斜拉桥主塔液压爬模施工技术应用

郑旭芬

【摘要】近年来，液压爬模施工是工程中较为常见的一种施工方法。用液压自动爬模装置进行主塔塔身施工替代了翻模、滑模的模式。兰州柴家峡黄河大桥索塔塔身标准段高，斜率大。通过在工作中的亲身实践和见证，浅谈爬模在兰州柴家峡黄河大桥塔身的应用。

【关键词】爬模系统;塔身施工;应用液压爬模

【DOI】10.12334/j.issn.1002-8536.2021.

1、工程概况及工程特点

1.1 工程概况

本技术依托于兰州柴家峡黄河工程。其中主桥为双塔双索面斜拉桥，半漂浮体系，桥塔采用A字形高低塔布置，南岸桥塔塔高99.9m、北岸桥塔塔高115.5m。其中主塔施工采用液压自升式爬模体系。主桥采用钢梁结构，钢梁采用半封闭式双箱断面。南引桥为0#-13#，北引桥19#-28#均为预制箱梁，先简支变连续，基础采用钻孔灌注桩。

1.2 工程特点

本工程主塔为A字形塔，其中下横梁以下塔肢为变截面形式，并且由剪力墙将两侧塔肢连接;主塔中间部分从下横梁圆弧段网上至交汇处为标准断面，整体呈空心薄壁式斜塔肢。

在施工工艺方面，考虑主塔下塔肢部分（下横梁及以下部分）距离地面较近，所以采取满堂架体何悬挑脚手架、定型钢模板施工措施;而上塔肢标准节部分，则使用爬升模板系统。

2、施工工艺选择及施工技术

2.1 施工工艺分析比较

2.1.1传统翻模法施工分析

对于主塔高塔肢，若采用翻模工艺时，首先高空安拆模板存在很大难度，安全隐患亦无法保证;同时传统翻模施工，对于有斜度和一定斜率的高塔而言，高空施工平台的搭设，模板每次安拆均需吊至地面进行打磨刷油再高空吊装，再施工时间上耗时耗力，增加大量成本。

新型的爬升模板系统，按照施工节段的划分，随浇筑高度逐级自主爬升，避免了模板在高空反复吊装的难度和安全隐患，同时液压爬升时间和模板加固时间大大缩短，节约工期;爬模系统自带的操作平台也很好地对高空施工人员、材料和作业面起到防护作用。

相对于传统的高空柱、塔施工作业，液压自爬模明显在安全、便捷、高效、工期等方面优于传统的翻模工艺。

2.2 液压自爬模系统分析介绍

2.2.1液压自爬模系统构成及主要性能参数

（1）液压爬架主要构成

液压爬架为构件、钢质操作装置。爬架固定在施工完柱上，面板则应用吊杆吊挂和螺旋斜撑杆固定在操作台上。

爬升机构各部分名称如下：木梁胶合板模板体系;B-自动爬升机构;上桁架;后移装置;承重三脚架;埋件系统;吊平台;平台横梁

液压爬升系统包含爬升轨道、顶升装置及相关设施，根据索塔结构尺寸和施工需要，单个塔肢可配有多根爬升导轨、多套顶升装置，即在塔肢每侧均有布置，以便塔肢每侧的爬模均可单独爬升，所有顶升装置共同使用一个控制柜，使用操作板来达到导轨及架体的正常爬升。

应用木质结构模板，其包括面板、木工字梁、钢背楞形成。面板和木工字梁用木螺丝固定，钢围檩和木工字梁用螺栓连接。板面平整、坚硬及防水等性能，其板厚为21mm。

工字梁经过特殊方法处理，它重量轻、弹性好，能耐高温、抗腐蚀。依照实际情况采用合理尺寸的工字梁。

外模钢围檩一般采用2[12a和2[14a。为适应不同形状模板的支撑需要（如圆弧模板、导角模板等异型模板），特制造型木。

（2）液壓爬模系统主要性能参数选择

液压爬模系统主要性能参数根据工程的实际需要选择，通过计算，本工程爬模系统采用的性能参数为：

①工作平台：6层;

②自升装置额定提升荷载：≥100kN;

③节段浇筑高度：4.5m;

④提升速率：≥0.2m/min;

⑤倾斜角度：±15°;

⑥驱动力：液压动力;

⑦工作状态最大抗风能力：20m/s;

