田海龍

（中交四航局第二工程有限公司 廣州510230）

0 引言

隨著我國(guó)公路網(wǎng)不斷擴(kuò)大，特別在一些山區(qū)丘陵地帶，為了適應(yīng)復(fù)雜的地形條件，設(shè)計(jì)施工中往往采用高墩柱橋梁以跨越山河，高墩橋梁良好的穩(wěn)定性、溫度效應(yīng)和抗震性等特點(diǎn)決定了施工時(shí)的難度，如何修筑外觀高大、結(jié)構(gòu)安全的墩柱成了工程師們長(zhǎng)期研究的問題。

液壓爬模系統(tǒng)主要是利用液壓油缸的頂升使模板得到自動(dòng)上升，液壓爬模系統(tǒng)具有操作簡(jiǎn)便、施工效率高、安全性高等特點(diǎn)，在施工過程中，相對(duì)普通模板工藝可顯著提高施工進(jìn)度及節(jié)省施工成本。在諸多工程案例中［1-5］，空心薄壁墩施工技術(shù)主要應(yīng)用于公路橋梁下部結(jié)構(gòu)施工，爬模技術(shù)廣泛應(yīng)用于高墩、大跨度橋梁施工，可有效解決橋梁間跨度大的問題。

本文結(jié)合廣東省某高速公路特大橋液壓自動(dòng)同步滑升系統(tǒng)的安裝和操作規(guī)程，對(duì)液壓爬模在空心薄壁墩中的應(yīng)用進(jìn)行介紹，并通過對(duì)比不同工藝方案，選擇最優(yōu)爬模施工工藝以提高工程效率、經(jīng)濟(jì)效益，也對(duì)未來高墩大跨徑橋梁墩柱爬模施工具有工程指導(dǎo)意義。

1 項(xiàng)目概況

廣東省某高速公路特大橋和周邊大橋隧道南北相接，左幅樁號(hào)為ZK150+749.0～ZK152+346.2，長(zhǎng)1 597.2 m，共15 聯(lián)；右幅樁號(hào)為K150+865.8～K152+426.2，長(zhǎng)1 560.4 m，共14聯(lián)，主橋橫跨青蓮河水面，寬度約為98 m。全橋左右幅共79 個(gè)墩，其中41 個(gè)圓柱墩，38 個(gè)空心薄壁墩，受地形及相連隧道進(jìn)口標(biāo)高控制，主橋橋面平均高度56.6 m，該橋主墩墩身高度約為60.5 m，墩身形式采用空心薄壁墩，設(shè)計(jì)截面尺寸為8.5 m×5.0 m。為打造標(biāo)準(zhǔn)化施工示范點(diǎn)，綜合考慮施工安全、質(zhì)量和功效等因素，現(xiàn)場(chǎng)決定對(duì)墩柱的施工采用爬模技術(shù)。本橋主橋橋型布置如圖1所示。

圖1 某特大橋主橋墩身構(gòu)造Fig.1 The Pier Structure of the Main Bridge of a Super-large Bridge （mm）

2 高墩液壓爬模系統(tǒng)工作原理及流程

2.1 液壓爬模系統(tǒng)構(gòu)造

液壓爬模系統(tǒng)由內(nèi)外模系統(tǒng)、爬架系統(tǒng)、預(yù)埋件系統(tǒng)、導(dǎo)軌系統(tǒng)和液壓系統(tǒng)組成，如圖2所示。模板系統(tǒng)采用木工字梁系統(tǒng)大模板，外模采用進(jìn)口18 mm 面板，周轉(zhuǎn)次數(shù)40 次以上。內(nèi)模采用18 mm 國(guó)產(chǎn)木板，周轉(zhuǎn)次數(shù)20次以上。新澆混凝土設(shè)計(jì)高度4.50 m，模板設(shè)計(jì)高度4.68 m，模板下部澆筑混凝土面100 mm，上部80 mm。將墩身分為15段進(jìn)行施工。

圖2 液壓爬模系統(tǒng)Fig.2 Hydraulic Climbing System

2.2 液壓爬模系統(tǒng)工作原理

爬模由液壓缸交替升降到導(dǎo)軌和爬架上實(shí)現(xiàn)爬模，導(dǎo)軌和爬架之間產(chǎn)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)。當(dāng)鋼軌處于工作狀態(tài)時(shí)，鋼軌與爬架均應(yīng)支撐在預(yù)埋件支架上，鋼軌與爬架之間不應(yīng)有相對(duì)運(yùn)動(dòng)。脫模后將承重螺栓、吊座體、預(yù)埋件支架安裝在爬錐上，調(diào)整上下?lián)Q向箱舌片方向，使導(dǎo)軌升起。將導(dǎo)軌吊至預(yù)埋件支架后，操作人員可轉(zhuǎn)向下平臺(tái)，將導(dǎo)軌吊運(yùn)后露出的下預(yù)埋件支架、爬錐等構(gòu)件拆除。將爬架上的拉桿全部拆下后，即可起吊爬架，導(dǎo)軌必須保持靜止。調(diào)整舌體方向后，油缸啟動(dòng)，爬升架相對(duì)于導(dǎo)軌開始向上移動(dòng)。通過導(dǎo)軌與攀爬架的交替攀爬動(dòng)作，攀爬架按附壁向上移動(dòng)，直至落在預(yù)留攀爬錐上，逐層完成吊裝。液壓爬模架體總裝如圖3所示。

