论步履式爬模系统对桥梁高墩施工的影响

杨鸿鹄 李德胜 卢卫平

摘要：高速公路建设是贵州省进几年飞速发展的重要因素之一，高速公路中桥梁、隧道施工技术也在飞速进步，其中贵州省交通运输厅科研项目“桥梁高墩步履式爬升模板技术”经过设计、实施与实际应用，取得了显著成果，给山区桥梁施工提供了新型施工工艺。在高墩施工中引入步履式爬模系统技术，不断改进和创新，保障桥梁工程的施工安全并加快施工进度。

Abstract： Expressway construction is one of the important factors for the rapid development of Guizhou in several years. The construction technology of bridges and tunnels in the expressway is also advancing rapidly. Among them， the research project "Bridge High Pier Walking Climbing Template Technology" of Guizhou Province Transportation Research Project Department has made remarkable achievements through the design， implementation and practical application and provided new construction technologies for bridge construction in mountain areas. In the construction of high piers， the introduction of walking climbing moulding system technology can ensure the construction safety of bridge projects and accelerate the construction progress.

关键词：施工工艺创新；施工安全；施工质量；施工进度

Key words： construction process innovation；construction safety；construction quality；construction progress

中图分类号：U445 文献标识码：A 文章编号：1006-4311（2018）12-0097-04

0 引言

近几年，全国交通建设发展很快，高速公路建设迅猛，其中山区高速公路的修建，由于桥梁隧道所占比例较大，高墩桥梁是普遍存在的。而在山区，桥梁的高墩是建设单位始终中面临的难题，地形陡峻，重型设备难以到达或者投入的设备数量与墩柱的体量不匹配，特别是起吊设备，通常需要配置塔吊才能完成材料的竖向提升，因此造成施工速度缓慢或者成本较高。因此一种安全可靠、高效快速、无需大型起重设备的施工工艺成为建设各方的一种需求。

1 桥梁高墩施工传统施工工艺

1.1 爬模施工

爬模主要有液压自爬模及塔吊提升爬模，但通常以液压自爬模为主要形式，爬模施工是由爬升模板、爬架和爬升设备三部分组成的模板体系，是桥梁高墩和筒体体系等高耸结构的一种有效的工具，在桥梁高墩施工较为常见。

液压爬模具备自爬的能力，因此不需起重机械的辅助爬升，这减少了施工中运输机械的吊运工作量，且爬升过程相对平稳，人员在相对封闭的环境中作业，较为安全，但材料的吊运仍然需要起重机械，设备占用率较高；混凝土在浇筑一模后，需待混凝土强度达到约20MPa，满足混凝土能够给爬锥提供足够的锚固力，方可爬升至下一模。因此施工速度相对缓慢，一般需4-6天才能浇筑1模或每天1-1.5m。

1.2 翻模施工

翻模施工技术在桥梁高墩施工中是指将墩柱模板在高度方向上分为多节段（一般可为3段），混凝土浇筑达到一定强度后，将底部节段模板脱模拆下后上翻安装至顶部，循环浇筑混凝土，直至墩柱施工完毕。

翻模不具备自爬的能力，因此需起重机械配合人工进行安装和拆卸，这增加了施工中运输机械的吊运工作量和施工的安全风险，因此现在在高墩（h>60m）施工中逐渐被淘汰，在普通高度的墩柱施工还普遍存在；翻模施工涉及到高空作业的各种危险因素，也是施工中重点控制的风险因素；同时翻模施工队塔吊的占用率是比较高的，这造成塔吊的施工负荷较重，影响到施工的进度，在通常的情况下每天0.7m/天。