⑧非工作状态最大抗风能力：69m/s。

2.3 主塔液压爬模施工工艺

2.3.1施工顺序

起始段钢筋绑扎、预埋件安装→模板安装、起始段混凝土浇筑→拆除模板、安装悬挂件→安装主爬架和模板→第二节段钢筋绑扎、预埋件安装→模板安装、第二节段混凝土浇筑→拆除模板、安装悬挂件→安装轨道→爬架爬升→钢筋绑扎、预埋件安装→模板安装→节段混凝土浇筑→模板拆除、安装悬挂件→导轨爬升→爬架爬升。

3、关键工序及操作要点

3.1 主塔进入爬模准备的首节标准节施工

3.1.1施工准备

塔身进入标准节的首节高度为4.5m，按照之前的施工架搭设操作平台，浇筑后再继续爬升模板系统的安装。

在混凝土施工完前一模两天内全面凿毛，表层浮浆2-3cm应凿出，达到粗骨料外露即可，杂物处理后，确保新旧接触位置粘接牢固。为方便第一段标准节塔身钢筋和模板施工，用Ф48×3mm架管沿塔身外侧周边搭二排支撑，支撑立杆间距1.2m，排距1m，步距1.5m，且设斜支撑。支架高度从施工承台算起，北塔10.368m;南塔由于标准节段较高，根据施工方案，在19.65m位置安装悬挑平台，在平台上按上述要求搭设双排脚手架。

3.1.2钢筋绑扎

首段标准节塔身钢筋测量应先在劲性骨架上放出塔身中线，施工人员根据点位与劲性骨架的埋设标记开始绑扎钢筋。塔身竖向主筋根据施工技术优化采用9m的定尺钢筋，连接方式是直螺纹套筒，同一断面50%的钢筋接头率。上、下接头两个断面至少错开1.2m。用套筒先接长内层主筋、再接外层，接长时内、外层主筋按同方向同时进行。钢筋上部固定在劲性骨架上。接长主筋后，施工环向钢筋，绑扎牢固形成整体骨架。

3.1.3合模

模板安装前首先进行测量放线，在4个角做放线点位。木工通过放线点位控制模板顶口水平位置，底口水平弹墨线配合高程控制，在底部接缝处设置软泡沫带防止漏浆。模板与模板之间的拼缝采用双面胶带粘接防止跑浆，合模后进行对拉螺杆加固，用棉纱等柔性材料缠绕丝杆四周避免丝杆漏浆。

首段的对拉螺栓一次性使用。为防止失稳模板顶部设置两道缆风绳进行固定。模板合模后，测量垂直度和顶口空间位置，质检人员复核。为了控制混凝土浇筑面标高，浇筑前模板上标注砼浇筑面标高。

3.1.4埋件安装

爬模爬升装置需要在首节砼浇筑前进行预埋爬锥。爬锥采用高强度的钢制锥形螺帽，内接锚筋（高强螺杆或者精轧螺纹钢，可带尾锚板以加强锚固力）。用高强螺栓把爬锥和模板固定牢固，爬锥孔内涂抹黄油然将高强螺杆拧紧，确保砼浆不能流入爬锥螺纹里。埋件板固定在高强螺杆另一端，锥面向模板和爬锥呈反方向。

3.1.5混凝土浇筑

首节混凝土浇筑量176m3。采用泵送入仓的方式浇筑砼，为了便于布料泵管第一节采用软管;为防止浇筑砼产生离析并加串筒至底部。砼浇筑前需用同标号砂浆趟底，然后进行砼的浇筑，砼进行分层浇筑每层30cm。砼浇筑用Ф50型振捣棒，严格按照规范操作同时不能碰到模板，不能用振捣棒在原位驱赶砼防止局部砼产生砼离析。砼振捣后不冒气泡，表面平坦表明砼已近振捣密实。混凝土初凝前浇筑1个半小时后不能受扰动。为保证墩身外观质量墩身混凝土强度超过10Mpa方可拆模，拆除模板后要及时养护。

3.1.6爬架架体安装

标准节首节混凝土浇注以后开始逐步安装浇注标准节第二节段混凝土所必须的部件。主要有锚板、架体、模板系统。为了后续安装方便，液压装置和挂座机构要同时安装完成。砼强度达到20MPa后，同过高强螺栓将锚板和锚锥连接，分别吊起安装单片架体拼装单元或整体拼装架体，通过爬架挂钩悬挂于锚板承重销上同时安装好下撑脚。在架体上安装操作平台、走道、防護栏杆的安全防护设施。

