改进型液压爬模在桥梁双薄壁变截面空心高墩的施工应用

■申铁军

（山西路桥建设集团有限公司， 太原 030006）

液压自爬模施工技术已在高墩柱施工中广泛应用，但目前大部分的液压爬模均为轨道和架体分离式爬模，即爬模自爬升过程中架体和轨道分离开来，互为支撑相互爬升，而改进型爬模可架轨一体，退模后立即在退模留下爬锥上安装受力螺栓、挂座体及埋件支座，调整上、下换向盒棘爪方向来顶升导轨， 待导轨顶升到位就位于该埋件支座上后，操作人员立即转到下平台拆除导轨提升后露出的位于下平台处的埋件支座、爬锥等。 在解除爬架上所有束缚之后就可以开始顶升爬架，爬模速度与效率有所提高。 此项技术为山西省桥梁行业首次应用。

1 桥墩结构分析

二连浩特至广州高速公路山西段的神仙河特大桥，最高墩高90 m，为14 m×19 m 双薄壁高墩，双薄壁墩高40 m 下为变截面段半锥形设计， 双薄壁间距5 m。 双壁内侧为直线， 外侧纵桥向底宽4.5 m， 变为顶宽2.5 m， 坡率20∶1； 横桥向底宽11 m、变为顶宽7 m，坡率20∶1；40 m 以上设计为等截面段高度50 m， 宽2.5 m， 长7 m， 距承台30.28 m 设置第1 道系梁，距承台60.28 m 设置第2 道系梁，系梁高度2 m。 现场地形条件复杂，在对滑模、爬模、翻模施工方法进行技术、经济综合分析后， 同时结合薄壁墩的施工特点和施工工期要求，经比选确定采用液压爬模施工，1 次性浇筑高度为4.5 m。墩柱在施工过程中按规定尺寸及位置预埋钢板。预埋钢板尺寸长宽高为400 mm×300 mm×3 mm和600 mm×300 mm×3 mm 两种， 其中400 mm×300 mm×3 mm 的预埋钢板作为电梯附墙连接（间距按9 m 竖向排列预埋），600 mm×300 mm×3 mm 的预埋钢板作为塔吊附墙连接（第1 块钢板在墩身离承台顶24 m 位置预埋， 第2 块钢板在第1 块钢板18 m 墩身预埋，以后依次按18 m 间距预埋）。 泵送混凝土钢板尺寸及预埋位置同电梯的预埋钢板一致。 根据现场实际情况，塔吊安装在墩柱左侧，电梯安装在墩柱右侧（附墙长度为3.2 m）。 考虑0# 块、挂篮施工、 桥面附属等工程， 该墩塔吊高度为115 m，电梯103 m，见图1、图2。

图1 平面布置图

图2 立面布置图

2 模板设计

该桥液压自爬模主要由埋件系统、 模板系统、支架系统、液压系统四部分组成（图3）。外模采用进口芬兰产维萨板，模板配置高度4.65 m，标准浇筑高度4.5 m，浇筑时下包l0 cm，上挑5 cm，第1 节变截面浇筑为4.6 m， 第2 节变截面及以后浇筑为4.5 m，最后1 节变截面浇筑高度为3.9 m，第1 节标准面浇筑高度为3.9 m，最后1 节为1.1 m。 面板采用18 mm 厚进口芬兰产维萨板， 竖肋采用H20 木工字梁（间距30 cm）。 横肋采用4 道双14 号槽钢（间距1.2 m）。 对拉杆采用D20（横向间距1.2 m，纵向间距1.2 m）。 模板背面设有调节螺杆，底部设有滑道，便于模板水平向移动，脱模后利用滑道可将整块外模水平移动5O cm。

