楊瑞鋒

（中鐵二十五局集團(tuán) 第二工程有限公司，江蘇 南京 210023）

0 引言

重慶合川至四川安岳高速公路黃泥堡大橋項(xiàng)目矩形墩最高達(dá)52 m，但現(xiàn)場(chǎng)施工條件差，難以修筑便道，機(jī)具、材料運(yùn)輸困難，傳統(tǒng)高墩施工工法難以完成高墩的施工。為解決高墩施工難題，本項(xiàng)目以傳統(tǒng)液壓爬模工法為基礎(chǔ)，根據(jù)具體情況進(jìn)行方案優(yōu)化及技術(shù)攻關(guān)。將最新機(jī)械、傳感器及智能控制等技術(shù)應(yīng)用于爬模系統(tǒng)，實(shí)施智能化、自動(dòng)化及信息化改進(jìn)，使得智能液壓爬模在適用性、安全性、經(jīng)濟(jì)性、環(huán)保性及操作性方面得到質(zhì)的提升，最終高質(zhì)量、安全、順利地完成了高墩的施工。文章詳細(xì)闡述了高墩智能液壓爬模架體和模板設(shè)計(jì)、施工流程、機(jī)械設(shè)備配備及關(guān)鍵施工工藝，以期為類似困難條件下高墩施工積累經(jīng)驗(yàn)。

1 工程概況

重慶合川至四川安岳高速公路黃泥堡大橋?yàn)榭绾訙霞媾藕槎O(shè)，橋梁起訖樁號(hào)為K38+648．46～K38+886．04，橋梁全長(zhǎng)237．58 m，上部結(jié)構(gòu)為2×30 m+2×40 m+3×30 m預(yù)應(yīng)力砼“T”梁，橋梁下部結(jié)構(gòu)采用矩形實(shí)體墩及肋式橋臺(tái)。墩臺(tái)采用樁基礎(chǔ)，橋墩最高52 m。該橋左右幅共12個(gè)墩身，其高度超過(guò)30 m，平均墩高為39．2 m，均為高墩施工。

黃泥堡大橋位于兩溝谷中，大橋兩側(cè)山坡陡峭，地理環(huán)境復(fù)雜，便道長(zhǎng)度較長(zhǎng)且坡度大，彎道急。個(gè)別位置地形陡峭，便道急彎迂回，常規(guī)高墩施工工法的材料及大型機(jī)械、設(shè)備進(jìn)場(chǎng)困難，高墩的施工成為本項(xiàng)目的重難點(diǎn)。

2 高墩施工方案的比選

由于便道運(yùn)輸條件差，因此本橋高墩施工模架在滿足施工要求的同時(shí)，還需考慮運(yùn)輸至現(xiàn)場(chǎng)的可行性。本項(xiàng)目對(duì)多種高墩施工工法進(jìn)行了適用性的基本比選及評(píng)估（見(jiàn)表1）。

表1 空心高墩滑模、爬模、翻模工法比選及評(píng)估表

經(jīng)過(guò)比選，專家一致認(rèn)可采用爬模的施工方案：爬模架體采用桁架式設(shè)計(jì)，外形較為簡(jiǎn)潔，可散件運(yùn)至現(xiàn)場(chǎng)安裝，基本適合本項(xiàng)目的施工條件。爬模架體優(yōu)化設(shè)計(jì)和改進(jìn)的空間大，可依托最新的科技發(fā)展，實(shí)現(xiàn)爬模施工的智能化、信息化及自動(dòng)控制，進(jìn)而具有更好的安全性、可靠性及經(jīng)濟(jì)性。

3 智能液壓爬模系統(tǒng)及輔助機(jī)具、設(shè)備總體方案

3.1 液壓爬模選型及總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

（1）高墩施工總體方案。墩身采用液壓爬模法施工。先施工墩柱起步段1～3節(jié)墩柱，待第2節(jié)施工完成后安裝附墻裝置，再利用自爬模施工墩柱直至蓋梁底。爬模標(biāo)準(zhǔn)澆筑節(jié)段長(zhǎng)度設(shè)為4．5 m，鋼筋下料長(zhǎng)度按4．5 m一節(jié)進(jìn)行，每次澆筑后，上方預(yù)留至少1 m。其余節(jié)段長(zhǎng)度根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)施工情況靈活調(diào)整。液壓爬模系統(tǒng)所需機(jī)具及設(shè)備由專業(yè)廠家提供。施工人員經(jīng)梯籠上下墩身。鋼筋（包括預(yù)埋件）在鋼筋加工廠內(nèi)制作，運(yùn)到橋墩旁采用塔吊垂直運(yùn)輸。墩臺(tái)C40砼由拌和站供應(yīng)，泵底設(shè)輸送泵，沿墩身沒(méi)砼管澆筑。矩形墩橫橋向?qū)?．5 m，順橋向?qū)?．6 m；因順橋向墩身較為狹窄，布置2榀下架體時(shí)較為擁擠。因此，在墩身橫橋向（6．5 m）每面布置2榀下架體，2榀后移上架體；順橋向（2．6 m）每面僅布置2榀后移上架體，不設(shè)下架體，上架體利用橫橋向下架體進(jìn)行抬升（圖1、圖2）。