3.1.7标准节第二节段施工

在第二节段模板合拢之前，对浇筑之后的砼面处理凿毛。模板安装需要塔机配合，合模前任然需要对缝隙处理，外侧壁上贴双面胶。剩余砼浇筑方法同上。

3.1.8标准节第二节段砼浇筑后的安装

在第二节段砼强度达到后，开始拆除对拉螺栓和锚锥堵头螺栓，第二节砼强度达到20MPa后，在预埋的爬锥上安装挂座，用塔吊再进行爬升装置、导轨，最后安装液压系统调试合格方可使用。

3.1.9爬架爬升

爬架爬升操作步骤：调整步进装置（换向阀）→致向下→打开液压缸进油阀门→启动液压控制柜→爬升爬架→拔去承重销→爬升爬架→插上承重销→关闭液压缸进油阀门，关闭液压控制柜，切断电源→安装下支撑。

3.1.10爬架第二次安装

该次安装主要是完善爬架的下吊架，该吊架作用是提供砼修补以及设置电梯入口、下挂座拆除平台，也用于日后上塔柱预应力张拉使用。下吊架为拼装构件，螺栓与销轴西相连接。内腔操作平台与预埋附墙螺栓连接，附墙螺栓承重，通过塔机内模板挂附在内架上。至此整个自爬架安装完成，墩身的施工进入标准自爬模施工工序。

3.1.11主塔标准节正常阶段循环施工

塔身正常节均为4.5m的标准节重复循环作业施工，每个节段工序如下：

轨道爬升→爬架爬升→接长塔身钢筋并绑扎→关模并校核→浇筑混凝土→混凝土脱模、养护。

轨道爬升流程如下：

混凝土强度达到20MPa→安装上部锚板→调整步进装置，使其换向阀→致向上→打开液压缸进油阀门→启动液压控制柜→拆除轨道销→爬升轨道→插入轨道销→关闭液压缸进油阀门、关闭液压控制柜、切断电源→拆除下部锚板→安装下支撑。

3.2 液压自动爬模主要操作要点

3.2.1轨道爬升

（1）爬升准备：

安装上部锚板和爬靴前核查实际与设计位置是否统一，不合格应进行微调。爬升挂件布置完后，派专人验收连接的高强螺栓是否符合要求。清理道轨，将润滑油涂在导轨上面。调整两个爬箱中复位机构摆杆的状态，让其同时向上。构件强度达20兆帕上可爬升。

（2）所有准备工作合格后，进油阀门启动，液压控制柜开始工作，导轨顶部楔形插销拆下，启动轨道的爬升。

（3）导轨工作时，外架0号工作台，和1号工作台上配3个人和1台呼叫机。

（4）轨道每工作一格时，应通过呼叫机联系，检查爬箱是否到达指定位置，到达后进行下一步爬升。

（5）工作中要确保保险装置不妨碍导轨的运行。

（6）导轨到达顶部悬挂靴的位置时停止，复合轨道槽口位置准确否，若不统一，调整下面的支撑，是轨道能平稳的通过轨道槽口。

（7）导轨运行到位，导轨顶部楔形插销从右往左固定，保整锁定设备准确到位。下行导轨使顶部插销与爬靴密切贴合。

（8）关掉阀门，关掉控制柜，停止供电，完成导轨的工作。

（9）拆卸下面爬架挂件，拿出构件的埋件，并填补孔隙，方便继续爬架的工作。

（10）出现导轨爬升不一致或其他现象，停下来研究处理，不得强行爬升。

3.2.2爬架爬升

（1）爬架工作前相应工作准备：撤出各层平台中所有连接部件。应清除架体上不必要的物体（如钢筋头、氧气和乙炔瓶等）打开爬架导轨下部支撑装置，且转动伸长，让垂直贴紧塔身构件。把承重架体下支撑完全收回。变化上下爬箱中复位机构摆杆的状态，使其一直向下。查看架体纵边与横边的接触是否以去除和安全绳是否固定牢固。查看上段构件修补合格否。

（2）通过检查前期工作合格后，按下进油阀门，运行液压控制柜，打开安全插销，进行工作。

（3）爬升时外部架体0号操作台分别配3人与1台呼叫机。确保呼叫信号良好。1号操作台两边各配置1人查看。

（4）爬架架体的荷载使用轨道来传递后，拔掉爬架承重销。

（5）轨道每工作一格时，应通过呼叫机联系，让爬架爬升操作者确认上下爬箱是否检查完爬箱是否到达指定位置，到达后进行下一步爬升。

（6）当架体运行到位后，应及时插上爬架承重销及安全销。

（7）关掉阀门，关掉控制柜，停止供电，完成导轨的工作。

（8）转动支撑脚至构件表面。调整支撑架体让纵向支架与构件表面平行。

（9）出现导轨爬升不同步或其他异常情况时，应立即停下来检查处理。

（10）爬升到位后，查看全部平台的滚轮与构件表面顶紧否。

3.2.3模板关闭和脱开

模板操作要点为：

（1）根据需求纵向切掉富余面板，达到模板的收分;

