空心薄壁墩液压爬模施工技术应用及经济性分析

戴和俊

（路通达建设工程有限公司，江西 赣州 341000）

0 引言

随着我国公路网建设规模的不断扩大，公路桥梁建设已经深入山区丘陵地带，为跨越山谷沟壑等复杂的地形条件，需采用高墩柱桥梁形式。该形式桥梁结构稳定性、抗震性及温度效应等决定着其施工难度的高低。液压爬模技术主要通过液压油缸顶升带动模板上升，其与普通翻模等施工技术相比，操作简便、工效高、安全性有保证、具有一定经济性，在高墩、大跨度桥梁施工方面应用广泛。本文主要结合具体的空心薄壁墩桥梁工程，根据公路桥梁液压自动同步滑升系统操作规程，对空心薄壁墩液压爬模施工过程及施工成本进行分析探讨与比较，以突出液压爬模施工技术的稳定性、安全性及经济性特征。

1 工程概况

某大桥桥址处为构造溶蚀-剥蚀低中山区峰丛山地地貌，次级冲沟发育，地形切割强烈。桥跨按照71m+130m+71m的结构布置，上部为预应力混凝土连续刚构，下部左13#墩、左14#墩、右14#墩、左15#墩为薄壁空心墩结构，墩高分别为95.8m、74m、74m和95m，薄壁墩平面尺寸均为7.0m×2.8m，横桥向壁厚0.5m，顺桥向壁厚1.0m。根据桥梁受力情况分别在14#墩和15#墩设置5道和3道横隔板以及2道和1道横系梁。该桥梁位于山间谷地，地形条件复杂且施工场地狭小，交通不便，传统的拼装式模板施工技术缺乏安全性和经济性，模板高空组装会增大安全风险。为此，决定对左13#墩、左14#墩、右14#墩、左15#墩墩身采用液压爬模施工技术。

2 液压爬模施工流程

2.1 液压爬模系统

空心薄壁墩液压爬模系统包括内外模系统、预埋件、爬架、导轨及液压系统等部分，爬模结构剖面图和爬模构造详见图1和图2。

液压模板主要由大块钢模组合而成，高度一般限制在3m、1.5m和1.1m，外模为周转次数至少40次的进口18mm面板；内模为周转次数至少20次的国产18mm木板。新浇筑混凝土高4.5m，模板设计高度4.68m，模板上下部浇筑混凝土面厚度分别为80mm和100mm。进行模板组合时必须保证其符合墩身轮廓要求。外模板布置时应选择平板钢板或冷轧钢板焊接而成，并通过设置型钢增强对拉螺杆整体强度。

液压爬模爬升系统包括埋件板、高强螺栓、受力螺栓等，将埋件板和高强螺栓连接，以节约钢材，并保证埋件板达到设计抗拉强度。在施工开始后，应计算出埋件板体积与拉杆长度；混凝土浇筑前应先将埋件系统固定在面板上方。锚定总成系统中的高强螺栓必须与埋件板牢固连接，以最大限度发挥锚定系统强度；同时提升系统整体抗拉强度，缩减系统空间、节省材料。混凝土浇筑前，将各种埋件和螺栓固定在面板上，考虑到受力螺栓的重要作用，必须进行受力螺栓预处理以保证其质量达标。安装完毕还应经过探伤检测[1]，保证受力螺栓内部不存在裂缝等病害。桥梁结构和导轨间的受力传导主要通过埋件支座进行，埋件支座具有承受重力荷载与风荷载的综合作用，有助于桥墩结构整体抗水平弯矩性能的提升。

该桥梁空心薄壁墩身施工应设置操作平台，并保证操作面宽度至少为70cm。钢筋绑扎施工借助操作平台完成，还可用于荷载力不超出最大限度地部分施工机具存放。将5cm宽的木跳板铺设于墩身操作平台，根据木跳板短边依次摆放钢筋条，并保证钢丝绳穿过木跳板后两者稳定连接，同时为液压爬模稳定性和安全性提供保障。爬升施工开始后，应先将钢筋绑扎于下侧桁架大梁位置，再将墩身钢筋放置在下侧；完成钢筋绑扎后进行混凝土浇筑，并保证浇筑高度至少达到70cm。这一过程中必须加强对混凝土强度的检测，以保证混凝土体系正常运行。爬模施工必须连续进行，如遇混凝土脱模，则应及时调整爬模时间和爬模速度，保证空心薄壁高墩液压爬模施工过程顺利进行。

