爬模施工应用及关键控制技术

刘山

摘要：本文以河北省承秦高速第五标段（秦皇岛段）为工程背景，介绍了爬摸施工的工作机理和施工流程，指出高墩爬模施工中的关键控制技术，可供桥梁施工时参考。

关键词：爬模施工；高墩；工作原理；技术特点

引言

爬模施工技术又称滑模施工技术，在建筑施工领域应用非常广泛。近几年，随着公路桥梁中高墩越来越多，爬模施工技术在公路工程中也得到了推广应用。与传统的翻模施工技术相比，爬模施工技术的特点更加突出，对施工过程控制要求也更严格。本文以河北省承秦高速第五标段（秦皇岛段）为工程背景，详细分析了高墩爬模施工流程和关键技术特点。

一、工程背景

承秦高速公路是河北省高速公路网布局规划“五纵、六横、七条线”中的第一条，也是承德和秦皇岛两市路网规划的重要组成部分。承秦高速第五标段（秦皇岛段）位于青龙县，周边山势起伏，路线跨越多道山峦、沟谷，共设计有大桥6座，其下部结构中，高达40米的空心薄壁墩数量近百座。如果采用传统翻模施工技术，由于工程量大，无论采用平行式施工，还是流水施工，所需人、材、机数量均较大，施工周期长，工期异常紧张。鉴于这种情况，对几个大桥空心薄壁高墩的建设最终采用了爬模施工技术。在此之前，该施工技术在河北省内尚未得到广泛应用。

二、爬模施工工作机理

（一）模板组成。桥墩实心段爬模施工的模板组成如图1所示，受力的主体模架采用钢桁架，横梁、纵梁均采用工字型钢，横撑和斜撑采用等边角钢。

爬模模板各部件的设计[1]及主要作用如下：

1、无缝钢管。预埋在墩身内部，与液压千斤顶共同作用，为模板系统提供支承力。无缝钢管的壁厚要根据液压千斤顶的顶力大小确定。当爬升高度不断增加时，钢管逐渐被浇筑在墩身内部，保持外露长度固定，故不必考虑钢管失稳问题。由于无缝钢管埋设在墩身内部，参与结构受力，故其对截面的削弱作用也不考虑。

2、液压千斤顶。与无缝钢管共同作用，为模板系统提供爬升的动力。液压千斤顶的顶力需考虑整个爬模台自重、操作工人、技术人员等人群荷载压力作用、堆放的钢材等材料压力及操作台附属机械自重、模板与墩身的摩阻作用、爬升速度等因素计算确定，对于空心薄壁墩，还需考虑内侧爬升模板安装或拆卸时产生的附加重力。

1、无缝钢管

2、液压千斤顶

3、悬臂传力构件

4、桁架操作台

5、吊架操作平台

6、桁架

7、梯道

8、墩身

图1 桥墩实心段爬模施工的模板组成示意图

3、悬臂传力构件。悬臂传力构件呈倒L型，主要由竖向的传力杆和横向的悬臂梁两部分构成。它负责连接整个爬升模架体系与液压千斤顶、钢管构成的动力系统，并将桁架的竖向荷载传递到液压千斤顶，最终传递至无缝钢管上。由于悬臂传力构件受较大的弯矩作用，因此应采用抗弯刚度较大的型钢或组合截面，其截面面积应比桁架杆件大很多。本工程中的竖向传力杆采用工字型钢，并将两根槽钢分别焊接在工字型钢的两侧，以使横向悬臂梁能很好的连接液压千斤顶与无缝钢管且对称受力。

4、桁架操作台。桁架操作平台是施工人员进行钢筋连接、混凝土浇筑、爬升控制等工序的作业平台，也是部分材料的临时存放场所，并且，发电机等附属机具也都安放在桁架操作台上。采用在桁架上表面直接铺设木板，并利用桁架的角钢将其固定的形式形成一个平整的操作台，在操作平台外侧设置纵、横向钢筋，形成护栏，并挂设安全防护网。在本标段的施工中，支撑操作平台的桁架体系还设置了龙门架，以配合地面卷扬机进行混凝土的浇筑工作。

