3、墩身爬模施工工艺工法

墩身爬模施工工艺工法（QB/ZTYJGYGF-QL-0403-2011）桥梁工程有限公司罗孝德静国锋1 前言1.1 工艺工法概况液压自爬模是现浇高耸钢筋混凝土结构的一项较为先进的施工工艺。

它包括预埋件系统、模板系统、爬架系统及动力爬升系统四部分。

在施工中由于模板及爬架系统的提升动力不同引起施工操作的变化。

常见的有：液压式、牛腿顶升式及模板和爬架互为依托交替爬升等多种形式。

1.2 工艺原理把已浇筑的混凝土墩阶段为承力主体，以预埋爬锥为支撑点、液压顶升系统为动力，推动爬架及模板系统交替上升。

随着模板内不断浇筑混凝土和绑扎钢筋,动力系统不断提升模板系统来完成墩身的混凝土施工。

2 工艺工法特点2.1 结构简单，加工方便，制造成本低。

2.2 爬架刚度大，工作平台稳定、可靠，不易发生扭转，墩身线形易于控制。

2.3 液压提升系统自动化程度高，操作简便，施工速度快，劳动强度低。

2.4 与内爬式翻升钢模板系统相比，本工法无须在墩身内预埋支承杆件或套管，解决了套管或顶杆与混凝土粘连的施工难题，简化了施工工艺，省工、省料，提高了经济效益。

2.5 模板附有吊架及全封闭安全网，施工安全可靠。

3 适用范围本工法适用于铁路和公路桥梁不同形式、不同坡率及变坡高墩施工。

也可用于水塔、烟囱等高耸构筑物的施工。

4 主要技术标准《公路桥涵施工技术规范》（JTJ041）《公路斜拉桥设计规范》（JTJ027）《公路桥涵钢结构及木结构设计规范》（JTJ025）《钢结构工程施工质量验收规范》（GB50205）《公路工程质量检验评定标准》（JTGB80-1）《铁路桥涵施工规范》（TB 10203）《铁路桥涵工程施工质量验收标准》（TB 10415）5 施工方法将工作平台经爬架装置支承于墩身模板上，并用穿心式千斤顶将其提升至一定高度(一般为一节模板高度)。

平台上悬挂吊架，在吊架上进行模板的拆卸、提升、安装及钢筋绑扎等作业。

混凝土的灌注、捣固、吊架移动及中线控制等作业则在工作平台上进行。

对空心高墩，模板采用的是大块钢模板或小块钢模板组拼成的大块模板，内模采用小块定型钢模和木模组拼，内外模加固，采用内撑外拉。

通过在已浇节段混凝土的预留件（或预留孔）安装托架来锁定模板下端，利用模板爬架动力提升模板，实现墩身混凝土的逐节浇筑。

6 工艺流程及操作要点6.1 施工工艺流程空心高墩爬模施工工艺流程见图1。

图1 墩身爬模施工工艺流程图6.2 操作要点6.2.1 模板工程爬模施工工艺外模采用的是大块钢模板或小块钢模板组拼成的大块模板，内模采用小块定型钢模和木模组拼，内外模加固，采用内撑外拉。

通过在已浇节段混凝土的预留件（或预留孔）安装托架来锁定模板下端，利用模板爬架动力提升模板。

1 模板设计。

1）外模设计。

（1）空心墩墩柱施工采用内部振捣器振捣时，主要受新浇混凝土对它的侧压力、冲击力，模板设计时所采用的荷载设计值，应取荷载标准值分别乘以相应的荷载分项系数γ1（见表1），然后组合而得。

表1 荷载分项系数γ1取值a.新浇注混凝土作用于模板的最大侧压力按式（1）和式（2）计算，并取二式中的较小值：1/2012=0.22c F t γββυ （1）=c F H γ （2）式中 F ——新浇注混凝土对模板的最大侧压力（kN/㎡）γc——混凝土的重力密度（kN/m ³）0t ——新浇混凝土的初凝时间（h ），可按实测确定。