图3 架体结构示意图

3 预埋总成及导轨

液压自爬模体系的埋件总成包括： 埋件板、高强螺杆、爬锥、受力螺栓和埋件支座等（图4）。 埋件板（D20）与高强螺杆（D20/300）连接，能使埋件具有很好的抗拉效果， 同时起到省料和节省空间的作用， 其体积小免去了支模时埋件碰钢筋的问题[1]。（1）爬锥（M30/D20）和安装螺栓（M30×50）用于埋件板和高强螺杆的定位，混凝土浇注前，爬锥通过安装螺栓固定在面板上。 （2）受力螺栓（M30×73）是锚定总成部件中的主要受力部件，要求经过调质处理（达到Rc25-30），并且经过探伤，确定无热处理裂纹和其他原始裂纹后方可允许使用[2]。 （3）埋件支座连接导轨和主梁，它受到施工活荷载、重力荷载、风荷载等荷载的联合作用， 具有较强的抗垂直力、水平力和弯矩作用[3]。 （4）导轨是整个爬模系统的爬升轨道，由2 根槽钢及1 组梯档（梯档数量依浇注高度而定）组焊而成，梯档间距为30 cm，供上下轭的棘爪将载荷传到导轨，进而传递到埋件系统，导轨长度为9.0 m。

图4 预埋总成

4 液压爬升系统及工作

4.1 液压爬升系统

系统包括：千斤顶、液压泵、上轭、下轭四部分。每榀爬架配置1 个液压千斤顶，千斤顶最大行程为50 cm，最大顶升力为20 t。 上、下轭是爬架和导轨之间进行力传递的重要部件， 改变轭的棘爪方向，可实现提升爬架或导轨的功能转换[4]。

4.2 液压爬模工艺

液压爬模工艺流程如下：混凝土浇筑完后→拆模后移→安装附装置→提升导轨→爬升架体→绑扎钢筋→模板清理刷脱模剂→埋件固定模板上→合模→浇筑混凝土。

（1）预埋件安装：将爬锥用受力螺栓固定在模板上，爬锥孔内抹黄油后拧紧高强螺杆，保证混凝土不能流进爬锥螺纹内。 埋件板拧在高强螺杆的另一端，锥面向模板，和爬锥成反方向。 埋件如和钢筋有冲突时，将钢筋适当移位处理后进行合模[5]。 （2）提升导轨，将上下换向盒内的换向装置调整为同时向上，上端顶住导轨。 （3）爬升架体时上下换向盒同时调整为向下，下端顶住导轨。 爬升或提升导轨时液压控制台设专人操作，每榀架子设专人看管是否同步，发现不同步，调整液压阀门控制。（4）导轨提升就位后拆除下层的附墙装置及爬锥，周转使用（附墙装置及爬锥共3 套，2 套压在导轨下，1 套周转）。

5 模板爬架及埋件工作

组装锚定总成， 用安装螺栓将其固定于模板上→浇筑完成后， 卸下安装螺栓M36×50 移开模板→就位挂座体→安装爬架→爬架就位，插入安全销→爬架提升两层后，在下平台上卸下锚定总成以备周转使用（图5）。

图5 爬架示意图

6 墩身模板配置、切割要求、施工段落划分

6.1 模板配置

模板高4.65 m， 横桥向下口宽11 m， 上口长10.54 m，纵桥向下口宽4.5 m。 上口宽4.27 m。 4 个角设置半径0.5 m 圆弧。

6.2 模板切割要求

第2-n 段模板，安装前先将加工模板调整模板的几何尺寸，加工调整完后，进行模板就位，采用第1 段的方法测量调整模板上口到位。 对模板加固验收合格。 各段模板几何尺寸如下：（1）第1 段浇注完成拆模后，支第2 段模板前，纵向模板左右侧各切割23 cm。 横向前后模板切割46 cm。 （2）第8 段（除第1 段） 前每上升1 段纵向模板左右侧切割回缩22.5 cm。横向前后模板切割回缩45 cm。（3）第9段在第8 段的模板基础上纵向模板左右侧切割回缩19.5 cm，横向前后模板切割回缩39 cm。 上口为宽2.5 m，长为7 m。 （4）第10 段及以后段为等截面段。 上下口宽同为2.5 m，上下口长同为7 m。