圖3 液壓爬模架體總裝Fig.3 Assembly Drawing of Hydraulic Climbing Formwork Frame

2.3 施工工藝流程

液壓爬?？傮w施工工藝流程如圖4所示。

圖4 施工工藝流程Fig.4 Construction Process Flow Chart

爬模在組裝時(shí)要嚴(yán)格按照使用說明書要求進(jìn)行組裝，組裝完成后及時(shí)進(jìn)行各系統(tǒng)調(diào)試。

3 液壓爬模與普通翻模對(duì)比分析

隨著公路工程建設(shè)水平的提高，橋梁施工技術(shù)日益成熟，在橋梁施工過程中，為了保證橋梁的安全性并解決施工的復(fù)雜性，針對(duì)高墩柱施工，可供選擇的施工方法眾多［6-8］，如鋼模翻模、懸臂爬模、液壓爬模、普通翻模等，但不同的工藝會(huì)導(dǎo)致最終的經(jīng)濟(jì)效益不同，因此采用安全、高效、經(jīng)濟(jì)的施工工藝是關(guān)鍵的一步。

3.1 工效對(duì)比分析

本文主要對(duì)對(duì)液壓爬模、普通翻模的工效進(jìn)行比較，液壓爬模工效較快，每循環(huán)時(shí)間一般僅需4 d，普通翻模則需要5～6 d，但液壓爬模安拆比較麻煩，需要近1個(gè)月的時(shí)間。某高速公路特大橋兩橋墩液壓爬模與普通翻模工效對(duì)比如表1所示。

表1 工效對(duì)比Tab.1 Ergonomic Comparison

3.2 主要資源消耗

液壓爬模施工主要資源消耗包括模板和爬梯消耗、機(jī)械設(shè)備臺(tái)班消耗、人工消耗［9-10］。

某高速公路特大橋主墩共配置4 套液壓爬模，采用租賃方式，租賃期限為10個(gè)月，租金為34.1萬元/套；爬梯采購(gòu)的香蕉方管梯籠，單價(jià)為2 100 元/m，每個(gè)子墩均配置70 m，模板需考慮10%的損耗，爬梯需考慮50%攤銷，經(jīng)計(jì)算，模板攤銷費(fèi)用為150.0 萬元，爬梯攤銷費(fèi)為29.4萬元。主要設(shè)備消耗臺(tái)班數(shù)如表2所示。

表2 設(shè)備消耗臺(tái)班數(shù)Tab.2 Equipment Consumption Number of Shifts

每個(gè)墩身配置1 個(gè)班組，每個(gè)班組由6 個(gè)作業(yè)人員組成，包括搭設(shè)梯籠、模板打磨刷油、模板安裝加固、鋼筋綁扎、安裝預(yù)埋件、混凝土澆筑及養(yǎng)生、模板拆除等所有相關(guān)工作。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)墩柱高度以及工程部施工臺(tái)賬可計(jì)算得總?cè)斯は牧咳?所示。

表3 人工消耗Tab.3 Manual Consumption

3.3 施工成本分析

本次分析不含主材成本，根據(jù)上述資源消耗的分析結(jié)果，對(duì)施工主要資源消耗套價(jià)，并將液壓爬模的施工成本與普通翻模的施工成本進(jìn)行對(duì)比分析。在功效上，普通模板平均每天可上升0.9 m，液壓爬模4 d可完成1個(gè)4.5 m模板的爬升，平均每天可完成1.125 m，本特大橋4個(gè)主墩柱采用液壓爬模技術(shù)比采用普通模板工藝節(jié)省50 d工期。在材料上，普通模板材料質(zhì)量相對(duì)較差，雖然易于拼拆，但易損壞；而液壓爬模工藝可一次性完成模板組裝，極大程度減少了拼裝過程中的材料損壞，周轉(zhuǎn)次數(shù)增加，節(jié)省材料周轉(zhuǎn)費(fèi)用。在質(zhì)量上，普通模板工藝的操作平臺(tái)搭設(shè)難度較大，人工拼拆模板時(shí)可能發(fā)生安全事故；而液壓模板工藝的操作平臺(tái)是全方位平臺(tái)，相對(duì)安全，不需要另搭設(shè)其他平臺(tái)，便于操作，施工時(shí)更安全；普通模板工藝的整個(gè)施工過程都需使用塔吊，而液壓爬模工藝主要在架體組裝和拆組時(shí)使用，機(jī)械臺(tái)班費(fèi)相對(duì)較少。由于普通模板工藝需要多種周轉(zhuǎn)材料，因此需提供專門的布設(shè)場(chǎng)地，占地較大，液壓爬模工藝處設(shè)備安拆時(shí)占用場(chǎng)地，其他過程不需占用過多場(chǎng)地，節(jié)省占地面積。

