复杂条件下桥梁高墩智能液压爬模施工技术研究

杨瑞锋

（中铁二十五局集团 第二工程有限公司，江苏 南京 210023）

0 引言

重庆合川至四川安岳高速公路黄泥堡大桥项目矩形墩最高达52 m，但现场施工条件差，难以修筑便道，机具、材料运输困难，传统高墩施工工法难以完成高墩的施工。为解决高墩施工难题，本项目以传统液压爬模工法为基础，根据具体情况进行方案优化及技术攻关。将最新机械、传感器及智能控制等技术应用于爬模系统，实施智能化、自动化及信息化改进，使得智能液压爬模在适用性、安全性、经济性、环保性及操作性方面得到质的提升，最终高质量、安全、顺利地完成了高墩的施工。文章详细阐述了高墩智能液压爬模架体和模板设计、施工流程、机械设备配备及关键施工工艺，以期为类似困难条件下高墩施工积累经验。

1 工程概况

重庆合川至四川安岳高速公路黄泥堡大桥为跨河沟兼排洪而设，桥梁起讫桩号为K38+648．46～K38+886．04，桥梁全长237．58 m，上部结构为2×30 m+2×40 m+3×30 m预应力砼“T”梁，桥梁下部结构采用矩形实体墩及肋式桥台。墩台采用桩基础，桥墩最高52 m。该桥左右幅共12个墩身，其高度超过30 m，平均墩高为39．2 m，均为高墩施工。

黄泥堡大桥位于两沟谷中，大桥两侧山坡陡峭，地理环境复杂，便道长度较长且坡度大，弯道急。个别位置地形陡峭，便道急弯迂回，常规高墩施工工法的材料及大型机械、设备进场困难，高墩的施工成为本项目的重难点。

2 高墩施工方案的比选

由于便道运输条件差，因此本桥高墩施工模架在满足施工要求的同时，还需考虑运输至现场的可行性。本项目对多种高墩施工工法进行了适用性的基本比选及评估（见表1）。

表1 空心高墩滑模、爬模、翻模工法比选及评估表

经过比选，专家一致认可采用爬模的施工方案：爬模架体采用桁架式设计，外形较为简洁，可散件运至现场安装，基本适合本项目的施工条件。爬模架体优化设计和改进的空间大，可依托最新的科技发展，实现爬模施工的智能化、信息化及自动控制，进而具有更好的安全性、可靠性及经济性。

3 智能液压爬模系统及辅助机具、设备总体方案

3.1 液压爬模选型及总体结构设计

（1）高墩施工总体方案。墩身采用液压爬模法施工。先施工墩柱起步段1～3节墩柱，待第2节施工完成后安装附墙装置，再利用自爬模施工墩柱直至盖梁底。爬模标准浇筑节段长度设为4．5 m，钢筋下料长度按4．5 m一节进行，每次浇筑后，上方预留至少1 m。其余节段长度根据现场施工情况灵活调整。液压爬模系统所需机具及设备由专业厂家提供。施工人员经梯笼上下墩身。钢筋（包括预埋件）在钢筋加工厂内制作，运到桥墩旁采用塔吊垂直运输。墩台C40砼由拌和站供应，泵底设输送泵，沿墩身没砼管浇筑。矩形墩横桥向宽6．5 m，顺桥向宽2．6 m；因顺桥向墩身较为狭窄，布置2榀下架体时较为拥挤。因此，在墩身横桥向（6．5 m）每面布置2榀下架体，2榀后移上架体；顺桥向（2．6 m）每面仅布置2榀后移上架体，不设下架体，上架体利用横桥向下架体进行抬升（图1、图2）。

图1 矩形墩液压爬模架体立面布置图 （单位：cm）

图2 矩形墩液压爬模架体平面布置图 （单位：cm）

（2）液压爬架设计方案。液压爬架由架体、工作平台、液压爬升机构、爬架与桥墩锚固构件等构成。液压爬架的架体及平台采用全钢制作。液压爬升装置（爬升导轨、液压千斤顶及油泵等）在墩身横桥面对称布设，每侧布设2处。架体上安设有位移传感器及压力传感器，以适时感知架体空间姿态和关键承载结构的应力情况，达到智能控制及调整的功能[1]。液压爬升装置共用1个智能控制系统，以确保高精度同步爬升[2]。锚固悬挂件（预埋件、悬挂螺栓及悬挂靴）均采用高强度的钢材制作，以确保足够的承载能力及降低构件数量及尺寸。爬架结构如图3所示。

