中铁二十五局集团第四工程有限公司 广西柳州 545007
摘要：根据某高墩桥梁实例，对15#～18#高空心桥墩施工中各项参数的确定、施工重点的控制以及墩台的成型效果进行了简单叙述。在高空心墩桥梁的施工过程中，采用液压爬模技术替换传统老旧技术不仅能对空心桥墩实体质量起到很好的提升效果，更能大幅度提高施工效率和保证施工时的安全。
关键词：液压爬模；桥梁高墩
近年来，铁路和公路工程中的高空心墩桥梁运用越来越广泛，由于墩台高度过高，采用传统预留牛腿搭设脚手架进行模板安装的方式已不能满足当前建设需要。本工程采用液压爬模施工，相比较传统方法不用搭设大量脚手架，其钢材消耗量比翻模少60%，使用劳力仅为翻模的30%，而其施工速度却比组合模板快，其中缆索吊吊运模板，混凝土，钢筋等一系列施工材料，对于大跨度高墩施工十分有益。爬模爬架操作平台宽度达2米以上，支模操作空间宽裕，同时上下共3层操作平台，不同工序上下可以交叉进行，使钢筋绑扎和混凝土浇筑工作更方便，不仅有利于劳动效率的提高，更有利于工程质量提高。
一、工程概况
某高墩桥梁跨越深冲沟，桥梁全长928m，设计高程329.734～356.049m，主桥最大墩高64.5m。桥孔跨样式为（4x40+4x40+4x40+4x40+4x40+3x40）m，上部结构采用预应力砼（后张）T梁；下部结构采用柱式墩、矩形实心墩、薄壁空心墩，墩台采用桩基础；其中15#、16#、17#、18#墩高超越50m的桥墩为薄壁空心墩，4#、5#、13#、14#、19#墩为矩形实心墩，其余桥墩为柱式墩，薄壁空心墩的施工也成为本桥的施工的关键性控制工程。
1.1高墩工程概况
空心高墩为薄壁空心结构，截面为矩形，横桥向宽度7m，顺桥向宽度3m，基本壁厚0.6m。结构外角均有R300圆倒角，结构内角均为D200直倒角。桥墩最大高度为64.5m。
1.2定型模板设计
本爬架配备的模板为钢模板，模板高度4.61m，施工高度4.5m；以1.5m×4.61m模板为标准板，根据不同截面另配异模；模板面板6mm，背肋[10，通长主背肋根据需要配置；模板间与主背肋连接处采用U型连接件配合插销连接，主背筋采用通长（根据拉杆的间距采用不同规格国标槽钢），以便保证模板拼缝的平整。内模采用组合钢模板，倒角截面采用组合木模板，现场进行散拼，内模支撑梁采用角钢L100×100×10交叉斜撑，与液压爬模同步施工，拼装设计如图1。
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图1 墩身模板断面拼装设计
1.3液压自爬模系统组成
本液压自爬模总提升高度为最后64.5m，液压自爬模的动力来源是本身自带的XPM-50液压顶升系统，液压顶升系统包括液压油缸和上下换向盒，换向盒可控制提升导轨或提升架体，通过液压系统可使模板架体与导轨间形成互爬，从而使液压自爬模稳步向上爬升，液压自爬模在施工过程中无需其它起重设备，操作方便，爬升速度快，安全系数高。
单个架体主要分为：上架体、下架体、模板后移装置、模板、以及防护平台等设施。
液压自爬模体系主要分为：埋件系统、液压系统、导轨系统、支架系统、附属设施等。
其中液压系统主要有液压泵站控制台、液压油缸、同步阀、胶管、液压阀和配电装置，液压系统示意图见图3。单肢薄壁墩截面爬架拟在长边布置3个，一共布置6个。
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图2 单个爬架立面图
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图3 XPM-50液压系统示意图
二、液压自爬模体系施工工艺
液压爬模墩柱施工分为三个阶段：一阶段是爬模起步阶段。二阶段是循环提升阶段，三阶段是爬模拆除阶段。
2.1液压爬模起步阶段
墩柱起步段为3步，分三次浇筑，模板采用塔吊安装。第一节墩柱工作范围内搭设支架，布设操作平台。墩柱采用钢模（空心墩），内外侧模通过拉杆对拉加固。在墩柱混凝土浇筑前，根据模板图纸要求，预埋模板安装所需的预埋件。