5、吊架操作平台。吊架操作平台采用型钢与桁架可靠连接，平台表面也采用木板铺设。吊架外侧也设置纵、横向钢筋，形成护栏，并挂设安全防护网。吊架操作平台通常分两层：-1层与-2层，-1层吊架操作平台的施工人主要负责处理爬升浇筑过程中一些混凝土局部浇筑缺陷，如局部坑洼、个别外露表面不平整、通气孔堵塞等问题，同时负责洒水养护。-2层吊架操作平台的施工人员主要负责墩身混凝土的洒水养护，采用混凝土的原浆对墩身抹面修饰，以及养生膜的铺贴。

6、桁架。桁架主要由横梁与纵梁和连接杆件构成，横梁是桁架骨架的主体部分，截面所需刚度相对较大，宜采用槽型钢、工字钢或组合型钢截面。纵梁与横梁构成桁架骨架的主体部分，截面所需刚度相对较大，宜采用槽型钢、工字钢或组合型钢截面。连接杆件主要包括横向杆件、竖向杆件和斜撑。本项目连接杆件均采用等边角钢。

7、梯道。施工操作人员及技术人员等上下爬模架的通道，本工程中-1层至-2层吊架的梯道并未直接连通-1层到桁架操作台梯道与-2层以下部分梯道，以防稍有不慎顶层人员直接顺梯道跌落。梯道与层间交接部位开口，并采用薄钢板封盖，有人上、下梯道时临时开启。梯道采用直径为32mm钢筋焊接，每节段长度约3m，挂钩连接。

8、墩身。在空心薄壁墩的空心段爬升时，空心部分也需设置爬升模板，成为内模。由于其尺寸较小，只承受操作工人的活荷载，其形式也相对简单，只设侧向模板（钢板）、顶层操作平台（钢板）、内部设劲性钢骨架支撑，并设悬臂传力构件、液压千斤顶及无缝钢管。

（二）爬膜施工的工作原理

爬模模板的桁架体系承担桁架操作平台、-1层吊架、-2层吊架、梯道等全部的荷載，并将其分散，平均传递到6根悬臂传力构件上。悬臂传力构件与液压千斤顶连接，利用无缝钢管对液压千斤顶的支承作用，产生爬升力，该爬升力成为整个爬模体系的驱动力。桁架内部与钢板焊接，钢板即为墩身的外侧面模板，终凝前，混凝土未与钢模板形成较强的粘结力，可近似认为只存在摩阻力。在浇筑的混凝土到达一定强度后，在液压千斤顶爬升向上驱动力的作用下，桁架模板整体向上提升一顶程高度Δh，Δh不可过大，混凝土强度也不可过低，否则混凝土的侧向位移无法有效控制。爬升同时，各操作平台的施工人员各自进行自己的本职工作，绑扎钢筋、浇筑混凝土、修面养生等。待下一Δh段范围内混凝土强度满足要求后，进行下一顶程。如此往复，使得模板不断向上爬升。

（三）施工技术流程

1、墩身实心始发段。始发段的施工，是整个爬模施工过程的起始环节，因此尤为重要。施工前，先清理场地，然后根据模板的尺寸，放样出爬模桁架操作台的四个底角坐标，人工辅以吊车进行爬模桁架的组装与定位。在检查坐标的准确性、组装的可靠性后，绑扎墩身与承台连接的钢筋，并在外模的内侧钢板刷涂脱模剂等。在爬升模架的液压千斤顶的对应位置设置竖直无缝钢管，并与液压千斤顶有效连接。当一切准备工作就绪，即可进行浇筑。如无特殊情况，从开始浇筑直至整个墩身浇筑完成，其过程可连续进行，浇筑过程注意控制浇注的速度。浇筑速度应根据爬升速度确定。本标段控制浇筑速度约为10分钟一顶程，每顶程3cm，以此确定浇筑混凝土的速度。当始发段的浇筑高度约在1.5m范围内时，模板不向上爬升，否则可能会因为混凝土入模的时间较短，强度增长不够充分，爬升Δh段范围内混凝土强度无法承担上部混凝土对其的压力，导致其发生较大侧向变形、甚至坍塌。当始发段开始浇筑后，需在桁架横梁、纵梁两个方向，向下引出吊锤，并在地面对应位置标记吊锤中心。随爬升的进行，不断监控吊锤的平面位置偏移，以确定墩身的倾斜程度，掉线采用钢丝线，不易断裂，吊锤宜具有足够的重量，不至随风晃动。