图3 模板架体示意图 （单位：cm）

（3）模板主要构成。模板主要由面板、槽钢、角钢、钢板及背部背楞组成。连接采用花焊焊接方式。模板高度取4．65 m，标准模板宽2．4 m，调节模板宽度根据墩柱尺寸确定，面板采用6 mm钢板；竖向肋采用10#槽钢，间距为30 cm，边肋采用12 mm×100 mm扁钢，间距为0．4 m；两侧采用8#角钢；背部背楞采用轻型14#槽钢，背楞间距1．3 m，共设置4道背楞。墩柱4个角采用倒角模板拼装施工。模板间的连接采用M20 mm×50 mm高强度连接螺栓，螺栓孔竖向间距为20 cm，横向间距为30 cm；墩两侧模板间设25#精轧螺纹钢拉杆，拉杆水平间距为1．2 m，垂直间距为1．0 m。

3.2 塔吊选型及布置

因现场地形条件复杂，便道修筑难度较大，为方便施工，加快施工进度，拟采用一台塔吊负责左右幅6个墩身材料提升的方式，墩间采用塔吊接力的方式运输材料。根据便道到位情况及现场具体地形条件布置塔吊及堆料平台。桥下地面上共设置材料堆放平台3处，设置塔吊2台进行材料的接力运输，塔吊分别位于2#、5#墩间。

根据本工程的结构及施工进度需要，结合以往类似工程经验，经调查研究，选用QTZ80（6013）型塔吊为高墩爬模施工的主要起重设备。臂长60 m，塔吊采用附着式固定基础，并与桥墩承台联结，塔吊基础联结件预埋在扩大基础上。塔吊基础如图4所示。

图4 塔吊安装立面图

3.3 人员上下通道选择

为确保安全，使用在厂家定制的装配式安全梯笼作为施工人员上墩通道，每个施工墩柱配备一套安全梯笼，梯笼通道的宽度为1 m，用防滑钢板铺底，通道两边为钢管护栏，护栏上用塑料网围挡。安全梯笼的高度与墩柱一致，随着墩柱砼浇筑高度的升高而加高。安全梯笼每3 m高设一道附墙与墩身预埋件可靠连接。成品梯笼与爬模最上层悬挑平台之间设置连接通道，人员由地面通过成品梯笼上升至爬模悬挑平台高度后再通过梯笼与悬挑平台之间的通道即可进入模板施工平台进行施工作业。

3.4 砼输送泵管设置

当墩柱高度小于40 m时采用泵车垂直运输砼至工作面，当墩高大于40 m时在墩旁安装125 mm×5 mm砼输送泵管。泵管每隔6．0 m与墩柱上的预埋件相连，预埋件为钢板加锚筋，连接件为∠50 mm×5 mm角钢和特制“U”形抱箍。

4 施工流程及关键技术

4.1 墩身起步段及爬模拼装总体方案

墩柱起步段为3节，分3次浇筑。工艺流程：浇筑第1节砼，退模安装埋件挂座→将预拼装好的承重三脚架平台整体吊装到位→将预拼装好的模板及后移上架体整体吊装到位→合模浇筑第2节砼→退模，安装埋件挂座→安装导轨及液压系统→爬模体系爬升至第2节→安装吊平台，合模浇筑第3节。