本文中的成本對(duì)比主要是對(duì)普通模板工藝和液壓爬模工藝的總成本對(duì)比。液壓爬模施工成本為795.0 元/m3、人工費(fèi)210.8 元/m3、材料費(fèi)23.6 元/m3、機(jī)械費(fèi)154.5 元/m3、措施費(fèi)334.5 元/m3，其中管理費(fèi)利潤(rùn)需考慮10%。普通模板工藝施工成本為787.0 元/m3，其中人工費(fèi)234.9 元/m3、材料費(fèi)30.1 元/m3、機(jī)械費(fèi)219.4 元/m3、施工措施費(fèi)231.2 元/m3、管理費(fèi)利潤(rùn)考慮10%。成本對(duì)比分析如表4所示。

表4 成本對(duì)比分析Tab.4 Cost Comparison Analysis

通過對(duì)比可知，液壓爬模在相同產(chǎn)量定額下的施工成本遠(yuǎn)低于普通模板工藝。液壓爬模施工的人工費(fèi)比普通模板工藝要低23 元/m3，機(jī)械費(fèi)比普通模板工藝少65 元/m3，由于疫情原因?qū)е卤咎卮髽蚬て谘娱L(zhǎng)3個(gè)月，因此施工措施費(fèi)比普通模板高103 元/m3，為保證連續(xù)剛構(gòu)橋有足夠時(shí)間，所以增加了2 套液壓爬模系統(tǒng)的投入，因此模板費(fèi)用也就增加了1倍，若能倒用1次，則費(fèi)用可降低132 元/m3，施工成本為636 元/m3，總成本降低159 元/m3，比普通模板工藝節(jié)約151 元/m3，該特大橋空心墩的總數(shù)量為24 296 m3，根據(jù)總數(shù)量，預(yù)計(jì)總成本可節(jié)約367萬元，具有明顯的經(jīng)濟(jì)效益。

綜上所述，液壓爬模施工成本與普通翻模施工成本相差不大。液壓爬模系統(tǒng)主要有以下特點(diǎn)：

⑴液壓爬模施工比普通翻模施工節(jié)省人工費(fèi)，液壓爬模自備爬升能力因此不再需要起重設(shè)備吊運(yùn)模板，尤其對(duì)于高墩施工，爬模的速度優(yōu)勢(shì)更加明顯，節(jié)約了模板安拆的時(shí)間，提高工程效率。

⑵液壓爬模因自備爬升能力，可節(jié)約大量起重設(shè)備的使用，所以機(jī)械費(fèi)比普通翻模施工少，經(jīng)濟(jì)效果明顯。

4 結(jié)語

高速公路橋梁往往因地勢(shì)條件復(fù)雜多樣，高墩柱橋梁施工若采用常規(guī)施工技術(shù)則會(huì)增加施工難度和工程造價(jià)，也無法確保施工安全和工程質(zhì)量，液壓爬模技術(shù)能較好地解決上述問題。

對(duì)比液壓爬模與翻模施工方案，可知與普通翻模相比，系統(tǒng)模板造價(jià)較高，使用過程中的維護(hù)、保養(yǎng)投入費(fèi)用也較高；在結(jié)構(gòu)上，液壓爬模系統(tǒng)可整體或單體爬模，具有良好的爬模穩(wěn)定性和安全性。另外，爬模技術(shù)提供了一個(gè)全方位的操作平臺(tái)，無需另搭平臺(tái)，方便施工人員操作，安全系數(shù)高；對(duì)于墩身的垂直度和平整度易調(diào)控，可消除結(jié)構(gòu)施工誤差，減少施工誤差；液壓爬模技術(shù)的墩身模板采用竹膠板亦能滿足墩柱施工的需要，極大程度上減輕模板和支架的重量，減少翻模次數(shù)，液壓系統(tǒng)施工精準(zhǔn)度高。相對(duì)普通模板工藝，液壓爬模技術(shù)在大跨度橋梁中的應(yīng)用具有顯著的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益，對(duì)類似工程具有一定指導(dǎo)意義。