爬模施工應(yīng)用及關(guān)鍵控制技術(shù)

摘要：本文以河北省承秦高速第五標(biāo)段（秦皇島段）為工程背景，介紹了爬摸施工的工作機(jī)理和施工流程，指出高墩爬模施工中的關(guān)鍵控制技術(shù)，可供橋梁施工時(shí)參考。關(guān)鍵詞：爬模施工；高墩；工作原理；技術(shù)特點(diǎn)引言爬模施工技術(shù)又稱(chēng)滑模施工技術(shù)，在建筑施工領(lǐng)域應(yīng)用非常廣泛。近幾年，隨著公路橋梁中高墩越來(lái)越多，爬模施工技術(shù)在公路工程中也得到了推廣應(yīng)用。與傳統(tǒng)的翻模施工技術(shù)相比，爬模施工技術(shù)的特點(diǎn)更加突出，對(duì)施工過(guò)程控制要求也更嚴(yán)格。本文以河北省承秦高速第五標(biāo)段（秦皇島段）為工程背景，詳細(xì)分析了高墩爬模施工流程和關(guān)鍵技術(shù)特點(diǎn)。一、工程背景承秦高速公路是河北省高速公路網(wǎng)布局規(guī)劃“五縱、六橫、七條線(xiàn)”中的第一條，也是承德和秦皇島兩市路網(wǎng)規(guī)劃的重要組成部分。承秦高速第五標(biāo)段（秦皇島段）位于青龍縣，周邊山勢(shì)起伏，路線(xiàn)跨越多道山巒、溝谷，共設(shè)計(jì)有大橋6座，其下部結(jié)構(gòu)中，高達(dá)40米的空心薄壁墩數(shù)量近百座。如果采用傳統(tǒng)翻模施工技術(shù)，由于工程量大，無(wú)論采用平行式施工，還是流水施工，所需人、材、機(jī)數(shù)量均較大，施工周期長(zhǎng)，工期異常緊張。鑒于這種情況，對(duì)幾個(gè)大橋空心薄壁高墩的建設(shè)最終采用了爬模施工技術(shù)。在此之前，該施工技術(shù)在河北省內(nèi)尚未得到廣泛應(yīng)用。二、爬模施工工作機(jī)理（一）模板組成。橋墩實(shí)心段爬模施工的模板組成如圖1所示，受力的主體模架采用鋼桁架，橫梁、縱梁均采用工字型鋼，橫撐和斜撐采用等邊角鋼。爬模模板各部件的設(shè)計(jì)[1]及主要作用如下：1、無(wú)縫鋼管。預(yù)埋在墩身內(nèi)部，與液壓千斤頂共同作用，為模板系統(tǒng)提供支承力。無(wú)縫鋼管的壁厚要根據(jù)液壓千斤頂?shù)捻斄Υ笮〈_定。當(dāng)爬升高度不斷增加時(shí)，鋼管逐漸被澆筑在墩身內(nèi)部，保持外露長(zhǎng)度固定，故不必考慮鋼管失穩(wěn)問(wèn)題。由于無(wú)縫鋼管埋設(shè)在墩身內(nèi)部，參與結(jié)構(gòu)受力，故其對(duì)截面的削弱作用也不考慮。2、液壓千斤頂。與無(wú)縫鋼管共同作用，為模板系統(tǒng)提供爬升的動(dòng)力。液壓千斤頂?shù)捻斄π杩紤]整個(gè)爬模臺(tái)自重、操作工人、技術(shù)人員等人群荷載壓力作用、堆放的鋼材等材料壓力及操作臺(tái)附屬機(jī)械自重、模板與墩身的摩阻作用、爬升速度等因素計(jì)算確定，對(duì)于空心薄壁墩，還需考慮內(nèi)側(cè)爬升模板安裝或拆卸時(shí)產(chǎn)生的附加重力。1、無(wú)縫鋼管2、液壓千斤頂3、懸臂傳力構(gòu)件4、桁架操作臺(tái)5、吊架操作平臺(tái)6、桁架7、梯道8、墩身圖1橋墩實(shí)心段爬模施工的模板組成示意圖3、懸臂傳力構(gòu)件。懸臂傳力構(gòu)件呈倒L型，主要由豎向的傳力桿和橫向的懸臂梁兩部分構(gòu)成。它負(fù)責(zé)連接整個(gè)爬升模架體系與液壓千斤頂、鋼管構(gòu)成的動(dòng)力系統(tǒng)，并將桁架的豎向荷載傳遞到液壓千斤頂，最終傳遞至無(wú)縫鋼管上。