液压爬模在空心薄壁墩的应用和经济分析

田海龙

（中交四航局第二工程有限公司 广州510230）

0 引言

随着我国公路网不断扩大，特别在一些山区丘陵地带，为了适应复杂的地形条件，设计施工中往往采用高墩柱桥梁以跨越山河，高墩桥梁良好的稳定性、温度效应和抗震性等特点决定了施工时的难度，如何修筑外观高大、结构安全的墩柱成了工程师们长期研究的问题。

液压爬模系统主要是利用液压油缸的顶升使模板得到自动上升，液压爬模系统具有操作简便、施工效率高、安全性高等特点，在施工过程中，相对普通模板工艺可显著提高施工进度及节省施工成本。在诸多工程案例中［1-5］，空心薄壁墩施工技术主要应用于公路桥梁下部结构施工，爬模技术广泛应用于高墩、大跨度桥梁施工，可有效解决桥梁间跨度大的问题。

本文结合广东省某高速公路特大桥液压自动同步滑升系统的安装和操作规程，对液压爬模在空心薄壁墩中的应用进行介绍，并通过对比不同工艺方案，选择最优爬模施工工艺以提高工程效率、经济效益，也对未来高墩大跨径桥梁墩柱爬模施工具有工程指导意义。

1 项目概况

广东省某高速公路特大桥和周边大桥隧道南北相接，左幅桩号为ZK150+749.0～ZK152+346.2，长1 597.2 m，共15 联；右幅桩号为K150+865.8～K152+426.2，长1 560.4 m，共14联，主桥横跨青莲河水面，宽度约为98 m。全桥左右幅共79 个墩，其中41 个圆柱墩，38 个空心薄壁墩，受地形及相连隧道进口标高控制，主桥桥面平均高度56.6 m，该桥主墩墩身高度约为60.5 m，墩身形式采用空心薄壁墩，设计截面尺寸为8.5 m×5.0 m。为打造标准化施工示范点，综合考虑施工安全、质量和功效等因素，现场决定对墩柱的施工采用爬模技术。本桥主桥桥型布置如图1所示。

图1 某特大桥主桥墩身构造Fig.1 The Pier Structure of the Main Bridge of a Super-large Bridge （mm）

2 高墩液压爬模系统工作原理及流程

2.1 液压爬模系统构造

液压爬模系统由内外模系统、爬架系统、预埋件系统、导轨系统和液压系统组成，如图2所示。模板系统采用木工字梁系统大模板，外模采用进口18 mm 面板，周转次数40 次以上。内模采用18 mm 国产木板，周转次数20次以上。新浇混凝土设计高度4.50 m，模板设计高度4.68 m，模板下部浇筑混凝土面100 mm，上部80 mm。将墩身分为15段进行施工。

图2 液压爬模系统Fig.2 Hydraulic Climbing System

2.2 液压爬模系统工作原理

爬模由液压缸交替升降到导轨和爬架上实现爬模，导轨和爬架之间产生相对运动。当钢轨处于工作状态时，钢轨与爬架均应支撑在预埋件支架上，钢轨与爬架之间不应有相对运动。脱模后将承重螺栓、吊座体、预埋件支架安装在爬锥上，调整上下换向箱舌片方向，使导轨升起。将导轨吊至预埋件支架后，操作人员可转向下平台，将导轨吊运后露出的下预埋件支架、爬锥等构件拆除。将爬架上的拉杆全部拆下后，即可起吊爬架，导轨必须保持静止。调整舌体方向后，油缸启动，爬升架相对于导轨开始向上移动。通过导轨与攀爬架的交替攀爬动作，攀爬架按附壁向上移动，直至落在预留攀爬锥上，逐层完成吊装。液压爬模架体总装如图3所示。

图3 液压爬模架体总装Fig.3 Assembly Drawing of Hydraulic Climbing Formwork Frame

2.3 施工工艺流程

液压爬模总体施工工艺流程如图4所示。

图4 施工工艺流程Fig.4 Construction Process Flow Chart

爬模在组装时要严格按照使用说明书要求进行组装，组装完成后及时进行各系统调试。

3 液压爬模与普通翻模对比分析

随着公路工程建设水平的提高，桥梁施工技术日益成熟，在桥梁施工过程中，为了保证桥梁的安全性并解决施工的复杂性，针对高墩柱施工，可供选择的施工方法众多［6-8］，如钢模翻模、悬臂爬模、液压爬模、普通翻模等，但不同的工艺会导致最终的经济效益不同，因此采用安全、高效、经济的施工工艺是关键的一步。

3.1 工效对比分析

本文主要对对液压爬模、普通翻模的工效进行比较，液压爬模工效较快，每循环时间一般仅需4 d，普通翻模则需要5～6 d，但液压爬模安拆比较麻烦，需要近1个月的时间。某高速公路特大桥两桥墩液压爬模与普通翻模工效对比如表1所示。