当缺乏资料时，可采用t=200/（T+15）。

T ——混凝土的温度（°）ν——混凝土的浇注速度（m/h ）H ——混凝土侧压力计算位置至新浇混凝土顶面的总高度（m ）1β——外加剂影响修正系数，不掺外加剂时取1.0；掺具有缓凝作用的外加剂时取1.22β——混凝土坍落度影响修正系数，当坍落度小于30mm 时，取0.85；50～90mm 时，取1.0；110～150mm 时，取1.15。

b.混凝土下料对模板的冲击力，按表2《倾倒混凝土时产生的水平荷载》采用。

表2 倾倒混凝土时产生的水平荷载（2）模板主要是由钢面板、槽钢或角钢纵肋、两根槽钢组合的横肋和穿墙拉杆等组成，其结构如图2。

图2 模板构造图模板按照五跨连续梁计算，模板承受弯距值和挠度值需要的厚度按式（3）、（4）、（5）、（6）计算，取二者最小值。

按弯矩需要的厚度按下式计算：（3）整理得（4）按挠度需要的厚度按下式计算：（5）整理得（6）式中 M ——模板承受的弯距（N·mm）；q ——模型所承受的设计线荷载（N/mm ）；1l ——肋的间距（mm ）；b ——模板的宽度（mm ）；h ——模板的厚度（mm ）；E ——模板的弹性模量；I ——模板截面惯性距，312I bh =；m f ——模板的强度设计值（N/mm2）。

（3）肋条纵或背楞检算。

纵肋为模板的支承，其间距1l 由侧模板刚度来控制，纵肋由横肋来支撑，按两跨连续梁计算，其挠度按式（7）、（8）计算。

[]4122/100/500f t w K q l E I w l =≤= （7）整理得()1/321/4t f l E I K q = （8）式中 2l ——横肋间距（mm ）；ω——模板挠度（mm ）；[ω]——模板容许挠度l2/500 ；E t ——槽钢弹性模量；I ——模板截面得惯性距，I ＝1/12bh 3；b ——模板宽度（mm ）；h ——模板厚度（mm ）；w K ——系数，两跨连续梁，K W ＝0.521；1q ——侧压力线荷载。

（4）横肋的截面选择如图3所示（可根据各自墩身截面另行设计）：图3 横肋长短边计算简图对于长边，假定设置钢拉杆，则按悬臂简支梁计算，对于短边，不设钢拉杆，则按简支梁计算()22max 114/8M q d λ=- （9）横肋长边需要的截面抵抗距()22max 1/4/508m W M f d a q l ==- （10）对于短边按简支梁计算，其最大弯距按下式计算：()max 22/8M q cl η=-（11）横肋短边需要的截面抵抗距：()max 2/2/508m W M f l c q c l ==-（12）式中 max M ——横肋长、短边最大弯距（N·mm）；d ——长边跨中长度（mm ）；λ——悬臂部分长度a 与跨中长度d 的比值，即λ＝a/d ；1q ——作用于长边的线荷载（N/mm ）；q2——作用于短边的线荷载（N/mm ）；c ——短边线荷载分布长度（mm ）；l ——短边计算长度（mm ）；η——c 与l 的比值，即/c l η=；1W 、2W ——横肋长、短边截面抵抗距（mm3）；m f ——槽钢抗弯强度。

（5）拉紧螺栓的选用。

横肋多采用双根槽钢组合成“工”字形，拉紧螺栓从两槽钢之间穿过，配合垫板利用螺母拉紧。

螺栓受的拉力N ，等于横肋处的反力。

拉紧螺栓的拉力N 和需要的截面积按下式计算：31/2N q l =（13）()031//2170tb A N f q l ==⨯ （14）式中 3q ——作用于横肋上的线荷载（N/mm ）；1l ——横肋的计算长度（mm ）；0A ——螺栓需要的截面面积（mm ）；tb f ——螺栓抗拉强度计算值，采用Q235钢，f ＝170MPa 。