2、墩身空心渐变段。当始发段爬升开始进行一定高度后，将进入墩身空心渐变段范围。此时需确定墩身内部空心位置，安装木制内模并固定，其余一切施工顺序正常进行，待爬升模架爬起一定高度后，施工人员可位于地面进行修面、养护、墩身倾斜度调整等工作。随着爬升的不断进行，当达到一定高度后，人工辅以吊车安装-1层吊架，而后安装-2层吊架及挂设爬梯等。实心段及渐变段墩身高度较小时，浇筑混凝土的时候可以用吊车配合。

3、墩身空心正常段。渐变段爬升即将结束，吊装内模，控制好内模的吊装位置、高程。随浇筑的进行，内、外膜高度一致时内外膜共同向上爬升。注意控制内、外膜之间的间距，间距产生偏差时，墩身的壁厚就将发生变化！由于墩身空心正常段的高度较大，采用吊车进行混凝土浇筑，施工相对较困难，本工程中采用地面卷扬机辅以龙门架、定滑轮等装置输送混凝土，避免了吊车浇筑高墩混凝土施工时的诸多不方便。

4、盖梁施工及拆模。当墩身爬升高度满足设计要求，需进行盖梁施工时，遂进行盖梁的钢筋绑扎、支模等环节的施工。若模板尺寸足够，爬模模板可直接作为盖梁施工的操作平台。待盖梁施工结束，利用可地面的卷扬机拆除模板，无需其他机械。

（四）施工控制关键点。爬模施工技术有几个特殊的施工技术控制关键点，分别是爬升速度的控制、墩身垂直度的控制、墩身混凝土强度的控制以及施工过程的人身安全问题。

1、爬升速度的控制。爬升速度的控制主要参数是每次爬升的顶程Δh与爬升频率。此二者直接影响模板每次爬升后，新裸露出的混凝土的强度。若其强度较低，混凝土无法承受整个桁架模板及上方混凝土的压重，可能导致失稳坍塌。根据以往类似工程的经验，爬升速度宜控制在每小时20cm左右，此时每次爬升后新裸露的混凝土在模板内完成初凝后约1小时，提高的强度可以满足爬升施工的要求。因此，本工程的爬模控制速度为每10分钟一顶程，每顶程3cm，并根据混凝土实际情况略做微调。

2、墩身垂直度[2]的控制。根据本标段的施工经验，墩身的垂直度控制应主要从两方面入手：

（1）控制所有液压千斤顶在同一水平面。每30cm进行一次液压千斤顶水平面校验。利用连通器原理，在塑料管中灌入一定量的水，然后以一个液压千斤顶作为基准平面，挨个调整其余千斤顶，这个方法简单，且有效保证了模板爬升的垂直度。

（2）利用吊锤的铅直度控制墩身垂直度。为防止墩身整体倾斜，需要利用吊锤的铅直度控制墩身垂直度。每向上爬升1m，即进行铅直度的校验。具体做法既是：在爬升未开始的时候，提前在长、宽两个方向做好铅直吊锤，并在地面做好吊锤中心的位置标记，随着爬升的进行，若吊锤偏离原标记位置，则说明墩身产生倾斜，反向调节模板的水平度即可。