4.2 预埋件安装

按设计预埋位置在模板上固定爬锥，爬锥采用受力螺栓与模板固定，并于爬锥孔内抹黄油，以避免砼流入爬锥螺纹内[3]。爬锥与墩身钢筋有冲突时，钢筋适当偏位避让爬锥。

4.3 首节墩身砼施工

采用爬模的模板进行墩身首节浇筑（高度为4．6 m）。模板间设M16对拉杆，拉杆外设32 mm×2的PVC套管，以便拉杆能够周转使用。

4.4 爬模系统组拼、爬升及拆除

①架体拼装。考虑到本项目大尺寸构件运输困难，架体以散件的形式运至现场拼装，在现场先将下架体各部件连成整体，然后整体吊装悬挂在墩身的预埋件上；上架体现场组拼成整体后吊装；采用葫芦吊装吊平台。②液压系统安装。液压系统安装顺序：在爬架的设计位置安装固定液压动力柜→连接主管→分支器安装→将分支管连接分支器→安装液压油缸→分支管与液压油缸连接→通电后调试。③轨道安装。利用塔吊自上而下安装爬升轨道：在第2节段上安装锚板锚靴→在轨道上插入楔形板，吊起轨道→穿过第1、第2节段锚靴→下放轨道至楔形块卡在第1、第2节段锚靴上→插入安全销。④平台防护。在墩身模板四周设置护栏及防护网，底部设置踏板，防止人员、物体坠落。爬模平台采用全封闭防护，防护采用硬质塑钢网防护。在墩身底部及顶部，设置警示标志牌。⑤模板安装。将模板排放在主平台上，安装模板后移装置，吊塔吊起模板就位，并与爬架固定。测试模板前后移动是否平衡顺畅，支点是否承载均衡，检测合格后，在模板上安装预埋件，合模并调整加固，浇筑墩身第2节段砼。砼强度达到15 MPa后，将模板后移50～60 cm，完成脱模。在第2节墩上安装附墙装置，接长爬升轨就位并用插销固定。在清理干净的模板上安装预埋件，将模板前移至距墩身约10 cm，然后实施第1次爬升，爬升到位后，吊装吊平台。完成了全部爬架的拼装，进入正常施工循环。⑥爬升流程。爬架及导轨间可相对移动，爬架与导轨交替爬升，达到架体系统的自爬升，逐节完成桥墩的浇筑。爬升流程如图5所示。爬模爬升过程中，技术人员全程监控爬升情况，出现异常立即停止爬升，处理完善后再继续爬升。⑦液压爬模拆除施工。墩身砼逐节浇筑完成后，将拆除液压爬模，施工步骤如下：浇筑完成最后一节砼后，后移模板安装埋件挂座，将上架体向后退开，使架体状态处于退模状态；拆除模板及后移支架；提升导轨，吊平台拆除埋件挂座、爬锥及螺栓；爬升架体；拆除导轨、液压系统和吊平台埋件挂座、爬锥及螺栓；整体吊装下架体，拆除最后一节埋件挂座爬锥及螺栓。

图5 爬升流程图

4.5 塔吊安装

塔吊底部支立于砼基础上，塔吊垂直方向每16 m高度设置一道附墙件与墩身连接固定。进行塔吊安装位置的放样，检测地基承载能力，并进行加固处理。塔吊基础浇筑C40砼，并预埋塔座构件。塔吊基础与桥梁承台采取预埋连接筋等方式连成牢固的整体。塔吊基础顶面的水平高差控制在L/500内，并较地面高出0．15 m以上，且周边设置良好的排水措施，避免积水浸泡塔基。

4.6 梯笼安装

梯笼基础采用C30砼浇筑，厚20 cm，基础平面尺寸为5 m×4 m，梯笼竖向每隔6 m与墩柱预埋板、连接件形成三角框架结构，使梯笼固定在墩身上，增加整体稳定性；梯笼四周设置安全防护网，在梯笼底部挂各种安全标示牌、警示牌，并且有门禁设置。梯笼顶设置安全通道与模板工作平台相连，提供安全施工保障。

梯笼规格为3 m（长）×2 m（宽）×2 m（高），梯笼由4根立柱和4根横梁组成框架，立柱和横梁尺寸采用70 mm×70 mm，厚4 mm的方钢，转角平台尺寸为50 mm×50 mm，厚3 mm的板组成，楼梯由3 mm花纹钢板组成。

成品梯笼与爬模最上层悬挑平台之间设置连接通道，人员由地面通过成品梯笼上升至爬模悬挑平台高度后再通过梯笼与悬挑平台之间的通道即可进入模板施工平台进行施工作业。搭设好的安全梯笼通道要通过附墙杆与墩柱附着在一起。

5 结语

本项目设计的智能液压爬模施工进度为8个节段/月，相对传统高墩施工工法，不仅加快了施工进度和保障了施工安全，而且提高了经济效益。智能液压爬模施工高墩得到业界人士的广泛关注，树立了良好的企业形象。在以后的高墩施工，拟对架体进行轻量化及模块化方面的研究及设计，并融合更多、更新的科学技术发展成果，提高智能化、自动化程度，改变爬模施工的管理方式和操作方式。创建智慧工地，可为工程建筑行业塑造一种全新的业态。