6.3 施工段落划分

墩身施工分段（图6）：第1 段4.6 m，第2 至8 段4.5 m，第9、10 段3.9 m，第11 至20 段4.5 m，第21 段1.1 m。

图6 90 m 墩节段图

7 双薄壁变截面空心高墩墩钢筋加工

墩身竖向主筋钢筋下料、加工：钢筋采用套丝套筒连接，第1 段下料长度竖向①号筋7.5 m（插入承台2.5 m），②号筋8.5 m（插入承台2.5 m）支模后①号筋外露模板0.4 m， ②号筋外露模板1.4 m；第2～8 段、 第11～20 段①、 ②号竖向筋下料长度4.5 m；第9、10 段①、②号竖向筋下料长度3.9 m。第20 号段②号筋下料长度为4.2 m； 第21 号段下料长度①号筋0.7 m。 为了节约材料钢筋主筋进料选9 m 定尺钢筋，配筋图见图7。

图7 桥墩配筋图

8 劲性骨架加工

（1）第1 段加工劲性骨架高度为4.60 m，底口横桥向长度为10.74 m，底口顺桥向宽度为4.24 m，上口横桥向长度为10.28 m，上口顺桥向为4.01 m。（2）第2 段加工进行估价高度为4.50 m，底口横桥向长度为第1 段的上口长度10.28 m， 底口顺桥向宽度为第1 段的上口宽度4.01 m，依次类推，见图8。从第2 段到第8 段，劲性骨架长度每段减少45 cm，宽度每段减少22.5 cm。 （3）第9 段底口横桥向长度为第8 段的上口长度7.13 m，底口顺桥向宽度为第1 段的上口宽度2.435 m，上口变为标准尺寸长6.74 m，宽2.24 m。 第21 段高为0.9 m。

图8 劲性骨架节段图

9 混凝土施工顺序分析

混凝土施工顺序见图9。（1）第1 段：测量放线→承台砼凿毛→劲形骨架安装→自检合格→钢筋绑扎→预埋电梯、塔吊、泵管钢板、爬架件预埋→保护层垫块绑扎→自检合格→侧模安装→模板上下口对中测量→自检合格→监理工程师验收合格→浇注混凝土→收面→养生→拆模。 （2）第2～10 段：墩身砼顶面凿毛→爬架提升→模板尺寸调整→劲形骨架安装→自检合格→钢筋绑扎→预埋电梯、 塔吊、泵管钢板、爬架件预埋—保护层垫块绑扎→自检合格→侧模就位→模板上口对中测量→模板穿心丝加固→监理工程师验收合格→浇注混凝土→收面→养生→墩身砼顶面凿毛→拆模→爬架及侧模提升。 （3）第11～21 段：墩身砼顶面凿毛→爬架提升→劲形骨架安装→自检合格→钢筋绑扎→预埋电梯、塔吊、泵管钢板、爬架件预埋→保护层垫块绑扎→自检合格→侧模就位→模板上口对中测量→模板穿心丝加固→监理工程师验收合格→浇注混凝土→收面→养生→墩身砼顶面凿毛→拆模→爬架及侧模提升。 （4）先浇筑1 号块混凝土，强度达到2.5 MPa，拆除1 号块模板进行支模1’号块，并浇筑1’ 号块混凝土，1 号块混凝土继续同期养生7 d；当1’号块混凝土强度达到2.5 MPa，拆除1’号块模板进行支模2 号块，并浇筑2 号块混凝土，1’号块混凝土继续同期养生7 d；同理依次循环下去，直至墩顶。 浇筑砼顺序：1→1’→2→2’→循环→12→12’→13→13’， 混凝土浇筑时第1 次浇筑高度为4.6 m，第2 节以后浇筑为4.5/3.9 m，最后1 节浇筑高度为1.1 m。

图9 浇筑混凝土顺序图

10 结语

中国目前最高的高速公路桥墩是位于贵州省毕节至威宁高速公路的赫章特大桥。 赫章特大桥195 m 的主桥墩是中国也是整个亚洲公路桥梁中最高的，其次依次是咸阳市至旬邑县高速公路三水河特大桥，最高墩高183 m；四川雅安至西昌高速公路的腊八斤沟特大桥，最高墩高182.5 m；湖北宜昌至恩施公路龙潭河特大桥，最高桥墩高178 m；宝鸡至汉中高速公路陕甘界段高速公路五里坡特大桥，最高墩高153 m； 黄陵至延安高速公路洛河特大桥最高墩高143.5 m 等。可以预见，随着液压爬模在桥梁双薄壁变截面空心高墩的成熟应用，我国桥梁还会创建新的高度记录。