3、爬模施工的安全[1～2]控制。根据以往类似工程的经验，爬模施工的安全问题主要存在以下几方面：火灾、人员跌落、、高空坠物、模架坍塌。

（1）防火措施。为避免因发生火灾，导致高空作业人员无法及时逃离，本标段施工过程中尽量避免明火、火花，做到钢筋不采用焊接，全部采用机械连接及绑扎连接。机械连接的性能指标完全能够满足设计要求，且施工速度快，质量均匀稳定。同时，在操作平台上准备满水的大桶，以防木板起火，水桶中的水同时可供混凝土的养生使用。并且，施工人员严禁在操作平台上抽烟。

（2）防跌落措施。操作平台均设置护栏和安全防护网，三层梯道的不贯通，梯道口在不使用时采用钢板封堵，梯道外侧设置安全防护网以防止攀爬时跌落。每个操作平台配专职安全员，操作台上人员必须系安全绳。

（3）防坠物措施

操作平台的材料堆放仅供一次使用周转，严谨利用操作台存放材料。在大风、下雨等天气不进行施工，定期检查卷扬机钢丝绳及连接部件，在桥墩下施工坠落影响范围内安排专职人员看守，并设警示标志。施工人员必须佩戴安全帽。

（4）防模架坍塌措施

对整个爬模体系的受力构件进行准确的计算，如：桁架受力、梯道受力、悬臂传力构件、液压千斤顶顶力、无缝钢管的支承力、吊架的承载力以及特殊情况下产生的模板单侧受压的极限情况，通过计算确定各构件的截面尺寸。施工中尽量防止模板单侧受压，或受压不均匀，如临时放料，也尽量做到均匀受力。

工程中一旦发省安全事故，造成的损失及影响都比较恶略，需特别谨慎，按照以上做法，可以有效地避免部分危胁安全的问题。

三、爬模施工的特点

空心段爬升时，内侧也需设置爬升模板，由于其尺寸较小，只承受操作工人的活荷载，形式也相对简单，只需设侧向模板（钢板）、顶层操作平台（钢板）、内部设劲性型钢骨架支撑，并设悬臂传力构件、液压千斤顶及无缝钢管等。

（一）爬模施工的优点

1、缩短工期，节省资源。与传统的翻模施工相比，爬模施工进度快且节约资源。

以本工程为例：高度40m截面尺寸3m*7m的空心薄壁墩，采用爬模施工的右幅-15墩，从墩身开始施工到盖梁施工结束，计算用时12～15天，实际用时15天，其中盖梁施工时间约4～5天。拆卸的模板经简单处理即可在下一相同截面形式的桥墩中使用。由于周期短，周转迅速，非常适宜流水施工。与之形成鲜明对比的左幅-15墩，采用传统翻模法施工的空心薄壁墩，每次支模高度4.5m，5～6天一周期。40m的高墩计算施工周期约为55～65天，实际用时63天。若采用流水施工，工期之长令人不可忍受。若采用平行施工则需大量吊车或泵送机械以及人力、材料等，资源需求量过大。

2、材料均匀，外观整洁

由于爬模施工的连续性，其混凝土由拌合站连续不间断拌合出料，浇筑质量均匀稳定。施工人员会采用浇筑墩身混凝土的水泥原浆进行抹面修复处理，外观更加漂亮整洁。与爬模施工相比，翻模施工由于作业的间断性，会形成材料差异。每道模板與模板之间的缝隙会由于环境及气候问题形成一道明显的痕迹，美观性较差。

（二）爬模施工的不足。与传统的翻模施工相比，爬模施工工艺复杂、技术难点多，质量控制关键点须严格把关，稍有不慎就可能造成质量事故。由于其技术复杂性，项目的管理者须具有较高的管理水平和技术水平，在遇到问题时能够及时妥善处理。因此，需要经验丰富的专业化施工队伍。

四、结语

与传统的翻模施工相比，爬模施工工艺复杂、技术难点多，质量控制关键点须严格把关，稍有不慎就可能造成质量事故。由于其技术复杂性，项目的管理者须具有较高的管理水平和技术水平，在遇到问题时能够及时妥善处理。因此，需要经验丰富的专业化施工队伍

参考文献：

[1]JTJ 041-2000，公路桥涵施工技术规范[S].

[2]JTG F80/1-2004，公路工程质量检验评定标准[S].