由于懸臂傳力構(gòu)件受較大的彎矩作用，因此應(yīng)采用抗彎剛度較大的型鋼或組合截面，其截面面積應(yīng)比桁架桿件大很多。本工程中的豎向傳力桿采用工字型鋼，并將兩根槽鋼分別焊接在工字型鋼的兩側(cè)，以使橫向懸臂梁能很好的連接液壓千斤頂與無(wú)縫鋼管且對(duì)稱(chēng)受力。4、桁架操作臺(tái)。桁架操作平臺(tái)是施工人員進(jìn)行鋼筋連接、混凝土澆筑、爬升控制等工序的作業(yè)平臺(tái)，也是部分材料的臨時(shí)存放場(chǎng)所，并且，發(fā)電機(jī)等附屬機(jī)具也都安放在桁架操作臺(tái)上。采用在桁架上表面直接鋪設(shè)木板，并利用桁架的角鋼將其固定的形式形成一個(gè)平整的操作臺(tái)，在操作平臺(tái)外側(cè)設(shè)置縱、橫向鋼筋，形成護(hù)欄，并掛設(shè)安全防護(hù)網(wǎng)。在本標(biāo)段的施工中，支撐操作平臺(tái)的桁架體系還設(shè)置了龍門(mén)架，以配合地面卷?yè)P(yáng)機(jī)進(jìn)行混凝土的澆筑工作。5、吊架操作平臺(tái)。吊架操作平臺(tái)采用型鋼與桁架可靠連接，平臺(tái)表面也采用木板鋪設(shè)。吊架外側(cè)也設(shè)置縱、橫向鋼筋，形成護(hù)欄，并掛設(shè)安全防護(hù)網(wǎng)。吊架操作平臺(tái)通常分兩層：-1層與-2層，-1層吊架操作平臺(tái)的施工人主要負(fù)責(zé)處理爬升澆筑過(guò)程中一些混凝土局部澆筑缺陷，如局部坑洼、個(gè)別外露表面不平整、通氣孔堵塞等問(wèn)題，同時(shí)負(fù)責(zé)灑水養(yǎng)護(hù)。-2層吊架操作平臺(tái)的施工人員主要負(fù)責(zé)墩身混凝土的灑水養(yǎng)護(hù)，采用混凝土的原漿對(duì)墩身抹面修飾，以及養(yǎng)生膜的鋪貼。6、桁架。桁架主要由橫梁與縱梁和連接桿件構(gòu)成，橫梁是桁架骨架的主體部分，截面所需剛度相對(duì)較大，宜采用槽型鋼、工字鋼或組合型鋼截面?？v梁與橫梁構(gòu)成桁架骨架的主體部分，截面所需剛度相對(duì)較大，宜采用槽型鋼、工字鋼或組合型鋼截面。連接桿件主要包括橫向桿件、豎向桿件和斜撐。本項(xiàng)目連接桿件均采用等邊角鋼。7、梯道。施工操作人員及技術(shù)人員等上下爬模架的通道，本工程中-1層至-2層吊架的梯道并未直接連通-1層到桁架操作臺(tái)梯道與-2層以下部分梯道，以防稍有不慎頂層人員直接順梯道跌落。梯道與層間交接部位開(kāi)口，并采用薄鋼板封蓋，有人上、下梯道時(shí)臨時(shí)開(kāi)啟。梯道采用直徑為32mm鋼筋焊接，每節(jié)段長(zhǎng)度約3m，掛鉤連接。8、墩身。在空心薄壁墩的空心段爬升時(shí)，空心部分也需設(shè)置爬升模板，成為內(nèi)模。由于其尺寸較小，只承受操作工人的活荷載，其形式也相對(duì)簡(jiǎn)單，只設(shè)側(cè)向模板（鋼板）、頂層操作平臺(tái)（鋼板）、內(nèi)部設(shè)勁性鋼骨架支撐，并設(shè)懸臂傳力構(gòu)件、液壓千斤頂及無(wú)縫鋼管。（二）爬膜施工的工作原理爬模模板的桁架體系承擔(dān)桁架操作平臺(tái)、-1層吊架、-2層吊架、梯道等全部的荷載，并將其分散，平均傳遞到6根懸臂傳力構(gòu)件上。懸臂傳力構(gòu)件與液壓千斤頂連接，利用無(wú)縫鋼管對(duì)液壓千斤頂?shù)闹С凶饔茫a(chǎn)生爬升力，該爬升力成為整個(gè)爬模體系的驅(qū)動(dòng)力。