圖1 矩形墩液壓爬模架體立面布置圖 （單位：cm）

圖2 矩形墩液壓爬模架體平面布置圖 （單位：cm）

（2）液壓爬架設(shè)計(jì)方案。液壓爬架由架體、工作平臺(tái)、液壓爬升機(jī)構(gòu)、爬架與橋墩錨固構(gòu)件等構(gòu)成。液壓爬架的架體及平臺(tái)采用全鋼制作。液壓爬升裝置（爬升導(dǎo)軌、液壓千斤頂及油泵等）在墩身橫橋面對(duì)稱布設(shè)，每側(cè)布設(shè)2處。架體上安設(shè)有位移傳感器及壓力傳感器，以適時(shí)感知架體空間姿態(tài)和關(guān)鍵承載結(jié)構(gòu)的應(yīng)力情況，達(dá)到智能控制及調(diào)整的功能[1]。液壓爬升裝置共用1個(gè)智能控制系統(tǒng)，以確保高精度同步爬升[2]。錨固懸掛件（預(yù)埋件、懸掛螺栓及懸掛靴）均采用高強(qiáng)度的鋼材制作，以確保足夠的承載能力及降低構(gòu)件數(shù)量及尺寸。爬架結(jié)構(gòu)如圖3所示。

圖3 模板架體示意圖 （單位：cm）

（3）模板主要構(gòu)成。模板主要由面板、槽鋼、角鋼、鋼板及背部背楞組成。連接采用花焊焊接方式。模板高度取4．65 m，標(biāo)準(zhǔn)模板寬2．4 m，調(diào)節(jié)模板寬度根據(jù)墩柱尺寸確定，面板采用6 mm鋼板；豎向肋采用10#槽鋼，間距為30 cm，邊肋采用12 mm×100 mm扁鋼，間距為0．4 m；兩側(cè)采用8#角鋼；背部背楞采用輕型14#槽鋼，背楞間距1．3 m，共設(shè)置4道背楞。墩柱4個(gè)角采用倒角模板拼裝施工。模板間的連接采用M20 mm×50 mm高強(qiáng)度連接螺栓，螺栓孔豎向間距為20 cm，橫向間距為30 cm；墩兩側(cè)模板間設(shè)25#精軋螺紋鋼拉桿，拉桿水平間距為1．2 m，垂直間距為1．0 m。

3.2 塔吊選型及布置

因現(xiàn)場(chǎng)地形條件復(fù)雜，便道修筑難度較大，為方便施工，加快施工進(jìn)度，擬采用一臺(tái)塔吊負(fù)責(zé)左右幅6個(gè)墩身材料提升的方式，墩間采用塔吊接力的方式運(yùn)輸材料。根據(jù)便道到位情況及現(xiàn)場(chǎng)具體地形條件布置塔吊及堆料平臺(tái)。橋下地面上共設(shè)置材料堆放平臺(tái)3處，設(shè)置塔吊2臺(tái)進(jìn)行材料的接力運(yùn)輸，塔吊分別位于2#、5#墩間。

根據(jù)本工程的結(jié)構(gòu)及施工進(jìn)度需要，結(jié)合以往類似工程經(jīng)驗(yàn)，經(jīng)調(diào)查研究，選用QTZ80（6013）型塔吊為高墩爬模施工的主要起重設(shè)備。臂長(zhǎng)60 m，塔吊采用附著式固定基礎(chǔ)，并與橋墩承臺(tái)聯(lián)結(jié)，塔吊基礎(chǔ)聯(lián)結(jié)件預(yù)埋在擴(kuò)大基礎(chǔ)上。塔吊基礎(chǔ)如圖4所示。