2）内模设计。

一般采用小块定型钢模板和模板组拼，由枋木或钢管作内支撑杆、并设横向支撑加固模板。

竖向倒角连接处应有一侧为锐角，便于脱模。

按侧模进行相应检算。

3）爬架设计。

爬模施工爬架根据爬升动力不同主要有三大类：液压式爬模、牛腿顶升爬模、托架定位提升爬模（通过架空索道、塔吊、手动葫芦等提升模板）。

（1）液压式爬模。

液压式爬模采用内爬外挂、分离模板、整体双臂双吊钩塔吊、液压爬升式爬模，主要由网架工作平台、中心塔吊、L 形支架、内外套架、内爬支脚机构、液压顶升机构和模板体系组成。

如图4所示。

图4 液压式爬模结构示意图工艺原理：以空心墩已凝固的混凝土墩壁为承力主体，以内爬支脚机构的上下爬架及液压顶升油缸为爬升设备，通过油缸活塞与缸体间一个固定一个上升，上下爬架间也是一个固定一个作相对运动，从而达到内套架交替爬升带动外套架爬升，最后形成爬模结构整体的上升。

（2）牛腿顶升爬模。

该型爬模为内架托、外挂架，由爬升架支腿、承重梁、内井架、顶面桁架网片结构、外吊架组成。

如图5所示。

工作原理：在已浇混凝土墩身内壁预埋爬窝，利用内井架底部设置的双层伸缩梁爬升架，通过螺旋千斤顶交替爬升形成整个爬架上升。

（也有不设螺旋千斤顶，在具有一定强度的新浇混凝土顶面设过梁，用链条葫芦提升。

）图5 牛腿顶升爬模（3）托架定位提升爬模，见图6。

该型爬模采用外架托、内落地井架，由爬模托架系统、外模及工作架系统、内模及内井架系统和塔吊、手动链条葫芦等动力系统组成。

图6 托架定位提升爬模工作原理：在已浇混凝土墩身外壁预埋托架锥窝，利用爬模托架支托外模，对穿拉杆锁紧内、外模板，其动力是通过塔吊或架空索道或依附钢筋笼或劲性骨架用手动链条葫芦分块提升模板和爬架上升。

4）预埋件（预留孔）设计。

在爬模设计中，主要通过预埋件或伸入预留孔的支承杆来支撑爬升架和固定模型，因此其设计至关重要。

预埋件见图7。

图7 预埋件构造图根据爬架设计，不同受力情况的预埋件计算：（1）承受剪切荷载的预埋件计算。

()112j s s sv K V A A f μ≤+ （15）式中 1K ——抗剪强度设计安全系数；j V ——用于预埋件的剪切荷载；μ——摩擦系数，μ=1；1s A 、2s A ——下部及上部钢筋截面积，当为双排锚筋时，AS1=AS2；sv f ——钢筋在混凝土中抗剪强度设计值，取0.7 fst 。

（2）承受纯弯荷载的预埋件计算。

201j s st K M h A f ≤（16）式中 2K ——抗弯强度设计安全系数；j M ——作用于预埋件的纯弯矩，M j =F l ；0h ——加荷牛腿顶点至受拉锚筋的距离；st f ——锚筋抗剪强度设计值。

（3）承受轴心受拉荷载的预埋件计算。

()()312/sin cos /j s st K F A f ααμμ≤+ （17）式中 3K ——抗剪力强度设计安全系数；j F ——作用于预埋件的拉力；s A ——总锚筋面积，为AS1+AS2；α——外力F 与预埋件的轴线夹角；1μ——系数，与α角的大小有关，当α=30°，μ1=0.9；α=45°；1μ=0.8；α=60°，2μ=0.7；2μ——摩擦系数，2μ=1。

（4）承受弯剪荷载的预埋件计算。

111221.5j s st s st K V A f A f ≤+ （18）20110.85j s st K M h A f ≤ （19）式中 1st f 、2st f ——分别为锚筋1s A 、2s A 的计算抗拉强度设计值（5）操作平台和安全设施。