桥梁高墩施工中爬模技术的应用分析

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  中铁十局集团有限公司城市轨道交通工程分公司
  摘要:本文主要针对桥梁高墩施工中爬模技术的应用展开了分析,通过结合具体的工程实例,对模板工艺选择、液压爬模系统的组成等九个方面的要点作了详细的阐述,以期能为爬模技术更好的应用提供帮助。
  关键词:爬模技术;桥梁高墩施工;应用
  所谓的爬模技术,是指应用爬升模板进行施工的一种技术,合理的运用爬模技术能减少起重机械数量、加快施工速度,在桥梁高墩的施工中有着广泛应用。为了进一步促进爬模技术在桥梁高墩施工中的发展应用,我们就需要在施工过程中采取有效措施保障爬模技术的施工,并解决施工过程遇到的间题。
  1 工程概况
  某桥全长862米。全桥孔跨布置4×50米简支T梁+1×39米简支T梁+(120+230+120)米连续刚构+3×39米简支T梁+1×20米现浇箱梁。主桥为大跨度高墩结构,6号主墩为75米、7号主墩为82米的空心薄壁高桥墩,墩身截面尺寸为纵桥向10米、横桥向8.55米,墩顶和墩底各15米,墩身内侧为漏斗形,壁厚由2.5米渐变至隔板处1.5米,中间标准段壁厚为1.5米。主墩C40混凝土14899.5平方米,钢筋2283吨,其他钢材290.8吨。
  2 主墩模板工艺选择
  本工程工期紧任务重,前期桩基及承台施工受金沙江洪水影响较大,而后期连续刚构的挂篮施工时间又相对固定,因此徵身施工时长对整个工程的工期控制至关重要。由于墩身较高、施工安全保证、混凝土浇筑质量、高墩界面尺寸及轴线偏位的控制等方面又有较高的要求。所以,模板施工工艺选择极为关键。综合考虑到工程安全、工程质量、施工进度、成本费用等问题,对于目前工程上常用的大面积组合模板翻模施工,拼装和拆卸较为麻烦和费时,并且施工质量不易控制,故不宜采用。经过对桥墩的特点和要求进行充分研究,决定外模采用定型液压爬升模板系统,内模采用大块组合钢模板、倒角等异型部位模板由项目部自行加工。
  3 液压爬模系统的组成
  爬模系统由液压爬升体系、钢模板体系和工作平台体系组成,如图1所示。该系统每节混凝土浇筑高度为4.5m。
  图1 液压自爬模装配图
  (1)液压爬升体系:包括千斤顶、油栗、锥形套、爬轨悬挂件、爬轨、自锁液压提升杆和专用预埋螺母板,后者为所有模板系统的支撑着力处。
  (2)钢模板体系:分外模和内模。
  外模由钢模板、调节支撑杆,滑动平车组成,外模面板为6mm钢板,次背肋用L100×63×8不等边角钢(用于墩身时竖向,用于箱梁时纵向),主背肋用2×12槽钢;外模由2.5m×5.1m模板及转角模组成,内模按标准段配制,非标准段工地结合内模自备材料散拆散装,内模标准板墩身使用后用于箱梁。
  (3)工作平台体系工作平台共分5层,两个上部工作平台、一个主工作平台、两个下部工作平台。主工作平台用于调节和支立外侧模,2号、1号平台用于绑扎钢筋和浇筑混凝土,一1号平台用于爬升操作,一2号平台用于预应力施工,包括穿束、张拉、压浆、封锚。
  4 液压爬模施工基本工作原理及工艺流程
  (1)工作原理
  爬架和导轨互为支撑、相互顶升,模板随爬架就位,并依靠爬架进行操作。即导轨依靠附在爬架上的液压油缸进行提升,到位后固定于已经浇好混凝土段的预埋件上,并与上部爬架悬挂件连接,爬架与模板系统通过顶升液压油缸沿着导轨进行爬升定位,形成墩柱各节段施工工序循环。
  (2)工艺流程
  液压爬模总体施工工艺流程见图2。
  图2 液压爬模总体施工工艺流程图
  5 爬模系统安装及应用
  5.1 爬模系统安装
  (1)模板拼装
  爬模可利用单构件直接在起步段上拼装,也可在地面上拼装成几组大件,然后在起步段上进行组拼。组装过程中,应注意各大部件的精度要求和组装顺序,确保各连接件的紧固、各运动部位的润滑防尘效果良好。模板拼装前,在4个侧模的上下面标记出模板中心点,就位时使模板中心线与墩柱中轴线对齐,模板接缝处贴海绵条平顺封闭处理。在模板上放出对拉拉杆位置并钻孔,孔壁内涂刷油漆。起步段模板用塔吊分块起吊安裝,模板拼装高度为4.6m。