图1 爬模整体剖面图

图2 爬模构造图

2.2 液压爬模工作原理

通过液压缸交替运动将爬模升降至导轨与爬架上运行，在钢轨工作过程中，钢轨和爬架均支撑于预埋件支架上，此时钢轨和爬架无相对运动[2]。脱模后将吊座体、承重螺栓及预埋件支架等安装于爬锥，调整舌片，升起导轨。将导轨吊装至预埋件支架后再依次拆除下预埋件支架、爬锥、爬架拉杆等构件，并在导轨静止的状态下起吊爬架。舌片方向调整后启动油缸，爬升架便开始向上移动，在导轨和爬升架的交替攀爬运动下，爬升架沿附壁上移，最终停止在预留的攀爬锥上，逐层进行吊装。

2.3 液压爬模施工技术要点

该特大桥空心薄壁高墩液压爬模施工按照爬锥连接、锚板悬挂→导轨爬升→模板系统爬升→模板系统合龙→面板测量放样→面板定位→拉杆安装→爬锥预埋→混凝土浇筑→拆模的次序循环进行。

2.3.1 爬模体系安装

该特大桥空心薄壁墩液压爬模体系的安装分三步进行：

（1）在结束首节混凝土浇筑后将混凝土内外模板拆除，并待混凝土结构达到设计强度及受力要求后，通过连接螺栓将锚固板安装于预埋锚锥上，挂锚靴并安装承重架，将平台分配梁随之安放于承重架上。安装模板支架和爬架，铺设木板后搭建起施工平台。在安装好的外模板上设置预埋件，调整模板就位后开始第二段混凝土浇筑。

（2）完成第二节混凝土浇筑后安装轨道和爬升装置，并待其达到脱模要求后将对拉螺杆拆除，安装螺栓并借助支架齿轮和齿条使模板和混凝土保持设计距离。待第二节混凝土达到设计强度及受力要求后，将锚板和锚靴安装在预埋锚锥上，并依次安装轨道和爬升结构。

（3）安装好爬升轨道及装置后进行爬架首次爬升，爬升到位后安装下吊架，为锚锥拆除、锚锥孔修补等提供工作平台。

2.3.2 轨道爬升

清洁导轨后，在其表面均匀涂刷润滑油，并在已浇筑节段锚锥上安装锚板和锚靴，插上安全销轴后锁定；调整爬箱棘爪，使其整体向上；使下支撑撑在混凝土表面，爬升轨道至锚锥下方0.5m位置；通过主控柜控制按钮的操作使轨道逐根爬升，并使每根轨道与爬靴对准后将轨道爬升至爬靴顶，使轨道舌片位于爬靴受力板顶以上5cm位置。再次调整爬箱棘爪，使其整体向下；启动液压系统后预压轨道，保证锚锥与轨道良好接触；缩回活塞杆件后将主控电源关闭，并拆除锚板、锚靴和锚锥。

2.3.3 爬架爬升

将各层平台连接全部拆除，并将爬架上多余荷载全部卸掉，将爬升轨道底部支撑脚全部抬起后旋转伸长，以便其能垂直顶紧混凝土面。缩回承重架下支撑脚，其与混凝土面的距离不得超出12cm。解除爬架长短边连接、套牢安全保护绳、检查主电缆长度、调整爬箱棘爪并使其整体向下。爬架架体荷载通过导轨传递，将承重销轴拔除，在换向阀换向的同时爬升爬架，且爬升至锚靴承重销轴孔后插入承重销轴锁定，爬架则持续回落至承重销轴。

在液压爬模体系爬升过程中，轨道及爬架每爬升一格，均应由技术人员通过对讲机联络，保证爬箱全部到位方可进行下一格爬升施工。待轨道爬升至上部爬靴高度后应进行轨道和爬靴导轨槽口对应情况的检查，若存在错位，则应调节支撑脚，直至完全对应为止。爬架爬升到位后应全面检查平台角部防护，确保其恢复至平台使用状态。

2.3.4 混凝土浇筑

混凝土输送采用一级泵送，输送管设置在塔吊内侧，直接将混凝土从拌和场输送至索塔各断面。该桥梁空心薄壁墩液压爬模混凝土采用强度等级C50的高强混凝土，通过拌和站集中拌制，并经由水上运输后通过拖泵泵送至浇筑点，通过软管布料、串筒入仓。充分利用内平台、外爬架及劲性骨架等操作平台，以人工方式振捣混凝土。因该桥梁工程液压爬模施工在夏季进行，故混凝土浇筑施工结束后应及时洒水或喷液养护，通过人工凿毛的方式处理施工缝。