1.3 滑模施工

滑模工程技术在高墩施工中，采用一边绑扎钢筋及浇筑混凝土，在混凝土具有一定强度时，一边缓慢提升模板，模板在刚浇筑混凝土表面相对滑动的一种施工技术。

滑模施工具备自爬能力，无需起重机械吊运模板，爬升过程相对平稳，由于滑模施工采用边浇筑边提升模板，施工速度很快，可达每天4m，但由于模板与刚浇筑且尚未完全凝固的混凝土表面存在相对滑动，对墩柱表面的混凝土存在一定的扰动，混凝土外观质量相对较差，同时由于滑升的时机完全由施工人员的经验控制，人为因素控制较多，墩柱混凝土的品质存在差异；没有精确的滑升定位和调校系统，在滑升过程中容易出现模板歪斜，对墩柱的垂直度造成一定的影响。

2 桥梁高墩新型施工步履式爬模主要施工创新之处

2.1 解决墩柱施工中的工作效率、混凝土品质和施工投入之间的冲突

从上述的3种模板的优缺点分析中，可以看出，工作效率、混凝土品质、施工投入之间存在相互的冲突，液压爬模，工作效率适中，混凝土品质能够得到保证，但施工投入较大，需要专门的起吊设备来满足材料的竖向运输；翻模施工，混凝土的品质较好，但对大型起吊设备的依赖性较大，因此成本偏高，工作效率低下，且工作效率低下；滑模施工，施工投入较低，且工作效率高，但對混凝土的品质会造成一定的影响；我们旨在开发出一种模板系统，既能满足混凝土的品质要求，同时提高工作效率和减小施工投入。BLM-J步履式模板系统施工方法是在传统的施工方法基础上进行技术创新，在高墩施工效率、施工成本、安全系数、桥墩外观质量等方面优于传统的施工方法。传统的滑模施工方法施工速度快，约3m/天，但是桥墩外观质量差，人工成本高；而爬模和翻模施工方法桥墩外观质量好，但施工速度慢，约1m/天，而且安全性一般，设备成本和人工成本高。BLM-J步履式模板系统施工方法的优点是混凝土达到初凝时便可提模，可连续不断的浇筑混凝土，在高墩施工速度方面有显著提高。BLM-J步履式模板系统最快施工速度可达到4m/天，模板提升和顶升同步精度≤±3mm。在整个提模过程中，模架内衬板相对现浇筑的混凝土表面保持静止不动，从而保证桥墩外观质量。BLM-J步履式模板系统机械自动化高，施工安全性好，相对于传统的施工方法，设备成本低。

2.2 设备材料的竖向提升

对于液压爬模和翻模施工，都需要投入大型的起重设备，满足材料和设备的竖向运输问题，滑模施工在提升架上设置有简易的提升装置，但其结构简单，提升效率低，存在安全风险。

2.3 降低安全风险

采用全封闭的围护系统，将整个施工作业面进行围护封闭，使作业人员有一个安全的作业环境。

3 桥梁高墩新型施工步履式爬模具体内容及实施方案

3.1 桥梁高墩步履式液压提升模板仿真分析

根据实际墩柱施工过程中的各种工况，如混凝土浇筑、模板的提升、材料的提升、施工荷载、风载等，采用ANSYS或者MIDAS等有限元让软件进行空间分析，确保结构或者各构件的可靠性。

3.2 桥梁高墩步履式液压提升模板研制

根据分析的结果对结构进行优化，使模板系统更合理、更安全、更高效，同时根据模板的各种要求，配置可靠的液压、起重提升、红外线激光纠偏系统等设备，制备出一套满足高墩施工，且具有小型化、智能化、自提升、高效快捷的模板系统。

3.3 桥梁高墩实施方案

3.3.1 市场调研，确立研发思路

通过广泛的市场调研，結合已有成型的其他模板体系，总结各种模板体系的优缺点，根据墩身混凝土的浇筑的各种形态，确立新的模板体系的提升系统和爬升方式、模板架立方式、起吊设备的选型以及相关的配套设施。

