困难条件下新型智能液压爬模在空心高墩的应用技术
时间：2023-03-23 14:40:05 来源：千叶帆 本文已影响人
王志杰WANG Zhi-jie
（北京铁城建设监理有限责任公司，北京 100855）
近年来，随着我国科技水平的发展及建筑技术的进步与突破。先进的液压技术及相应的控制技术与传统的爬模相结合，提高了爬模施工的机械化、智能化及信息化的程度。对于增强爬模工法的施工效率、安全文明施工程度、成品质量、操作便捷性、经济实用性及不同条件的适用性等各方面均起到了显著的效果。本文结合高101m，墩身设计为折线变坡的空心高墩，详细阐述液压爬模的设计思路和施工关键技术，进而解决了本项目高墩施工的技术难题。
新建铁路宜昌至郑万高铁联络线板仓河大桥3#墩基础设计采用钻孔灌注桩，墩身为变截面矩形空心墩结构，墩高101m。墩身底部截面尺寸为12m×27m，底部6.5m 为实心段，29.0m 高度处墩身横桥面变坡，并逐渐变化至墩顶7.5m 宽。顺桥面由底部12m 宽逐渐变化至10.5m 宽（墩身结构尺寸如图3 所示）。
桥址区位于中低山区，地势较为陡峭，桥址范围内植被茂密、多为杂草、灌木，局部地段辟为茶园地，相对高差约210m，自然坡度40～50°，施工便道修筑难度大，大型机械设备进场困难。3#高墩的施工成为本项目的技术难点。
2.1 液压爬模系统设计及配套设施方案
经从施工现场条件适应性、经济成本、线型控制、安全可靠、施工进度等方面对翻模法、滑模法、爬模法等几种常用高墩施工方法进行了综合比选和评估。最终决定墩身施工采用最新ACS100 型智能液压爬模技术。
ACS100 型智能液压爬模结构如图1 所示。主要由模板系统、爬架系统、液压爬升系统和相应的电气控制系统组成。
图1 爬模结构示意图
ACS100 液压爬模的模板系统主要包含WISA 板面板，木工字梁、][14a 槽钢背楞、后移装置。采用WISA 板作模板面板，拼装高度为4.65m，模板竖向采用20H 木工字梁作背肋，横向设置][14a 槽钢作背楞，为了避免20H 木工字梁背肋受损坏，于模板顶部、底部设置方木（10×5cm）封边。由于墩身截面尺寸变化较大，底节墩身的大面（横桥向墩身面）配置了7 榀爬升架和相应导轨，随着高度的爬升及墩身截面变小，到墩顶时逐渐减少至3 榀爬升架。墩身的小面（纵桥向墩身面）由于变化幅度较小，从下至上均为4 榀爬架及导轨施工至墩顶。施工中通过不断裁剪模板两侧尺寸使模板与墩身收坡坡度相适应。即每节段砼浇筑完成，模板退移后每侧按下一节墩身收坡宽度相应切除面板宽度，两侧木工字梁按收坡方向平行布置，以避免切断木工字梁[1]。
墩身内模也同样使用液压自爬升模板，在内、外模板间设置对拉杆（φ20mm 精轧螺纹钢）以避免胀模，确保施工质量及安全。内模大面（横桥向）每单侧设置2 榀爬架，内模小面不设置爬架，依靠两侧爬架抬升提升模板。
墩身施工过程中在墩身横桥向左侧安装塔吊，右侧安装施工升降机，同时墩身表面预埋锚固件用于固定泵管，塔吊配合竖向运输小型机具及材料，高压输送泵泵送砼入模。
由于墩身四角设计为25cm×25cm 倒角，该处加工4.5m 长定型阳角模板，施工时通过两侧木模板卡紧倒角模板，并拉紧对角处拉杆固定，拆除时，首先退开两侧木模板，然后拆除倒角模板。
2.2 爬模系统重要构件的组成
液压爬模系统主要由五部分组成：模板系统、锚定总成、导轨、液压爬升系统和操作平台。
2.2.1 模板系统
模板系统包含：WISA 板面板、木工字梁背肋、][14a 槽钢背楞及其它组装附件组成。
2.2.2 锚定总成
液压自爬模体系的锚定总成包括：埋件板、高强螺杆、爬锥、受力螺栓和埋件支座等。见图2 所示。
