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上升，液壓爬模系統(tǒng)具有操作簡便、施工效率高、安全性高等特點(diǎn)，在施工過程中，相對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同步滑升系統(tǒng)的安裝和操作規(guī)程，對液壓爬模在空心薄壁墩中的應(yīng)用進(jìn)行介紹，并通過對比不同工藝方案，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，左幅樁號為ZK150+749.0～ZK152+346.2，長1 597.2 m，共15 聯(lián)；右幅樁號為K150+865.8～K152+426.2，長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 個墩，其中41 個圓柱墩，38 個空心薄壁墩，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)場決定對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 國產(chǎn)木板，周轉(zhuǎn)次數(shù)20次以上。新澆混凝土設(shè)計高度4.50 m，模板設(shè)計高度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)生相對運(yùn)動。當(dāng)鋼軌處于工作狀態(tài)時，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)有相對運(yùn)動。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，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，爬升架相對于導(dǎo)軌開始向上移動。通過導(dǎo)軌與攀爬架的交替攀爬動作，攀爬架按附壁向上移動，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

液壓爬模總體施工工藝流程如圖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，組裝完成后及時進(jìn)行各系統(tǒng)調(diào)試。

3 液壓爬模與普通翻模對比分析

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 工效對比分析

本文主要對對液壓爬模、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個月的時間。某高速公路特大橋兩橋墩液壓爬模與普通翻模工效對比如表1所示。

表1 工效對比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個月，租金為34.1萬元/套；爬梯采購的香蕉方管梯籠，單價為2 100 元/m，每個子墩均配置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)備消耗臺班數(shù)如表2所示。

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

每個墩身配置1 個班組，每個班組由6 個作業(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)場墩柱高度以及工程部施工臺賬可計算得總?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，對施工主要資源消耗套價，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4.5 m模板的爬升，平均每天可完成1.125 m，本特大橋4個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搭設(shè)難度較大，人工拼拆模板時可能發(fā)生安全事故；而液壓模板工藝的操作平臺是全方位平臺，相對安全，不需要另搭設(shè)其他平臺，便于操作，施工時更安全；普通模板工藝的整個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使用，機(jī)械臺班費(fèi)相對較少。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)場地，占地較大，液壓爬模工藝處設(shè)備安拆時占用場地，其他過程不需占用過多場地，節(jié)省占地面積。

本文中的成本對比主要是對普通模板工藝和液壓爬模工藝的總成本對比。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)利潤考慮10%。成本對比分析如表4所示。

表4 成本對比分析Tab.4 Cost Comparison Analysis

通過對比可知，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L3個月，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，尤其對于高墩施工，爬模的速度優(yōu)勢更加明顯，節(jié)約了模板安拆的時間，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)則會增加施工難度和工程造價，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)提供了一個全方位的操作平臺，無需另搭平臺，方便施工人員操作，安全系數(shù)高；對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)效益和社會效益，對類似工程具有一定指導(dǎo)意義。