桁架內(nèi)部與鋼板焊接，鋼板即為墩身的外側(cè)面模板，終凝前，混凝土未與鋼模板形成較強(qiáng)的粘結(jié)力，可近似認(rèn)為只存在摩阻力。在澆筑的混凝土到達(dá)一定強(qiáng)度后，在液壓千斤頂爬升向上驅(qū)動(dòng)力的作用下，桁架模板整體向上提升一頂程高度Δh，Δh不可過(guò)大，混凝土強(qiáng)度也不可過(guò)低，否則混凝土的側(cè)向位移無(wú)法有效控制。爬升同時(shí)，各操作平臺(tái)的施工人員各自進(jìn)行自己的本職工作，綁扎鋼筋、澆筑混凝土、修面養(yǎng)生等。待下一Δh段范圍內(nèi)混凝土強(qiáng)度滿(mǎn)足要求后，進(jìn)行下一頂程。如此往復(fù)，使得模板不斷向上爬升。（三）施工技術(shù)流程1、墩身實(shí)心始發(fā)段。始發(fā)段的施工，是整個(gè)爬模施工過(guò)程的起始環(huán)節(jié)，因此尤為重要。施工前，先清理場(chǎng)地，然后根據(jù)模板的尺寸，放樣出爬模桁架操作臺(tái)的四個(gè)底角坐標(biāo)，人工輔以吊車(chē)進(jìn)行爬模桁架的組裝與定位。在檢查坐標(biāo)的準(zhǔn)確性、組裝的可靠性后，綁扎墩身與承臺(tái)連接的鋼筋，并在外模的內(nèi)側(cè)鋼板刷涂脫模劑等。在爬升模架的液壓千斤頂?shù)膶?duì)應(yīng)位置設(shè)置豎直無(wú)縫鋼管，并與液壓千斤頂有效連接。當(dāng)一切準(zhǔn)備工作就緒，即可進(jìn)行澆筑。如無(wú)特殊情況，從開(kāi)始澆筑直至整個(gè)墩身澆筑完成，其過(guò)程可連續(xù)進(jìn)行，澆筑過(guò)程注意控制澆注的速度。澆筑速度應(yīng)根據(jù)爬升速度確定。本標(biāo)段控制澆筑速度約為10分鐘一頂程，每頂程3cm，以此確定澆筑混凝土的速度。當(dāng)始發(fā)段的澆筑高度約在1.5m范圍內(nèi)時(shí)，模板不向上爬升，否則可能會(huì)因?yàn)榛炷寥肽５臅r(shí)間較短，強(qiáng)度增長(zhǎng)不夠充分，爬升Δh段范圍內(nèi)混凝土強(qiáng)度無(wú)法承擔(dān)上部混凝土對(duì)其的壓力，導(dǎo)致其發(fā)生較大側(cè)向變形、甚至坍塌。當(dāng)始發(fā)段開(kāi)始澆筑后，需在桁架橫梁、縱梁兩個(gè)方向，向下引出吊錘，并在地面對(duì)應(yīng)位置標(biāo)記吊錘中心。隨爬升的進(jìn)行，不斷監(jiān)控吊錘的平面位置偏移，以確定墩身的傾斜程度，掉線(xiàn)采用鋼絲線(xiàn)，不易斷裂，吊錘宜具有足夠的重量，不至隨風(fēng)晃動(dòng)。2、墩身空心漸變段。當(dāng)始發(fā)段爬升開(kāi)始進(jìn)行一定高度后，將進(jìn)入墩身空心漸變段范圍。此時(shí)需確定墩身內(nèi)部空心位置，安裝木制內(nèi)模并固定，其余一切施工順序正常進(jìn)行，待爬升模架爬起一定高度后，施工人員可位于地面進(jìn)行修面、養(yǎng)護(hù)、墩身傾斜度調(diào)整等工作。隨著爬升的不斷進(jìn)行，當(dāng)達(dá)到一定高度后，人工輔以吊車(chē)安裝-1層吊架，而后安裝-2層吊架及掛設(shè)爬梯等。實(shí)心段及漸變段墩身高度較小時(shí)，澆筑混凝土的時(shí)候可以用吊車(chē)配合。3、墩身空心正常段。漸變段爬升即將結(jié)束，吊裝內(nèi)模，控制好內(nèi)模的吊裝位置、高程。隨澆筑的進(jìn)行，內(nèi)、外膜高度一致時(shí)內(nèi)外膜共同向上爬升。