圖4 塔吊安裝立面圖

3.3 人員上下通道選擇

為確保安全，使用在廠家定制的裝配式安全梯籠作為施工人員上墩通道，每個(gè)施工墩柱配備一套安全梯籠，梯籠通道的寬度為1 m，用防滑鋼板鋪底，通道兩邊為鋼管護(hù)欄，護(hù)欄上用塑料網(wǎng)圍擋。安全梯籠的高度與墩柱一致，隨著墩柱砼澆筑高度的升高而加高。安全梯籠每3 m高設(shè)一道附墻與墩身預(yù)埋件可靠連接。成品梯籠與爬模最上層懸挑平臺(tái)之間設(shè)置連接通道，人員由地面通過(guò)成品梯籠上升至爬模懸挑平臺(tái)高度后再通過(guò)梯籠與懸挑平臺(tái)之間的通道即可進(jìn)入模板施工平臺(tái)進(jìn)行施工作業(yè)。

3.4 砼輸送泵管設(shè)置

當(dāng)墩柱高度小于40 m時(shí)采用泵車垂直運(yùn)輸砼至工作面，當(dāng)墩高大于40 m時(shí)在墩旁安裝125 mm×5 mm砼輸送泵管。泵管每隔6．0 m與墩柱上的預(yù)埋件相連，預(yù)埋件為鋼板加錨筋，連接件為∠50 mm×5 mm角鋼和特制“U”形抱箍。

4 施工流程及關(guān)鍵技術(shù)

4.1 墩身起步段及爬模拼裝總體方案

墩柱起步段為3節(jié)，分3次澆筑。工藝流程：澆筑第1節(jié)砼，退模安裝埋件掛座→將預(yù)拼裝好的承重三腳架平臺(tái)整體吊裝到位→將預(yù)拼裝好的模板及后移上架體整體吊裝到位→合模澆筑第2節(jié)砼→退模，安裝埋件掛座→安裝導(dǎo)軌及液壓系統(tǒng)→爬模體系爬升至第2節(jié)→安裝吊平臺(tái)，合模澆筑第3節(jié)。

4.2 預(yù)埋件安裝

按設(shè)計(jì)預(yù)埋位置在模板上固定爬錐，爬錐采用受力螺栓與模板固定，并于爬錐孔內(nèi)抹黃油，以避免砼流入爬錐螺紋內(nèi)[3]。爬錐與墩身鋼筋有沖突時(shí)，鋼筋適當(dāng)偏位避讓爬錐。

4.3 首節(jié)墩身砼施工

采用爬模的模板進(jìn)行墩身首節(jié)澆筑（高度為4．6 m）。模板間設(shè)M16對(duì)拉桿，拉桿外設(shè)32 mm×2的PVC套管，以便拉桿能夠周轉(zhuǎn)使用。

4.4 爬模系統(tǒng)組拼、爬升及拆除

①架體拼裝?？紤]到本項(xiàng)目大尺寸構(gòu)件運(yùn)輸困難，架體以散件的形式運(yùn)至現(xiàn)場(chǎng)拼裝，在現(xiàn)場(chǎng)先將下架體各部件連成整體，然后整體吊裝懸掛在墩身的預(yù)埋件上；上架體現(xiàn)場(chǎng)組拼成整體后吊裝；采用葫蘆吊裝吊平臺(tái)。②液壓系統(tǒng)安裝。液壓系統(tǒng)安裝順序：在爬架的設(shè)計(jì)位置安裝固定液壓動(dòng)力柜→連接主管→分支器安裝→將分支管連接分支器→安裝液壓油缸→分支管與液壓油缸連接→通電后調(diào)試。③軌道安裝。利用塔吊自上而下安裝爬升軌道：在第2節(jié)段上安裝錨板錨靴→在軌道上插入楔形板，吊起軌道→穿過(guò)第1、第2節(jié)段錨靴→下放軌道至楔形塊卡在第1、第2節(jié)段錨靴上→插入安全銷。④平臺(tái)防護(hù)。在墩身模板四周設(shè)置護(hù)欄及防護(hù)網(wǎng)，底部設(shè)置踏板，防止人員、物體墜落。爬模平臺(tái)采用全封閉防護(hù)，防護(hù)采用硬質(zhì)塑鋼網(wǎng)防護(hù)。在墩身底部及頂部，設(shè)置警示標(biāo)志牌。⑤模板安裝。將模板排放在主平臺(tái)上，安裝模板后移裝置，吊塔吊起模板就位，并與爬架固定。測(cè)試模板前后移動(dòng)是否平衡順暢，支點(diǎn)是否承載均衡，檢測(cè)合格后，在模板上安裝預(yù)埋件，合模并調(diào)整加固，澆筑墩身第2節(jié)段砼。砼強(qiáng)度達(dá)到15 MPa后，將模板后移50～60 cm，完成脫模。在第2節(jié)墩上安裝附墻裝置，接長(zhǎng)爬升軌就位并用插銷固定。在清理干凈的模板上安裝預(yù)埋件，將模板前移至距墩身約10 cm，然后實(shí)施第1次爬升，爬升到位后，吊裝吊平臺(tái)。完成了全部爬架的拼裝，進(jìn)入正常施工循環(huán)。⑥爬升流程。爬架及導(dǎo)軌間可相對(duì)移動(dòng)，爬架與導(dǎo)軌交替爬升，達(dá)到架體系統(tǒng)的自爬升，逐節(jié)完成橋墩的澆筑。爬升流程如圖5所示。爬模爬升過(guò)程中，技術(shù)人員全程監(jiān)控爬升情況，出現(xiàn)異常立即停止爬升，處理完善后再繼續(xù)爬升。⑦液壓爬模拆除施工。墩身砼逐節(jié)澆筑完成后，將拆除液壓爬模，施工步驟如下：澆筑完成最后一節(jié)砼后，后移模板安裝埋件掛座，將上架體向后退開(kāi)，使架體狀態(tài)處于退模狀態(tài)；拆除模板及后移支架；提升導(dǎo)軌，吊平臺(tái)拆除埋件掛座、爬錐及螺栓；爬升架體；拆除導(dǎo)軌、液壓系統(tǒng)和吊平臺(tái)埋件掛座、爬錐及螺栓；整體吊裝下架體，拆除最后一節(jié)埋件掛座爬錐及螺栓。