3 液压爬模施工技术经济分析

随着桥梁工程施工技术水平的提升，空心薄壁墩桥梁施工技术日益成熟，该空心薄壁墩可供选择的施工方法除液压爬模外，还可以采用普通翻模工艺，两种工艺因施工流程、设备材料、适用情形、技术水平等的不同，经济效益也存在较大差异，必须结合桥梁工程实际情况选择安全、高效、经济、适用的施工工艺。

3.1 工效对比

液压爬模施工进度快，一次循环大概需要4d时间，而普通翻模则需6d左右的循环时间，但液压爬模系统拆除过程复杂，仅拆除就需要1个月。该空心薄壁墩液压爬模和普通翻模工效比较详见表1。

表1 空心薄壁墩液压爬模和普通翻模工效比较

3.2 资源消耗对比

空心薄壁墩液压爬模施工所消耗资源主要有模板、爬梯、机械设备及人工等。桥梁主墩共配置4套液压爬模，且均通过租赁获得，根据施工组织设计确定的租赁期限为10个月，租金为35.0万元/套。所用爬梯为方管梯笼形式，购买单价2 100元/m，各子墩配置70m长度的爬梯；按照10%的模板损耗率和50%的爬梯摊销率所确定的模板摊销费和爬梯摊销费分别为150万元和30万元。

1个墩身配备1个班组，每个班组包括6名施工人员，负责梯笼搭设、模板打磨安装、钢筋绑扎、预埋件安装、混凝土浇筑养生、拆模等工作，总人工消耗可根据墩柱实际高度及施工台账进行计算。该空心薄壁墩左13#墩、左14#墩、右14#墩、左15#墩液压爬模施工时间分别为5个月、5个月、4.5个月和5.5个月，各墩配备1个班组，人工消耗量分别为30人/月、30人/月、27人/月、33人/月。

3.3 施工成本对比

结合对空心薄壁墩液压爬模资源消耗量的分析，将液压爬模施工成本和普通翻模进行比较。普通模板爬升高度为0.9m/d；液压爬模完成1个4.5m模板爬升需要4d，即爬升高度为1.125m/d。该特大桥空心薄壁墩4个主墩均采用液压爬模施工将比普通翻模施工提前50d[3]。此外，普通翻模材料质量相对较差，容易损坏，而液压爬模施工能够一次性完成模板组装，拼装环节的减少避免了材料损坏。普通翻模工艺下操作平台搭设难度大，人工拼拆容易发生安全事故，而液压模板操作平台相对安全，操作方便，更无需使用塔吊，节省了机械台班费用。

该特大桥空心薄壁墩液压爬模施工成本为795.0元/m³，人工费、材料费、机械费及措施费分别为210.8元/m³、23.6元/m³、154.5元/m³和334.5元/m³，需要考虑10%的管理费利润。普通翻模施工成本为787.0元/m³，人工费、材料费、机械费、措施费分别为234.9元/m³、30.1元/m³、219.4元/m³、231.2元/m³，10%的管理费利润。通过比较发现，液压爬模单位成本比普通翻模低，液压爬模人工费、机械费比普通翻模低23元/m³和65元/m³；在疫情影响下，该特大桥工期延误3个月，所以措施费比普通模板高出103元/m³，为争取时间，增加了2套液压爬模系统，故模板费用也随之增大；若模板能周转使用，则费用可降低132元/m³，施工成本即为636元/m³，总成本仍比普通翻模低。综上，与普通翻模施工相比，液压爬模施工工艺可节省人工费和机械费，液压爬模因自带爬升能力而无需另外配备模板吊运设备，具有明显的速度、时间、成本等优势。

4 结语

综上所述，对于位于山谷沟壑地区的高速公路桥梁，因地形条件复杂多变，如果采用常规的高墩施工技术必定会增大施工难度和造价，更无法保证施工安全和质量，液压爬模技术便能较好地解决以上问题。通过对液压爬模与普通翻模施工技术的比较发现，液压爬模模板造价高、维护及保养费用投入大；液压爬模系统能单体或整体爬升，爬模安全性和稳定性有保证；液压爬模还能提供全方位操作平台，只需搭设简单的平台用于钢筋绑扎施工及部分施工机具存放，安全系数高；墩身平整度和垂直度易于调控，结构施工误差易于控制，墩身模板即使采用竹胶板也能满足施工强度要求，能有效减轻模板、支架结构自重，控制翻模次数，保证施工精度，具有显著的社会效益和经济效益。