第一步：搭设第一节施工脚手架，如空心墩内模板采用组合钢模板拼装，与外侧钢模板拉杆加固，预埋液压爬模预埋件，浇筑混凝土。
第二步：第一节结构完成脱模后开始安装挂板及下架体、安装围圈及平台、围圈端头拉杆、安装短边安全横梁及保险楔。
第三步：第二节结构完成脱模后安装上架体，第三节安装导轨可正常爬升。
2.2液压爬模循环提升阶段
爬模循环施工工艺：
第一步：上循环混凝土养护→焊接、绑扎钢筋→安装附墙预埋件（监理验收）。
第二步：拆模后移→安装埋件挂座→松开导轨尾撑→提升导轨入座并固定。
第三步：提升架体到指定高度→插入承重销、安全销→固定附墙撑、尾撑。
第四步：合模并校正、加固模板后浇筑第二模混凝土→安装上架体→砼浇筑后进行养护→进入下一循环。
如此往复一直浇筑到盖梁底位置即可。
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第一步 第二步
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第三步 第四步
图4 爬模施工循环示意图
2.3爬模拆除阶段
当检测混凝土达到设计的拆模标准后，即可进行爬模体系的拆除。依次拆除液压系统、内外围栏、安全网、内外平台、最后拆除提升导轨，拆除时注意分段拆除后再用塔吊吊至地面整理。
2.4爬模施工要点
2.3.1墩身泵管布置原则：从墩身第一节开始，泵管每4m布置一道附墙，除自由端接软管外，其他部位固定在墩身上，另浇筑时混凝土坍落度宜控制在180～220mm。
2.3.2爬升前的准备工作
① 检查电机是否正转、检查油箱内的油是否足够。② 要求爬升时，模板后移至砼外平面20cm位置，并做适当的固定处理。③ 每次爬升时先将体系提升2cm后停止，检查各受力点是否正常。④压力表由安装技术员调试，禁止工人私自操作。压力禁止超过7MPa，单个千斤顶负荷不得超过5吨。⑤ 要求吊杆双螺母，涂抹黄油，预埋件是否到位。⑥ 检查吊杆使用情况，吊杆一般使用高度为90米后进行更换。
2.3.3注意爬模安装质量验收，确保施工安全，验收项目如下：
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图5 工作平台示意图
2.5.4高墩爬模测量控制
（1）墩身模板放样测量，可利用十字线拉弦线吊线铊，将点过渡到模板顶后（四角纵横向各加宽50cm），检查模板尺寸，不合格重复调整直至满足规范要求为止。放样每节塔柱待浇筑混凝土面的标高。
（2）薄壁墩身的垂直度规定的允许误差值为：0.3%H且不大于20mm。模板每提升一节，对模板的位置检查一次，以控制桥墩的纵横向偏移和扭转。为了防止仪器误差导致墩身偏斜，每循环4.5m用全站仪与铅直仪校核一次，对于垂直度超出其允许误差的节段进行调整。
三、相关检算
3.1桥墩液压自爬升模板系统荷载计算：
3.1.1恒载计算：外爬架的恒载包括操作平台自重、模板自重、外架自重。外架自重和操作平台自重荷载均由软件自动加载，模板的自重按150kg/m2计算。
3.1.2临时施工荷载：爬架中包含上平台、下平台。施工临时活载均布加载在平台横梁上。
3.1.3风荷载计算：本计算选取单片爬架承担最大荷载的情况进行计算，即爬模最后一模爬升或施工的情况，架体模板离地面高度约65m。
根据《建筑结构荷载规范》（GB 50009-2012）可知，风荷载标准值按下式计算：
各参数取值如下：高度z处的阵风系数，取1.53；风荷载局部体形系数，取0.7；风压高度变化系数，取1.75；距地面10m高度处相当风速；风力等级为7时，取17.1m/s，风力等级为9时，取24.4m/s；设计基准风压；风力等级为7时，取0.18KN/m2，风力等级为9时，取0.37KN/m2。根据上式计算得7级风荷载标准值为0.34KN/m2，9级风荷载标准值为0.69KN/m2。