  (2)爬架安装
  爬架安装的一般顺序为:主工作平台(0号)→下部1号(一1)平台→下部2号(一2)平台→上部1号(+1)平台→上部2号(+2)平台。
  架体安装的主要方法为:先将0号与一1号平台搭设完成并连成整体,将其悬挂在墩柱墙面上的预埋件上;其余平台可以利用这两个平台为工作面进行搭设;也可以先组拼好再用塔吊整体吊装。
  架体安装的关键构件就是0号平台的挂设,施工要点如下(图3):
  用轴销将爬架头与爬架进行连接;将悬挂靴固定在混凝土结构面上;安装嵌人式挂靴,并将其锁定;将悬挂销插人嵌人式挂靴,旋转固定到位;用吊车将已预拼好的爬架系统悬挂在嵌入式挂靴的悬挂销上;插人安全销,将爬架锁紧在嵌入式挂靴上。调节承压丝杆,调节爬架与结构物之间的垂直度,直至设计位置。
  图3 主平台悬挂点示意图
  5.2 液压系统的安装与调试
  液压系统的安装调试程序为:将液压动力柜布置固定在爬架设计位置—安装主管—安装分支器—在分支器上接分支管—液压油缸安装并与分支管连接—接通电源一按操作规程进行液压系统调试。
  5.3 预埋件埋设及导轨安装
  预埋件严格安装模板设计图纸所示位置进行埋设,由于预埋件系统是整个爬架的受力支撑点,一定要认真检查是否上好上正,必须确保构件的可靠性。当发现有移动变位现象要立即纠正。
  5.4爬模系统的操作和使用
  当新浇节段混凝土的强度到达爬升要求值(一般不小于1OMPa,本工程控制为不小于15MPa)时,即可导轨爬升,导轨爬升的主要步骤及要点为:   (1)导轨爬升准备
  安装上部爬升悬挂件;清洁爬升导轨,导轨表面涂上润滑油;液压油缸上、下顶升弹簧装置方向一致向上;将所有的承压丝杆顶紧混凝土面。
  经确认爬升条件具备后,打开液压油缸的进油阀门、启动液压控制柜,拆除导轨顶部楔形插销,开始导轨的爬升。当液压油缸完成一个行程的顶升后,经确认其上、下顶升装置到位后,再开始下一个行程的顶升。
  当导轨顶升到位后,按从右往左插上爬升导轨顶部楔形插销,以确保插销锁定装置到位。下降导轨使顶部楔形插销与悬挂件完全接触。
  导轨爬升完成后,关闭油缸进油阀门、关闭控制柜、切断电源。
  (2)爬架架体及模板的爬升
  导轨爬升到位后,方可进行爬架架体及模板的爬升,其爬升的主要步骤及要点为:
  清理爬架上荷载;改变液压油缸上下顶升弹簧装置状态,使其一致向下;解除墩柱与爬架的连接件;松开承压丝杆,取下锁紧板,后退承压丝杆;完成前节段混凝土螺栓孔修补。
  经确认爬升条件具备后,打开液压油缸的进油阀门,启动液压控制柜,拔去安全插销,开始爬架架体的爬升。当爬升两三个行程后,拔除悬挂插销。当爬架架体顶升到位后,及时插上悬挂插销及安全插销,调节承压丝杆顶紧混凝土面。关闭油缸进油阀门,关闭控制柜,切断电源。整体提升过程中,派专人检查爬升是否同步平稳或有异常情况。
  (3)模板脱模和就位
  脱模时,先解除所有的连接和固定装置,然后利用设置在模板肋带与爬架之间的传动装置将模板缓慢脱开。
  模板就位:用液压杆将模板架顶回并校正,测量调整和定位后,进行本节段混凝土的浇筑。
  (4)爬模系统爬升检查
  在墩身施工中,每次液压爬模系统的轨道、爬架爬升前和爬升过程中以及爬升到位后,都应进行严格而细致的检查,在确定该步操作完全符合规程或要求时,才能进行下一步的操作。其主要检查内容包括:混凝土强度是否满足爬升要求;预埋锚锥是否精确到位;爬升悬挂件的安装、高强螺栓的紧固是否到位;限位销是否固定住锚靴;爬架是否与混凝土还有连接;自锁提升件的换向开关是否回归到位;液压系统各部件和控制系统技术状况是否处于良好状态等。
  5.5 液压爬模系统的维护
  (1)爬架及液压系统系统维护
  产品抵达工地后,爬架系统(包括爬架头、提升装置、支撑装置和所有的液压部件)必须合理储存,尽可能避免天气对其造成损坏。