图2 锚定总成
①由埋件板、埋件杆（高强螺杆）及爬锥构成预埋件，为将爬模系统与已浇筑砼墩身联接，并承受及传递爬模系统的荷载。埋件杆、埋件板的尺寸大小均通过承载检算后决定，并选用高强度材质制作构件，以尽量减少构件体积，降低预埋时与墩身钢筋互为干扰的问题[2]。锚定总成中埋件杆为主要的承载构件，进行了调质处理（达到Rc25～30），且需探伤检测合格，确认没有原始裂纹、热处理裂纹。
②埋件支座承受全部爬模的施工荷载，并传递给墩身，要求具有较强的抗剪、抗拉及抗弯矩性能，本项目择优选用了某著名品牌的成熟产品。埋件支座为重复使用的部件，爬架提升后需及时拆除下部的埋件支座。
③导轨为爬模系统提升轨道，采用2[18a 槽钢和1 组梯挡组焊构成。
④液压爬升系统包括：液压泵、油缸、上换向盒和下换向盒等。液压泵、油缸为爬模的升降提供动力，本项目采用成套的TSC80 液压爬升机构（含液压泵、油缸、上换向盒和下换向盒），该机构爬升安全、平稳，定位准确。爬升采用YS-CS-01 型计算机同步控制系统及相应的传感器信息系统，该控制系统融合了智能化、信息化技术，操作简单，能够确保爬升的精确同步，且具有自动、人工操作两种模式，和单机点动功能。
⑤爬模操作平台的操作宽度均超过70cm，操作平台支承的主要构件为Ⅰ20a 工字钢，平台满铺厚度为50mm脚手架，脚手板的加固、平台栏杆的设置及安全防护均严格按规范的要求进行。
3.1 墩身分节方案
墩身变坡处以下部分共分为7 个爬升节段，标准爬升竖直高度为4.5m，墩身变坡段下部第二段为2.0m 调整节段；
墩身变坡段上部墩身共计分为16 个爬升节段，每次爬升高度为4.5m。墩身分节段浇筑如图3 所示。
图3 墩身分节浇筑示意图
3.2 墩身首节段施工
墩身首节段施工采用常规施工工艺，施工过程中注意对承台顶面设置好砂浆调平层，确保首节模板安装位置、收坡坡度准确无误；
并注意首节墩柱根据爬模施工的要求，准确安装好爬升预埋件。
3.3 中间标准节段墩身施工
①首节墩身施工完成后，拆除模板，根据预埋的爬锥锚固件安装预埋件支座（附墙座），然后逐榀吊装爬模承重主桁架；
然后安装桁架顶部横向连接及平台板；
安装模板、安装模板操作平台，浇筑第二节墩身砼。
②第二节墩身砼达到拆模强度后，拆除内外模对拉杆，然后向外侧滑移模板操作架及模板。
③安装导轨，并安装好油泵等液压系统，开启油泵，通过油顶顶升模板至第三节段浇筑位置；
然后安装爬模吊架系统（修饰平台），爬模系统全部安装完成。
④绑扎墩身第三节段钢筋，验收合格后，平移模板就位并加固模板，进入液压爬模正常施工阶段。
标准节段墩身施工流程见图4 所示。
图4 中间标准节段墩身施工流程
3.4 墩顶封顶段施工
墩顶施工空心段顶部倒角部分与墩顶实心段处利用上部结构箱梁施工时托架完成，施工时首先安装好上部结构0#块托架及底模系统，外模模板设计为自带墩顶倒角部分，内模采用在内部型钢支架上铺设方木竹胶板形成作业平台，浇筑墩顶段砼；
底模的拆除通过0#块及墩顶实心段进人孔拆除底模系统。
3.5 爬模过墩身拐点处施工工艺
①采用常规施工方案施工完墩身拐点处以下最后一节墩身，并按照要求埋设好特殊加工的爬模施工预埋件等。②退移模板，安装第7 节段处特殊加工的挂座等，然后提升导轨至挂座处并固定牢固，然后模板正常爬升至下一节施工位置。③调整爬架处斜撑丝杠，使爬架平台顶部水平，然后调整模板架体处斜撑丝杠，使模板倾斜角度符合下一节段墩身收坡坡度。④绑扎第8 节段钢筋，并安置预埋件，浇筑第8 节段砼，然后提升液压爬模，通过墩身收坡拐点位置，正常工艺施工剩余节段。
4.1 测量放线