注意控制內(nèi)、外膜之間的間距，間距產(chǎn)生偏差時(shí)，墩身的壁厚就將發(fā)生變化！由于墩身空心正常段的高度較大，采用吊車(chē)進(jìn)行混凝土澆筑，施工相對(duì)較困難，本工程中采用地面卷?yè)P(yáng)機(jī)輔以龍門(mén)架、定滑輪等裝置輸送混凝土，避免了吊車(chē)澆筑高墩混凝土施工時(shí)的諸多不方便。4、蓋梁施工及拆模。當(dāng)墩身爬升高度滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求，需進(jìn)行蓋梁施工時(shí)，遂進(jìn)行蓋梁的鋼筋綁扎、支模等環(huán)節(jié)的施工。若模板尺寸足夠，爬模模板可直接作為蓋梁施工的操作平臺(tái)。待蓋梁施工結(jié)束，利用可地面的卷?yè)P(yáng)機(jī)拆除模板，無(wú)需其他機(jī)械。（四）施工控制關(guān)鍵點(diǎn)。爬模施工技術(shù)有幾個(gè)特殊的施工技術(shù)控制關(guān)鍵點(diǎn)，分別是爬升速度的控制、墩身垂直度的控制、墩身混凝土強(qiáng)度的控制以及施工過(guò)程的人身安全問(wèn)題。1、爬升速度的控制。爬升速度的控制主要參數(shù)是每次爬升的頂程Δh與爬升頻率。此二者直接影響模板每次爬升后，新裸露出的混凝土的強(qiáng)度。若其強(qiáng)度較低，混凝土無(wú)法承受整個(gè)桁架模板及上方混凝土的壓重，可能導(dǎo)致失穩(wěn)坍塌。根據(jù)以往類(lèi)似工程的經(jīng)驗(yàn)，爬升速度宜控制在每小時(shí)20cm左右，此時(shí)每次爬升后新裸露的混凝土在模板內(nèi)完成初凝后約1小時(shí)，提高的強(qiáng)度可以滿(mǎn)足爬升施工的要求。因此，本工程的爬模控制速度為每10分鐘一頂程，每頂程3cm，并根據(jù)混凝土實(shí)際情況略做微調(diào)。2、墩身垂直度[2]的控制。根據(jù)本標(biāo)段的施工經(jīng)驗(yàn)，墩身的垂直度控制應(yīng)主要從兩方面入手：（1）控制所有液壓千斤頂在同一水平面。每30cm進(jìn)行一次液壓千斤頂水平面校驗(yàn)。利用連通器原理，在塑料管中灌入一定量的水，然后以一個(gè)液壓千斤頂作為基準(zhǔn)平面，挨個(gè)調(diào)整其余千斤頂，這個(gè)方法簡(jiǎn)單，且有效保證了模板爬升的垂直度。（2）利用吊錘的鉛直度控制墩身垂直度。為防止墩身整體傾斜，需要利用吊錘的鉛直度控制墩身垂直度。每向上爬升1m，即進(jìn)行鉛直度的校驗(yàn)。具體做法既是：在爬升未開(kāi)始的時(shí)候，提前在長(zhǎng)、寬兩個(gè)方向做好鉛直吊錘，并在地面做好吊錘中心的位置標(biāo)記，隨著爬升的進(jìn)行，若吊錘偏離原標(biāo)記位置，則說(shuō)明墩身產(chǎn)生傾斜，反向調(diào)節(jié)模板的水平度即可。3、爬模施工的安全[1～2]控制。根據(jù)以往類(lèi)似工程的經(jīng)驗(yàn)，爬模施工的安全問(wèn)題主要存在以下幾方面：火災(zāi)、人員跌落、、高空墜物、模架坍塌。（1）防火措施。為避免因發(fā)生火災(zāi)，導(dǎo)致高空作業(yè)人員無(wú)法及時(shí)逃離，本標(biāo)段施工過(guò)程中盡量避免明火、火花，做到鋼筋不采用焊接，全部采用機(jī)械連接及綁扎連接。機(jī)械連接的性能指標(biāo)完全能夠滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求，且施工速度快，質(zhì)量均勻穩(wěn)定。