3.1.4三种状态下的工况计算
本计算书共进行3种工况的计算，按最不利荷载组合考虑，分别为：
（1）工况一：施工状态
荷载效应组合为：1.2×结构自重+0.9×1.4×（主平台荷载+7级风荷载）
（2）工况二：爬升状态
荷载效应组合为：1.2×结构自重+0.9×1.4×（主平台荷载+7级风荷载）
（3）工况三：停工状态
荷载效应组合为：1.2×结构自重+1.4×9级风荷载
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图6 midas计算模型及工况一下的支座反力图、应力图、变形图
采用Midas软件，用空间有限元仿真分析，对三种状态下爬模体系的模型计算。
通过分析三种工况下支座反力和组合应力，得出结论：杆件最大拉、组合拉、压应力均小于各杆件临界应力，因此满足要求。
通过分析三种工况下爬模的变形图得出结论：各况下最大竖向变形为3.9mm，最大横向变形为8.6mm，均小于最大变形临界值，满足要求。
3.2系统局部承载构件的验算：
3.2.1预埋件承载力验算
每个挂卡位置设置两根预埋件。从工况一、工况三可知，最大受力状态为工况一，此时单个挂卡受竖向力N=70.6KN，水平力28.8KN。单根预埋件受力受竖向力N=35.3KN，水平力14.4KN，预埋件为40Cr处理钢棒，直径D=60~40mm，设计抗弯强度250MPa。根据计算，预埋件的最大应力为146.9MPa，小于其设计抗弯强度，满足要求。（图7）
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图7 预埋件应力图1（单位：N/mm2）
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图8 桁架应力图（单位：N/mm2）
3.2.2导轨验算
（1）无缝钢管导轨刚度验算
导轨强度验算时取最不利工况进行验算，无缝钢管导轨只受竖向力，最大竖向反力为70.6kN。钢管外径48mm，厚度6mm。钢管截面积A=π×（D2/4-d2/4）=791.68mm2。钢管应力：F=70.6×1000/791.68 N/mm2=102.2 N/mm2＜[f] =215 N/mm2，承载力满足要求。
（2）挂点计算
从上述计算中得到，上支点最大反力为施工工况，F=70.6kN，单点设置30x30mm方形钢销，钢销剪应力：钢销双剪，τ=70600/（2x30x30）=39.2MPa<120MPa；销孔承压：70600/（2x30x30）=39.2MPa <205MPa，满足要求。
3.2.3围圈桁架连接螺栓抗剪验算
围圈桁架与下架体横梁连接处的最大剪力为20.9KN，由4颗M20螺栓共同承担。单个高强螺栓承受剪力5.3KN。单个高强螺栓抗剪承载力设计值Nbv=0.9nfμP=0.9x2x0.3x155=83.7KN＞5.3KN，满足要求。
3.2.4围圈桁架验算
围圈桁架截面由两根14b槽钢组成，两面爬架之间设置4组25mm精轧螺纹钢对拉杆。围圈桁架最大应力出现在其与上横梁连接处，最大应力为66.3MPa，满足规范要求。单侧共两根对拉杆的最大拉力为52.5KN，其最大应力σ=N/A=26250/490.6=53.5MPa<f=785MPa，满足要求。（图8）
四、结束语
通过对该高墩桥工程15#～18#墩高空心墩柱成品效果的检查，混凝土表面平整，无明显色差，墩身线型控制良好。采用此工艺既极大提高了工作效率又更降低了施工成本，同时提高了高墩施工可操作的安全性，更受到了参见各方的高度评价。此种液压自爬模的施工工艺及经验可为今后类似工程的施工提供参考。
参考文献：
[1]韩静秋、关于液压爬模技术在建筑工程中的运用.科学与财富，2010
[2]底晓慧、桥梁墩高滑膜与爬模施工工艺研究与运用.交通世界，2015
[3]江正荣、《建筑施工计算手册》（第四版）
[4]《公路工程质量检验评定标准》（JTG F80/1-2017）