承台施工完成后，采用全站仪精确定位墩身轴线，并弹墨线标识好墩身立模线，在墩身立模线外采用M10 水泥砂浆浇筑一层调平砂浆带，砂浆带宽度10cm，厚度不小于5cm，用于第一层模板支设时精确调平。
4.2 钢筋加工及安装
竖向主筋采用机械连接。主筋切断采用砂轮式切割机，以方便套丝加工。在施工承台时根据图纸及技术交底要求做好墩身钢筋预埋工作，并做好架立筋，将墩身钢筋固定好，防止在承台浇筑过程中预埋筋移位或倾倒。
钢筋每次接长高度4.5m，采用3m 高钢筋安装辅助架将主筋临时固定，钢筋安装支架底部与底节模板相连接，以保证稳定，整节钢筋水平筋绑扎完毕后吊出钢筋临时固定支架，安装模板，进入下道工序。
4.3 预埋件安装流程
①在模板上钻设预留孔，预埋件采用穿过预留孔的M36×60 螺栓固定于模板上。②完成砼筑且退模后，安装附墙挂座，然后依次安装主梁、导轨等。③主梁安装后及时插入安全销，并传入导轨，后续施工重复①②步骤。
4.4 预埋件的埋设、定位
出于爬架固定及爬升的需要，墩身砼内需埋设较多的预埋铁件。大量预埋件的存在，无疑会影响到砼的外观效果。爬锥及模板的拉杆为特殊专用件，能够取出重复利用，其它预埋件以预埋H 型螺母为主，从而尽可能降低砼面的修补面积，对于少量必要的铁板类预埋件，也尽量减少平面面积，且整齐划一地定位埋设。并在铁板表面与模板间设置厚3cm 的塑料泡沫板，即将预埋铁板嵌入墩身砼内3cm，以便后续对砼面的修补。拉杆与模板间加设橡胶头，避免漏浆，影响砼外观。
预埋件定位的准确性非常重要，影响到爬架的安装及操作。铁板等预埋件直接，或是通过限位架与墩身主筋或劲性骨架等焊接固；
预埋螺栓加设限位架，限位架与墩身主筋或劲性骨架等焊接固；
预埋PVC 管时于两端加设限位架，限位架与墩身主筋或劲性骨架等焊接固[3]。
4.5 墩身施工泵管布设
墩身施工采用泵送砼，泵管与塔吊同侧布置（布置于墩身横向中线处），以方便墩身较高时吊装泵管安装等。泵管的安装通过提前在墩身上预埋的锚固件与钢板连接，然后焊接短型钢，通过U 型螺栓卡紧泵管与型钢，固定泵管。
4.6 墩身混凝土浇筑及养生
砼由拌和站集中供应。采用泵送入模。采取在模板顶口及底口预留喷淋管道，高压水泵抽水喷淋养生的方法，使砼顶面及拆模后的底节砼均能得到养生，砼养生期14d。
4.7 爬模拆除
最后一节墩身砼浇筑完成，砼达到拆模强度后，首先逐榀拆除模板外侧操作支架，采用塔吊逐榀吊装至地面；
拆卸模板对拉螺杆，脱模、并采用塔吊分块吊装至地面；
逐根抽出轨道，吊装至地面；
拆除爬升架之间横向连接型钢，并逐榀拆除爬升架及底部修饰吊架，爬模系统拆除完成。
4.8 塔吊布置
施工采用塔吊配合竖向运输施工材料机具，施工升降机运输人员，在横桥向承台中线位置左侧布置6015 塔吊1 台，右侧布置SC200 型施工升降机。
4.9 墩身施工配合
升降机最高升降位置，不得超越墩身模板下方，升降机升至模板下方后，作业人员从升降机箱笼上方出来，通过与液压爬模的吊平台利用安全梯笼进行连接（如图5 所示），人员通过梯笼上至液压爬模上进行相关施工作业。
图5 升降机至液压爬模连接示意图
本项目使用的智能液压爬模自重轻，构件简洁，承载合理，运输及安装均不需大型的运输及起重设备，一次组装后自爬至墩顶，节约施工场地。故非常适合本桥困难条件下的高墩施工；
由于采用了最新的液压及控制技术，液压爬模的爬升平稳、快速、安全；
墩身的垂直度误差小，且纠偏简单，垂直度等施工偏差可逐段清除，避免误差的积累，解决了超高桥墩垂直度控制及纠正难题；
爬模系统配套有全方位的操作平台，节省了另搭操作平台所需的大量材料及劳力，确保了经济性。通过本项目智能液压爬模的使用，充分体现了该工法的优越性和巨大的推广应用价值。
