韓國(guó)定 唐 良 歐保華

陜西建工機(jī)械施工集團(tuán)有限公司 陜西 西安 710032

隨著我國(guó)高速公路和區(qū)域干線路網(wǎng)結(jié)構(gòu)的發(fā)展，在山區(qū)及峽谷出現(xiàn)了越來越多的高度超百米的橋墩?？招谋”诙赵跐M足同樣的慣性矩要求下，相對(duì)截面面積較小，墩身圬工工作量小。此外，空心薄壁墩的構(gòu)造保證了自身阻尼能減小橋墩材料振動(dòng)頻率，成為了地形受限區(qū)域高墩的理想選型。但是，空心薄壁墩線形漸變精度要求高，平面及垂直度偏差控制難度大，隨著墩身的加高，偏差逐級(jí)累加，施工難度成倍增加[1]。如何控制超高空心薄壁墩的施工質(zhì)量，保證施工安全，加快施工進(jìn)度，是當(dāng)下橋梁施工領(lǐng)域的關(guān)鍵環(huán)節(jié)和重難點(diǎn)之一。

對(duì)于百米高空心薄壁墩，主要采用的施工方法為滑模、翻模及爬模等[2]。周秋來[3]對(duì)大鐵溝特大橋薄壁空心高墩展開研究，在液壓爬模技術(shù)的基礎(chǔ)上，詳細(xì)闡述了超高墩施工工藝全流程操作要點(diǎn)，改進(jìn)了爬模施工的突出關(guān)鍵技術(shù)難題；黃鄭文[4]立足于云浮羅定至茂名信宜高速公路排步特大橋高墩開展研究，比選出液壓爬模作為該墩施工的技術(shù)手段，并利用Midas建立液壓自爬?？臻g有限元結(jié)構(gòu)，從理論模型和現(xiàn)場(chǎng)實(shí)踐驗(yàn)證了液壓自爬模在安全、技術(shù)方面的可靠性；李莼等[5]從液壓爬模系統(tǒng)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及工作原理角度出發(fā)，在考慮不同類型節(jié)段施工特點(diǎn)下，高效完成了19個(gè)墩身節(jié)段的施工；侯亞威等[6]基于小關(guān)子大橋空心薄壁高墩進(jìn)行質(zhì)量控制研究，在提升爬模體系技術(shù)的基礎(chǔ)上，探討了外觀控制和測(cè)量控制各個(gè)方面的操作方法和流程。本文以陜西省銅川市玉皇閣二號(hào)橋及引線工程百米高雙肢空心薄壁墩工程為依托，闡明了空心薄壁高墩液壓爬模的施工工藝和質(zhì)量控制措施，以期為類似百米高空心薄壁墩施工提供參考。

1 工程概況

銅川市玉皇閣二號(hào)特大橋主橋橋梁中心線處橋跨布置為（90＋4×170＋90）m，全長(zhǎng)860 m，采用四拱六跨預(yù)應(yīng)力混凝土梁拱組合連續(xù)剛構(gòu)橋，拱腳通過鋼筋混凝土拱座固結(jié)在主梁墩頂處（圖1）。

圖1 玉皇閣二號(hào)特大橋示意

主橋下部主墩為雙肢空心薄壁墩，過渡墩為空心墩。主橋墩柱12#—16#均為雙肢空心薄壁墩，12#、13#、16#墩高84 m，14#、15#墩高128 m，每個(gè)主墩由4個(gè)支墩組成。單肢截面尺寸為10.95 m×3.50 m，橫橋向壁厚1 m，順橋向壁厚0.8 m。截面內(nèi)設(shè)50 cm×50 cm倒角，墩頂、墩底均設(shè)2.0 m厚實(shí)心段。12#、13#、16#每個(gè)支墩設(shè)2道橫隔板，14#、15#每個(gè)支墩設(shè)4道橫隔板，橫隔板厚度均為50 cm；14#、15#墩中部各設(shè)1道中系梁，混凝土強(qiáng)度等級(jí)為C40。