同時(shí)，在操作平臺(tái)上準(zhǔn)備滿(mǎn)水的大桶，以防木板起火，水桶中的水同時(shí)可供混凝土的養(yǎng)生使用。并且，施工人員嚴(yán)禁在操作平臺(tái)上抽煙。（2）防跌落措施。操作平臺(tái)均設(shè)置護(hù)欄和安全防護(hù)網(wǎng)，三層梯道的不貫通，梯道口在不使用時(shí)采用鋼板封堵，梯道外側(cè)設(shè)置安全防護(hù)網(wǎng)以防止攀爬時(shí)跌落。每個(gè)操作平臺(tái)配專(zhuān)職安全員，操作臺(tái)上人員必須系安全繩。（3）防墜物措施操作平臺(tái)的材料堆放僅供一次使用周轉(zhuǎn)，嚴(yán)謹(jǐn)利用操作臺(tái)存放材料。在大風(fēng)、下雨等天氣不進(jìn)行施工，定期檢查卷?yè)P(yáng)機(jī)鋼絲繩及連接部件，在橋墩下施工墜落影響范圍內(nèi)安排專(zhuān)職人員看守，并設(shè)警示標(biāo)志。施工人員必須佩戴安全帽。（4）防模架坍塌措施對(duì)整個(gè)爬模體系的受力構(gòu)件進(jìn)行準(zhǔn)確的計(jì)算，如：桁架受力、梯道受力、懸臂傳力構(gòu)件、液壓千斤頂頂力、無(wú)縫鋼管的支承力、吊架的承載力以及特殊情況下產(chǎn)生的模板單側(cè)受壓的極限情況，通過(guò)計(jì)算確定各構(gòu)件的截面尺寸。施工中盡量防止模板單側(cè)受壓，或受壓不均勻，如臨時(shí)放料，也盡量做到均勻受力。工程中一旦發(fā)省安全事故，造成的損失及影響都比較惡略，需特別謹(jǐn)慎，按照以上做法，可以有效地避免部分危脅安全的問(wèn)題。三、爬模施工的特點(diǎn)空心段爬升時(shí)，內(nèi)側(cè)也需設(shè)置爬升模板，由于其尺寸較小，只承受操作工人的活荷載，形式也相對(duì)簡(jiǎn)單，只需設(shè)側(cè)向模板（鋼板）、頂層操作平臺(tái)（鋼板）、內(nèi)部設(shè)勁性型鋼骨架支撐，并設(shè)懸臂傳力構(gòu)件、液壓千斤頂及無(wú)縫鋼管等。（一）爬模施工的優(yōu)點(diǎn)1、縮短工期，節(jié)省資源。與傳統(tǒng)的翻模施工相比，爬模施工進(jìn)度快且節(jié)約資源。以本工程為例：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，從墩身開(kāi)始施工到蓋梁施工結(jié)束，計(jì)算用時(shí)12～15天，實(shí)際用時(shí)15天，其中蓋梁施工時(shí)間約4～5天。拆卸的模板經(jīng)簡(jiǎn)單處理即可在下一相同截面形式的橋墩中使用。由于周期短，周轉(zhuǎn)迅速，非常適宜流水施工。與之形成鮮明對(duì)比的左幅-15墩，采用傳統(tǒng)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的高墩計(jì)算施工周期約為55～65天，實(shí)際用時(shí)63天。若采用流水施工，工期之長(zhǎng)令人不可忍受。若采用平行施工則需大量吊車(chē)或泵送機(jī)械以及人力、材料等，資源需求量過(guò)大。2、材料均勻，外觀整潔由于爬模施工的連續(xù)性，其混凝土由拌合站連續(xù)不間斷拌合出料，澆筑質(zhì)量均勻穩(wěn)定。施工人員會(huì)采用澆筑墩身混凝土的水泥原漿進(jìn)行抹面修復(fù)處理，外觀更加漂亮整潔。與爬模施工相比，翻模施工由于作業(yè)的間斷性，會(huì)形成材料差異。每道模板與模板之間的縫隙會(huì)由于