3.3.2 多方论证，确定结构方案

根据市场调研的情况，确立整个模板系统的结构方案，初步如下：

模板提升工作原理：

①：上层模板打开；

②：上层外模板顶升；

③：下层外模板提升后闭合；

④：上层外模板闭合，下层外模架打开。

4 桥梁高墩步履式液压提升模板使用

4.1 工作准备

①步履式模板在出场前对爬升使用的液压系统全面进行检查，并对操作仪器压力表进行标定，对液压提升系统进行试验，确保液压系统可有效用转。

②步履式模板进场后需要场地内进行试拼，全面检查步履式模板各系统杆件等是否齐全。

4.2 实体施工应用

①进行墩柱施工第一模混凝土时，在墩柱四角位置预埋各埋置1根直径5cm钢管，作为步履式模板提升连接架主要爬升轨道，钢管预埋位置必须严格按照连接架尺寸准确预埋，否则将影响整个连接架安装。

②步履式模板拼装完成后，首先将模板操作平台及上下通道安全防护设施施工完毕，保障作业人员安全，体现与翻模施工区别。

③模板爬升注意事项：模板安装完成，立即进行钢筋绑扎，钢筋验收后即开始混凝土浇筑，混凝土浇筑高度达到模板高度并初凝后时，立即进行模板提升，首先提升上外模架，在提升上外模架时必须将模架外侧液压收紧，保障外模架与模板松动，才能顺利将上模架提升，上外模架顶升采用上下外模架之间安装的液压系统做顶升，顶升到位后立即组织人员安装内衬模板。

上外模架提升到位后，采用液压装置将外模架与模板顶合紧密，开始提升下外模架，在提升下外模架时必须将模架外侧液压收紧，保障外模架与模板松动，采用提升架同时提升下外模架与内模系统，提升前上下模架直接液压系统必须进行回油处理，否则会造成液压系统损坏。

下模架及内模提升到位后，采用液压系统将外模架与模板顶贴紧密即开始下一模混凝土浇筑，混凝土施工严格按照工艺流程控制，在进行混凝土施工过程中可进行钢筋绑扎，在实际施工中混凝土浇筑速度如表1。

外观质量控制方面，通过完成实体工程外观质量检查，混凝土外观质量总体可控，可达到采用液压爬模施工质量，且在模板顶升后无需花费人工进行混凝土表面修饰处理。（图17）

5 桥梁高墩步履式液压提升模板施工经济技术指标状况

采用液压爬模施工方法进行墩柱施工，从施工进度、成本、质量安全管理方面实现成果如下：

5.1 施工成本对比，单位：元/m3（表2）

5.2 施工进度比较（表3）

5.3 安全质量方面

在实际应用中，步履式模板提升简单，外操作架相对静止滑动，且上下通道一次成型，实现了将高空作业向平地作业的转变。质量方面，通过浇筑完成实体混凝土外观质量检查，混凝土外观质量可得到有效控制，合格率满足要求。

6 桥梁高墩步履式液压提升模板施工工艺取得成果

①自提升步履式模板模施工方法，是在爬模、滑模及翻模几种模板施工工艺上进行改进，无需等待混凝土形成强度便可拆模，高墩施工进度得到显著提高；

②模架提升过程中，外模板采用步履方式固定内衬模，可确保内衬模静止不动，可得到很好的外观质量；

③自提升步履式模板模施工方法，在上一节混凝土没有凝固之前浇筑下一节混凝土，桥墩无接缝；

④在模板施工装置中加入垂直吊装系统，最大程度地减少其他吊车配合施工，高墩建设的施工成本大幅度降低。

7 结束语

通过上述对桥梁高墩工程步履式爬模系统施工新工艺的介绍，我们可以发现，面对复杂的施工问题，只要灵活的变通处理方法就能够达到预期以外的良好效果。其实，所有的工程项目施工均遵循这个规律，同时，桥梁施工新工艺的应用和发展，为其他相关施工工艺提供了借鉴的机会，使得工程施工整体能够不断的引进新工艺、创新新工 艺，从而实现行业的整体发展。

参考文献：

[1]公路工程质量检验评定标准[S].

[2]公路桥涵施工技术规范[S].

[3]桥涵施工专项技术手册[S].