表1 工效对比Tab.1 Ergonomic Comparison

3.2 主要资源消耗

液压爬模施工主要资源消耗包括模板和爬梯消耗、机械设备台班消耗、人工消耗［9-10］。

某高速公路特大桥主墩共配置4 套液压爬模，采用租赁方式，租赁期限为10个月，租金为34.1万元/套；爬梯采购的香蕉方管梯笼，单价为2 100 元/m，每个子墩均配置70 m，模板需考虑10%的损耗，爬梯需考虑50%摊销，经计算，模板摊销费用为150.0 万元，爬梯摊销费为29.4万元。主要设备消耗台班数如表2所示。

表2 设备消耗台班数Tab.2 Equipment Consumption Number of Shifts

每个墩身配置1 个班组，每个班组由6 个作业人员组成，包括搭设梯笼、模板打磨刷油、模板安装加固、钢筋绑扎、安装预埋件、混凝土浇筑及养生、模板拆除等所有相关工作。根据现场墩柱高度以及工程部施工台账可计算得总人工消耗量如3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，根据上述资源消耗的分析结果，对施工主要资源消耗套价，并将液压爬模的施工成本与普通翻模的施工成本进行对比分析。在功效上，普通模板平均每天可上升0.9 m，液压爬模4 d可完成1个4.5 m模板的爬升，平均每天可完成1.125 m，本特大桥4个主墩柱采用液压爬模技术比采用普通模板工艺节省50 d工期。在材料上，普通模板材料质量相对较差，虽然易于拼拆，但易损坏；而液压爬模工艺可一次性完成模板组装，极大程度减少了拼装过程中的材料损坏，周转次数增加，节省材料周转费用。在质量上，普通模板工艺的操作平台搭设难度较大，人工拼拆模板时可能发生安全事故；而液压模板工艺的操作平台是全方位平台，相对安全，不需要另搭设其他平台，便于操作，施工时更安全；普通模板工艺的整个施工过程都需使用塔吊，而液压爬模工艺主要在架体组装和拆组时使用，机械台班费相对较少。由于普通模板工艺需要多种周转材料，因此需提供专门的布设场地，占地较大，液压爬模工艺处设备安拆时占用场地，其他过程不需占用过多场地，节省占地面积。

本文中的成本对比主要是对普通模板工艺和液压爬模工艺的总成本对比。液压爬模施工成本为795.0 元/m3、人工费210.8 元/m3、材料费23.6 元/m3、机械费154.5 元/m3、措施费334.5 元/m3，其中管理费利润需考虑10%。普通模板工艺施工成本为787.0 元/m³，其中人工费234.9 元/m³、材料费30.1 元/m³、机械费219.4 元/m³、施工措施费231.2 元/m³、管理费利润考虑10%。成本对比分析如表4所示。

表4 成本对比分析Tab.4 Cost Comparison Analysis

通过对比可知，液压爬模在相同产量定额下的施工成本远低于普通模板工艺。液压爬模施工的人工费比普通模板工艺要低23 元/m3，机械费比普通模板工艺少65 元/m3，由于疫情原因导致本特大桥工期延长3个月，因此施工措施费比普通模板高103 元/m3，为保证连续刚构桥有足够时间，所以增加了2 套液压爬模系统的投入，因此模板费用也就增加了1倍，若能倒用1次，则费用可降低132 元/m3，施工成本为636 元/m3，总成本降低159 元/m3，比普通模板工艺节约151 元/m3，该特大桥空心墩的总数量为24 296 m3，根据总数量，预计总成本可节约367万元，具有明显的经济效益。

综上所述，液压爬模施工成本与普通翻模施工成本相差不大。液压爬模系统主要有以下特点：

⑴液压爬模施工比普通翻模施工节省人工费，液压爬模自备爬升能力因此不再需要起重设备吊运模板，尤其对于高墩施工，爬模的速度优势更加明显，节约了模板安拆的时间，提高工程效率。

⑵液压爬模因自备爬升能力，可节约大量起重设备的使用，所以机械费比普通翻模施工少，经济效果明显。

4 结语

高速公路桥梁往往因地势条件复杂多样，高墩柱桥梁施工若采用常规施工技术则会增加施工难度和工程造价，也无法确保施工安全和工程质量，液压爬模技术能较好地解决上述问题。

对比液压爬模与翻模施工方案，可知与普通翻模相比，系统模板造价较高，使用过程中的维护、保养投入费用也较高；在结构上，液压爬模系统可整体或单体爬模，具有良好的爬模稳定性和安全性。另外，爬模技术提供了一个全方位的操作平台，无需另搭平台，方便施工人员操作，安全系数高；对于墩身的垂直度和平整度易调控，可消除结构施工误差，减少施工误差；液压爬模技术的墩身模板采用竹胶板亦能满足墩柱施工的需要，极大程度上减轻模板和支架的重量，减少翻模次数，液压系统施工精准度高。相对普通模板工艺，液压爬模技术在大跨度桥梁中的应用具有显著的经济效益和社会效益，对类似工程具有一定指导意义。