（2）将爬架悬挂预埋件定位装置安装在面板上，固定悬挂螺栓;

（3）移动模板悬挂设备和调整斜撑装置，让模板闭合，调整短向拉杆让模板间纵向缝隙密实，通过固定在爬架上水平支撑杆及楔形垫使模板底部顶紧已浇混凝土面;

（4）拆模时，先去除全部连接和固定件，然后利用设置在模板肋带与爬架间的拉桿和斜撑丝杆将模板慢慢的脱开。

3.2.4爬升模板系统检查

在塔身或墩身施工过程中，每一次液压爬模系统的轨道、爬架工作前和爬工作中及工作到位，都应要全面查看，保证上一步合格，方可开始后续工作的操作。

4、效益分析

4.1 主要工序时效情况

（1）拼装爬模阶段性持续约30天。

（2）现场安装爬模阶段性持续约10天。

（3）安装液压系统约3天。

（4）安装爬升轨道约1天。

（5）提升爬升轨道约1小时左右。

（6）液压爬模的提升需要1～2小时左右。

4.2 生产效率分析

就塔肢或者墩身的操作难易而言，完成一个节段墩身约3-4天，完成一个节段塔肢约5-6天。以兰州柴家峡黄河大桥北主塔塔身目前施工进度为例：考虑各种天气、材料等因素外，兰州柴家峡黄河大桥北主塔的实际效率是：68.868m/6个月=68.868/183天=0.386（m/日），这种施工速度之快，也很罕见的速度了。

4.3 与常规翻模施工相比较

很多高塔施工采用爬架翻模。爬架和模板均采用钢质，但是在使用上存有以下不足：

（1）爬架提升就位不快捷，操作不方便。

（2）受重限，工作面有限，模板的拆除、清理、安装与调位不便利。

（3）去除模板表面锈繁琐。

（4）构件的表观质量、安全及工期难保证，而爬升模板系统索塔施工，操作便捷、同步顶升平稳以及安全可靠，表观质量好。

4.4 经济效益

液压爬模在高层建筑和桥梁塔身施工中有着独特的优势，比较先进的施工工艺，与传统倒模工艺相比，有着显著的经济、安全和社会效益。

液压爬模特点是：机械化作业施工效率高降低工人作业强度、安全防护到位安全有保障，整体成型辅助设施少、节约工期。实践证明本工程施工中在标准节塔身施工中利用液压爬模，每周可完成一个节段。以兰州柴家峡黄河大桥北主塔塔身目前施工进度为例：施工68.868米的北主塔历时6个月就施工完成，期间还受到大规模降雨和其他因素耽误2.5个月，比计划工期提前近两个月的时间，施工各项费用都有所减少。

液压爬模系统中爬架的操作空间相对于传统翻模宽阔，钢筋绑扎时间比传统施工缩短1天时间，液压爬模爬升速度快捷，只需2个小时左右即可爬升到位，满足施工要求，传统翻模一般需要7到9个小时。

（1）工期节约：18（液压爬模施工标准节段）×（24+6）（工时）=540（工时）=64（天）

（2）节约人工费：

工人：115人×60元/人.天×64天=44.16万元。

管理人员：30人×100元.天×64天=19.2万元。

（3）节约机械设备费：

108.7万元/月×64天÷30天/月=231.89万元。

（4）综合合计取得经济效益：44.16+19.2+231.89=295.25万元。

4.5 社会效益

使用液压爬模施工技术，可以突出经济和社会效益，可以树立企业良好的形象，液压爬模业界人士关注广泛。其施工工艺简单、施工效率高，且对施工安全有较大的保障，能大幅度提高施工速度，在主塔施工过程中经历的黄河水位上涨、冬雨季停工的情况下，安全可靠、保质保量地完成了总工期进度的保证，为企业工期、质量、安全履约提供了保障，得到了业主的认可。液压爬模施工技术在兰州柴家峡黄河大桥的应用，为我公司承接相应各大型桥梁工程创造了优秀业绩，也提供了实际施工数据和经验。

参考文献：

[1]曾剑.苏通大桥高墩液压爬模施工.第二届华东公路发展研讨会，2007.08.21

[2]殷哲.城川河特大桥空心薄壁高墩柱施工技术[J].价值工程.2013.06.30