵泵送到輸送管道內，到達墩柱混凝土表面時，打開噴淋開關進行噴淋養護，根據氣候情況合理調整噴淋次數和時間，每天至少噴淋3 次，每次噴淋時間為30min。

5 結語

大安大橋的箱式墩采用液壓爬模施工技術進行施工，標準段墩身混凝土澆筑高度為4.5m，每個節段施工周期為4d。采用BIM 軟件深化設計爬模系統，使塔吊、施工電梯、附墻裝置與爬模不發生沖突。外模采用液壓爬模自動爬升，內模采用塔吊吊運，從而有效解決了模板堆放場地不足的問題，在懸掛平臺下設置吊籠來解決高墩附墻裝置安裝難題，采用自動噴淋系統加強墩身混凝土養護。液壓爬模施工技術具有穩定性好、安裝簡便、安全性能高和施工效率高等優點，墩柱混凝土外觀質量良好，表面光滑，垂直挺拔，施工過程未出現安全事故，施工質量良好，施工效果顯著。