2 施工方案比選

為保證玉皇閣二號(hào)橋空心薄壁墩施工質(zhì)量，加快墩身施工工期，控制墩身造價(jià)，筆者從技術(shù)質(zhì)量要求、安全性、工期、人員投入等方面，多層次地對(duì)滑模法、翻模法和液壓自爬模法進(jìn)行綜合比選，見表1。

表1 施工方法綜合比選

滑模施工極易產(chǎn)生支承桿彎曲、混凝土水平裂縫、局部坍塌、混凝土外觀質(zhì)量較差、模板耗鋼量大、一次性投資費(fèi)用較多等問題。施工過程中需裝飾混凝土表面，配套設(shè)備較多，投入較大，一旦施工開始，中途不能停止，在雨季施工，混凝土質(zhì)量難以保證。

傳統(tǒng)翻模操作簡(jiǎn)便，施工靈活。但施工速度慢，工期難以保證。同時(shí)，施工作業(yè)平臺(tái)焊接在模板外側(cè)，而模板所能承受的荷載有限，因此作業(yè)平臺(tái)狹小不便操作，且模板拆裝過程中容易對(duì)操作平臺(tái)造成損壞，最重要的是作業(yè)平臺(tái)與施工模板連接在一起，本身存在較大的安全隱患。

液壓爬模系統(tǒng)具有自動(dòng)導(dǎo)向、液壓升降、自動(dòng)復(fù)位的功能，有利于滿足空心薄壁墩中線垂直、大面平整、輪廓順直的質(zhì)量和精度要求[7]。除安裝和拆除階段外，整個(gè)爬升過程均不需要其他起吊設(shè)備，通過自身液壓油缸的伸縮分別交替提升導(dǎo)軌和架體，實(shí)現(xiàn)液壓自爬模系統(tǒng)整體提升，操作方便、爬升速度快、安全系數(shù)高，非常適合高度在50 m以上的空心薄壁墩柱施工。

通過綜合對(duì)比分析，相比于傳統(tǒng)的滑模法、翻模法施工工藝，薄壁空心墩液壓爬模法在技術(shù)質(zhì)量、安全、成本、工期等方面都有比較顯著的優(yōu)勢(shì)，最終選擇液壓爬模技術(shù)進(jìn)行施工。

3 液壓自爬模系統(tǒng)設(shè)計(jì)計(jì)算與施工

3.1 液壓自爬模系統(tǒng)設(shè)計(jì)計(jì)算

3.1.1 液壓爬模爬升條件

本文力學(xué)計(jì)算以左幅14#主墩為例，高度128 m，標(biāo)準(zhǔn)層澆筑高度4.5 m。拆模條件：混凝土強(qiáng)度必須達(dá)到15 MPa以上；液壓自爬模具備爬升及承受設(shè)計(jì)荷載條件：混凝土強(qiáng)度達(dá)到20 MPa。

3.1.2 液壓爬模系統(tǒng)設(shè)計(jì)

液壓爬模系統(tǒng)分為模板系統(tǒng)、埋件系統(tǒng)、液壓系統(tǒng)和架體系統(tǒng)。

液壓爬模模板體系采用工字木梁維薩板模板。外模采用液壓爬模頂升系統(tǒng)，自爬模通過液壓油缸對(duì)導(dǎo)軌和爬架的交替頂升來實(shí)現(xiàn)。澆筑混凝土?xí)r，導(dǎo)軌和爬模架都支撐在預(yù)埋件支座上，二者之間無(wú)相對(duì)運(yùn)動(dòng)。內(nèi)模利用外模爬架懸吊內(nèi)模整體爬升，即在外模架體頂平臺(tái)上布置通長(zhǎng)桁架橫梁，利用橫梁吊裝內(nèi)模操作平臺(tái)；內(nèi)模模板隨內(nèi)模平臺(tái)提升。當(dāng)外模架體開始爬升時(shí)，內(nèi)模操作平臺(tái)及模板會(huì)跟隨外模架體一同爬升，從而達(dá)到內(nèi)外模同時(shí)爬升的效果。外爬內(nèi)吊減少了每個(gè)節(jié)段拆除、安裝內(nèi)模及井筒平臺(tái)的吊裝工作，減少了塔吊吊裝壓力，提高了工作效率（圖2）。