  爬升前,检查提升机构、液压油缸和液压软管是否有损坏现象;检查爬架头、提升机构是否干净(没有混凝土渣、钢筋和杂物等)以保证设备运行正常。
  对于提升装置转换杆、爬架悬挂处导轨、支撑結构上的承压丝杆和滚轮、液压千斤顶上的铰接头等运动部件,特别注意经常上润滑油。
  (2)模板系统的维修、保养
  模板表面应避免重物碰撞和敲击,严禁用尖利的硬物刮刻模板表面。
  模板面板在储存时,要避免暴晒雨淋。切割和钻孔后用防水油漆封边。
  施工完一个节段后,及时清理模板表面。
  发现模板表面有损伤时,及时进行修补。
  吊运模板时注意不能碰坏模板,特别是板面。
  6 液压爬模施工的质量与安全控制
  (1)建立健全完善的质量安全管理体系;
  (2)做好施工技术和安全技术交底工作;
  (3)严格按照操作规程进行导轨和爬架的爬升;
  (4)爬模作业按前述工艺和程序组织分工,安排专业施工班组,做到定岗、定位、定责;
  (5)技术人员按照规范及设计要求对施工全过程进行控制,安全部门派专人检查提升过程中的各项安全措施。
  7 液压爬模的特点及与常规滑模、翻模施工的比较
  液压爬模是当前较为先进的施工方法,它集工作平台、支架、模板、提升设备为一体,无须塔吊辅助而只靠自身液压传动系统进行爬升。其施工效率高、安全有保障,虽然前期施工设备一次性投人可能比传统施工工艺略高,但在降低工人作业强度,减少其他辅助设施、增加工程进度方面效果显著。
  液压爬模的主要优点包括:爬架结构轻巧简便,提升系统操作方便,分体拆装,减少模板上下起吊组装作业,吊装方便,施工安全可靠。一次完整的爬升过程仅需要3?4h,可大大加快施工进度,并且不依赖外部设备的辅助。其导轨和爬升架都是固定在预先预埋在前一节墩柱的预埋件上,模板架的液压微调系统可以很精确地校中,中线及墩身线形易控制,施工精度更易达到。利用多层支架平台,可提供数个工作面,同时为钢筋制安、预应力张拉和柱面装饰提供了工作平台,从而缩短工期a省掉了施工承重支架,大大简化了施工脚手架,节省了成本和时间;爬架模板随墩柱各节段混凝土浇筑交替提升,简化了施工程序,形成了循环作业,使施工进度加快。
  (1)液压爬模与翻模相比,模板就位更容易、更可靠、更好控制;减少了施工缝,外观质量更好;自身不需要借助外力(塔吊等)就能爬升,减少机械使用量;模板提升速度快并节省劳动力。
  (2)液压爬模与滑模板相比,保留了滑模自身不用脚手架的优点,但不像滑模那样必须连续作业及需要大型专用起重设备,从而使施工更安全,墩身线形也容易控制,并且减少了受力钢材用量。
  8 施工过程中的几个问题
  (1)模板变形的处理。爬模模板一次拼装成型后,随着使用时间过长、次数过多,容易从模板中间和倒角相邻处产生变形,影响墩柱截面尺寸及外观。本工程采用增加背方以增强模板整体刚度、用精轧螺纹钢代替普通圆钢作为对拉拉杆及连接螺栓、必要时加密等方式,较好地预防和控制了这一问题。
  (2)爬模施工上下节段施工缝的处理。施工缝处理得当与否,严重影响墩柱的质量和外观,除做好常规的凿毛、清渣等措施外,本工程在爬模爬升时,爬模扣住已浇节段不小于5cm,并尽量与混凝土接触密实,局部细小缝隙采用贴双面胶、海绵条、泡沫胶等方式进行填充找平,浇完模板后移后,如有瑕疵应及时修饰。通过努力,使节段间连接光滑平顺。
  (3)高墩位混凝土养护一直是个难点,本工程利用爬架平台布置φ20镀锌钢管作为养护水管,水管间隔50cm钻φ5孔,布置上下两层。在平台固定地方放置水箱与水管连接,通水后以喷灌方式对混凝土进行养护。与传统人工洒水养护相比,方便高效连续,混凝土无开裂现象。
  9结语
  综上所述,爬模是当前高桥墩较为理想的模架,它集工作平台、支架、模板、提升设备为一体,具有着能升、能降和施工循环周期短的优点。在桥梁高墩的施工中,合理有效的运用爬模技术,可以为工程施工带来极大的益处,相信经过不断的完善,爬模技术会有更广泛的应用。
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