圖5 爬升流程圖

4.5 塔吊安裝

塔吊底部支立于砼基礎(chǔ)上，塔吊垂直方向每16 m高度設(shè)置一道附墻件與墩身連接固定。進(jìn)行塔吊安裝位置的放樣，檢測(cè)地基承載能力，并進(jìn)行加固處理。塔吊基礎(chǔ)澆筑C40砼，并預(yù)埋塔座構(gòu)件。塔吊基礎(chǔ)與橋梁承臺(tái)采取預(yù)埋連接筋等方式連成牢固的整體。塔吊基礎(chǔ)頂面的水平高差控制在L/500內(nèi)，并較地面高出0．15 m以上，且周邊設(shè)置良好的排水措施，避免積水浸泡塔基。

4.6 梯籠安裝

梯籠基礎(chǔ)采用C30砼澆筑，厚20 cm，基礎(chǔ)平面尺寸為5 m×4 m，梯籠豎向每隔6 m與墩柱預(yù)埋板、連接件形成三角框架結(jié)構(gòu)，使梯籠固定在墩身上，增加整體穩(wěn)定性；梯籠四周設(shè)置安全防護(hù)網(wǎng)，在梯籠底部掛各種安全標(biāo)示牌、警示牌，并且有門禁設(shè)置。梯籠頂設(shè)置安全通道與模板工作平臺(tái)相連，提供安全施工保障。

梯籠規(guī)格為3 m（長(zhǎng)）×2 m（寬）×2 m（高），梯籠由4根立柱和4根橫梁組成框架，立柱和橫梁尺寸采用70 mm×70 mm，厚4 mm的方鋼，轉(zhuǎn)角平臺(tái)尺寸為50 mm×50 mm，厚3 mm的板組成，樓梯由3 mm花紋鋼板組成。

成品梯籠與爬模最上層懸挑平臺(tái)之間設(shè)置連接通道，人員由地面通過(guò)成品梯籠上升至爬模懸挑平臺(tái)高度后再通過(guò)梯籠與懸挑平臺(tái)之間的通道即可進(jìn)入模板施工平臺(tái)進(jìn)行施工作業(yè)。搭設(shè)好的安全梯籠通道要通過(guò)附墻桿與墩柱附著在一起。

5 結(jié)語(yǔ)

本項(xiàng)目設(shè)計(jì)的智能液壓爬模施工進(jìn)度為8個(gè)節(jié)段/月，相對(duì)傳統(tǒng)高墩施工工法，不僅加快了施工進(jìn)度和保障了施工安全，而且提高了經(jīng)濟(jì)效益。智能液壓爬模施工高墩得到業(yè)界人士的廣泛關(guān)注，樹(shù)立了良好的企業(yè)形象。在以后的高墩施工，擬對(duì)架體進(jìn)行輕量化及模塊化方面的研究及設(shè)計(jì)，并融合更多、更新的科學(xué)技術(shù)發(fā)展成果，提高智能化、自動(dòng)化程度，改變爬模施工的管理方式和操作方式。創(chuàng)建智慧工地，可為工程建筑行業(yè)塑造一種全新的業(yè)態(tài)。