圖2 液壓爬模系統(tǒng)各部件構(gòu)造

標(biāo)準(zhǔn)施工節(jié)段均為4.50 m，模板配備高度4.65 m，模板下包100 mm，以保證新澆筑混凝土底口質(zhì)量和防止跑漿，模板上挑50 mm，以防止混凝土溢漿。

主橋墩身10.95 m×3.50 m，根據(jù)墩身尺寸，單肢外模墩身布置有12榀液壓爬模下架體及12榀爬模上架體，橫橋向每側(cè)4組，順橋向每側(cè)2組。

3.1.3 液壓爬模系統(tǒng)計(jì)算

按JGJ 195—2010《液壓爬升模板工程技術(shù)規(guī)程》規(guī)定，對(duì)爬模系統(tǒng)在施工、爬升、停工這3種工況進(jìn)行計(jì)算?；诒颈”诙找簤号滥Ｏ到y(tǒng)設(shè)計(jì)，筆者利用SAP2000建立液壓爬模桿系模型，分析各工況下系統(tǒng)三角架立桿的強(qiáng)度、剛度及穩(wěn)定性。

三角架立桿采用Q345雙22#槽鋼，其抗彎截面系數(shù)為：

Wx＝218 000×2＝4.36×105mm3。

三角架立桿應(yīng)力為：

δ＝Mmax/Wx＝2.22×107/4.36×105＝50.92 MPa。

從圖4 中得出最大受力桿件三角架立桿撓度為0.86 mm，小于5 mm的允許變形值，滿足要求；最大應(yīng)力值為50.92 MPa，小于310 MPa的允許值，滿足要求。

3.2 液壓自爬模施工

3.2.1 墩身總體施工方案

1）空心薄壁墩分節(jié)施工，首節(jié)高度4.6 m，首節(jié)鋼筋綁扎完畢后，利用爬模使外模、內(nèi)模分塊吊裝，采用精軋螺紋鋼對(duì)拉桿固定；模板安裝及混凝土澆筑采用25 t汽車吊負(fù)責(zé)垂直運(yùn)輸，搭設(shè)輕型爬梯作為上下通道。

2）空心薄壁墩4.6 m以上，按標(biāo)準(zhǔn)節(jié)高度4.5 m處理，中系梁和橫隔板處?kù)`活調(diào)整澆筑高度，外模采用液壓爬模施工工藝，內(nèi)模采用井筒式平臺(tái)吊架施工?；炷镣ㄟ^車載泵泵送入模，鋼筋及其他材料采用塔吊垂直運(yùn)輸。

3）空心薄壁墩橫隔板采用型鋼和竹膠板搭設(shè)底模，爬模模板作為外模，完成橫隔板混凝土澆筑。

4）墩身中系梁和墩頂實(shí)心段采用托架法施工，在墩身適當(dāng)位置預(yù)埋鋼板，安裝牛腿，然后架設(shè)工字鋼形成托架，鋪設(shè)底模；實(shí)心段外模采用爬模模板，中系梁外模采用大塊鋼模板，內(nèi)模由鋼管架、方木和竹膠板組裝而成。鋼筋及其他材料采用塔吊吊裝，混凝土采用泵送方式運(yùn)輸。5）施工人員在30 m以下區(qū)域通過梯籠，30 m以上區(qū)域經(jīng)施工電梯上下通行。

3.2.2 施工工藝流程

墩柱混凝土澆筑首節(jié)后（墩柱首節(jié)高度4.6 m）開始安裝液壓爬模頂升系統(tǒng)，墩柱外模采用液壓爬模頂升系統(tǒng)，內(nèi)模采用架體桁架下吊同步進(jìn)行爬升（圖3）。

圖3 液壓爬模施工工藝流程示意

3.2.3 爬模施工步驟

1）拼裝三角架，將2片500 mm×2 400 mm木板按照架體間距平放于水平地面上，并將三角架扣放在木板上，三角架2條軸線需要絕對(duì)平行；軸線間距為相鄰2組埋件的中心距。安裝三角架部位的平臺(tái)梁、平臺(tái)板，平臺(tái)要求平整牢固，在與部件位置沖突時(shí)需開孔或避讓，以保證架體穩(wěn)定。

2）安裝掛座，利用受力螺栓將掛座與埋件連接并安裝承重銷。

3）整體吊裝三角架，將拼好的三角架平穩(wěn)掛于承重銷上，并插入安全插銷。

4）安裝后移裝置，將后移橫梁連接在主平臺(tái)梁上，然后將主背楞、斜撐與后移橫梁連接；安裝模板，利用背楞扣件將模板與主背楞連接，背楞調(diào)節(jié)器可調(diào)節(jié)模板水平度，斜撐可調(diào)整模板垂直度。

5）安裝埋件，將埋件系統(tǒng)提前組裝，并利用安裝螺栓將其連接在模板開孔處，通過調(diào)整模板可控制預(yù)埋件位置的準(zhǔn)確度。

6）安裝桁架式上架體：先在平地上鋪4根木梁，然后垂直于木梁方向放置內(nèi)側(cè)2根上架體立桿，立桿間距根據(jù)施工圖紙，需要絕對(duì)平行，立桿之間通過加勁鋼管連接固定，隨后安裝調(diào)節(jié)絲桿及外側(cè)2根立桿，最后安裝平臺(tái)梁、平臺(tái)板及圍護(hù)系統(tǒng)。整體吊裝上架體，與主平臺(tái)連接。

7）安裝內(nèi)模吊模裝置，吊裝內(nèi)外模板，合模澆筑混凝土。

8）爬升流程：混凝土強(qiáng)度達(dá)到20 MPa后，拆除拉桿、后移模板，模板可后移60～70 cm，安裝附墻板、受力螺栓及掛座裝置，提升導(dǎo)軌，導(dǎo)軌提升到位后，回收附墻撐，爬升架體。

9）架體爬升到位后，安裝吊平臺(tái)。

10）清理模板并刷脫模劑，安裝埋件、合模、安裝拉桿、澆筑混凝土；混凝土養(yǎng)護(hù)期間可綁扎下一層鋼筋，進(jìn)入標(biāo)準(zhǔn)爬升循環(huán)（圖4）。

圖4 液壓爬模施工步驟

4 爬模關(guān)鍵技術(shù)與質(zhì)量控制要點(diǎn)

4.1 埋件系統(tǒng)安裝定位

液壓自爬模體系的埋件系統(tǒng)包括：埋件板、高強(qiáng)螺桿、爬錐、受力螺栓和埋件支座等。其中，由埋件板、高強(qiáng)螺桿及爬錐組成的預(yù)埋件在墩柱施工時(shí)按照爬軌位置進(jìn)行埋設(shè)。單套埋件系統(tǒng)，抗拉110 kN，抗剪200 kN，一榀液壓爬架有2套埋件系統(tǒng)（圖5）。

圖5 埋件系統(tǒng)安裝流程示意

爬錐和安裝螺栓用于埋件板和高強(qiáng)螺桿的定位，混凝土澆筑前，爬錐通過安裝螺栓固定在面板上。安裝螺栓與受力螺栓材質(zhì)和長(zhǎng)度不同，在安裝螺栓尾部采用紅色油漆標(biāo)識(shí)，防止施工過程中混用。受力螺栓是錨定總成部件中的主要受力部件，強(qiáng)度為10.9級(jí)。要求經(jīng)過調(diào)質(zhì)處理（達(dá)到洛氏硬度25～30），并且經(jīng)過探傷確定無(wú)熱處理裂紋和其他原始裂紋后才可使用。液壓架體所用的受力螺栓為長(zhǎng)73 mm的M36，抗拉400 kN，抗剪250 kN，可以確保架體安全。

4.2 模板施工質(zhì)量控制

4.2.1 對(duì)拉螺桿設(shè)置

內(nèi)外模板采用對(duì)拉螺桿對(duì)拉，墩柱模板對(duì)拉長(zhǎng)度不大于3.5 m時(shí)，采用通長(zhǎng)對(duì)拉法，用φ32 mm×2 mm規(guī)格的PVC套管對(duì)穿于兩側(cè)模板間，套管內(nèi)穿對(duì)拉螺桿。在澆筑實(shí)心段，拉桿長(zhǎng)度大于3.5 m時(shí)，采用長(zhǎng)600 mm的對(duì)拉螺桿（內(nèi)連桿）與φ20 mm鋼筋焊接，焊接長(zhǎng)度大于20 cm，用螺母固定于鋼背楞上。

4.2.2 模板面板修復(fù)

模板退模后，應(yīng)立即用帶有長(zhǎng)柄的軟刷帶水清洗，防止鋼筋或其他尖銳的東西劃傷模板表面的漆面。若模板上有小的孔洞，可以用差不多尺寸的圓木塞、方木塞堵上；若模板面板出現(xiàn)大面積損壞，應(yīng)將面板吊至地面重新拼裝（圖6）。

圖6 面板缺陷修復(fù)示意

4.3 超高墩身垂直度控制

每節(jié)模板初步安裝好后，用激光鉛直儀通過承臺(tái)頂面控制點(diǎn)校核模板的垂直度，當(dāng)每節(jié)模板的垂直度偏差大于20 mm時(shí)，用高墩爬模精準(zhǔn)安裝裝置進(jìn)行糾偏調(diào)整。高墩施工均在高空中作業(yè)，立模和校模時(shí)均沒有可靠的持力點(diǎn)，模板的校核比較困難，因此必須在每層模板就位時(shí)，及時(shí)處理模板拼縫，調(diào)整垂直度，層層嚴(yán)格控制，避免偏差積累導(dǎo)致墩身扭曲、傾斜及變形。激光鉛直儀校核橋梁空心薄壁墩爬模垂直度的具體步驟如下：

1）安裝首節(jié)模板時(shí)用全站儀將墩柱的十字中線坐標(biāo)定位于承臺(tái)頂面，彈出墩柱的輪廓線。

2）在承臺(tái)頂面彈出的輪廓線外選取多個(gè)測(cè)點(diǎn)，保證測(cè)點(diǎn)與墩柱輪廓線的距離一致，距離記為D。

3）在測(cè)點(diǎn)處架設(shè)激光鉛直儀，向上發(fā)射激光束，測(cè)量人員在爬模操作平臺(tái)上測(cè)出激光束到模板內(nèi)邊的距離，記為M。

4）依次測(cè)出墩身4個(gè)角的距離M1、M2、M3、M4，保證|D－M|≤20 mm，符合要求之后，方可進(jìn)行混凝土的澆筑施工。

5 結(jié)語(yǔ)

本文以銅川市玉皇閣二號(hào)橋及引線工程百米雙肢空心薄壁墩的施工為例，闡述了液壓自爬模系統(tǒng)在超高墩施工中的應(yīng)用。通過對(duì)滑模、翻模、爬模方法在技術(shù)、質(zhì)量、安全、成本、工期等維度進(jìn)行比選，選擇液壓自爬模系統(tǒng)進(jìn)行施工，并利用SAP2000對(duì)選定的爬模系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)計(jì)算。施工過程中，針對(duì)埋件系統(tǒng)的安裝定位、對(duì)拉螺桿的精準(zhǔn)設(shè)置、面板修復(fù)、墩身垂直度控制等關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行嚴(yán)格把關(guān)，保證工程質(zhì)量。

目前，該橋梁左幅14#主墩已經(jīng)完成施工，各項(xiàng)承載力指標(biāo)和使用功能情況良好，安全可控。結(jié)構(gòu)有限元理論計(jì)算和施工實(shí)踐都證明了液壓自爬模技術(shù)在超高墩施工中具備可行性和可靠性，本文研究?jī)?nèi)容可為類似百米高墩施工提供參考。