爬模施工應用及關鍵控制技術

劉山

摘要：本文以河北省承秦高速第五標段（秦皇島段）為工程背景，介紹了爬摸施工的工作機理和施工流程，指出高墩爬模施工中的關鍵控制技術，可供橋梁施工時參考。

關鍵詞：爬模施工；高墩；工作原理；技術特點

引言

爬模施工技術又稱滑模施工技術，在建筑施工領域應用非常廣泛。近幾年，隨著公路橋梁中高墩越來越多，爬模施工技術在公路工程中也得到了推廣應用。與傳統的翻模施工技術相比，爬模施工技術的特點更加突出，對施工過程控制要求也更嚴格。本文以河北省承秦高速第五標段（秦皇島段）為工程背景，詳細分析了高墩爬模施工流程和關鍵技術特點。

一、工程背景

承秦高速公路是河北省高速公路網布局規劃“五縱、六橫、七條線”中的第一條，也是承德和秦皇島兩市路網規劃的重要組成部分。承秦高速第五標段（秦皇島段）位于青龍縣，周邊山勢起伏，路線跨越多道山巒、溝谷，共設計有大橋6座，其下部結構中，高達40米的空心薄壁墩數量近百座。如果采用傳統翻模施工技術，由于工程量大，無論采用平行式施工，還是流水施工，所需人、材、機數量均較大，施工周期長，工期異常緊張。鑒于這種情況，對幾個大橋空心薄壁高墩的建設最終采用了爬模施工技術。在此之前，該施工技術在河北省內尚未得到廣泛應用。

二、爬模施工工作機理

（一）模板組成。橋墩實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計[1]及主要作用如下：

1、無縫鋼管。預埋在墩身內部，與液壓千斤頂共同作用，為模板系統提供支承力。無縫鋼管的壁厚要根據液壓千斤頂的頂力大小確定。當爬升高度不斷增加時，鋼管逐漸被澆筑在墩身內部，保持外露長度固定，故不必考慮鋼管失穩問題。由于無縫鋼管埋設在墩身內部，參與結構受力，故其對截面的削弱作用也不考慮。

2、液壓千斤頂。與無縫鋼管共同作用，為模板系統提供爬升的動力。液壓千斤頂的頂力需考慮整個爬模臺自重、操作工人、技術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附屬機械自重、模板與墩身的摩阻作用、爬升速度等因素計算確定，對于空心薄壁墩，還需考慮內側爬升模板安裝或拆卸時產生的附加重力。

1、無縫鋼管

2、液壓千斤頂

3、懸臂傳力構件

4、桁架操作臺

5、吊架操作平臺

6、桁架

7、梯道

8、墩身

圖1 橋墩實心段爬模施工的模板組成示意圖

3、懸臂傳力構件。懸臂傳力構件呈倒L型，主要由豎向的傳力桿和橫向的懸臂梁兩部分構成。它負責連接整個爬升模架體系與液壓千斤頂、鋼管構成的動力系統，并將桁架的豎向荷載傳遞到液壓千斤頂，最終傳遞至無縫鋼管上。由于懸臂傳力構件受較大的彎矩作用，因此應采用抗彎剛度較大的型鋼或組合截面，其截面面積應比桁架桿件大很多。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，以使橫向懸臂梁能很好的連接液壓千斤頂與無縫鋼管且對稱受力。

4、桁架操作臺。桁架操作平臺是施工人員進行鋼筋連接、混凝土澆筑、爬升控制等工序的作業平臺，也是部分材料的臨時存放場所，并且，發電機等附屬機具也都安放在桁架操作臺上。采用在桁架上表面直接鋪設木板，并利用桁架的角鋼將其固定的形式形成一個平整的操作臺，在操作平臺外側設置縱、橫向鋼筋，形成護欄，并掛設安全防護網。在本標段的施工中，支撐操作平臺的桁架體系還設置了龍門架，以配合地面卷揚機進行混凝土的澆筑工作。

5、吊架操作平臺。吊架操作平臺采用型鋼與桁架可靠連接，平臺表面也采用木板鋪設。吊架外側也設置縱、橫向鋼筋，形成護欄，并掛設安全防護網。吊架操作平臺通常分兩層：-1層與-2層，-1層吊架操作平臺的施工人主要負責處理爬升澆筑過程中一些混凝土局部澆筑缺陷，如局部坑洼、個別外露表面不平整、通氣孔堵塞等問題，同時負責灑水養護。-2層吊架操作平臺的施工人員主要負責墩身混凝土的灑水養護，采用混凝土的原漿對墩身抹面修飾，以及養生膜的鋪貼。

6、桁架。桁架主要由橫梁與縱梁和連接桿件構成，橫梁是桁架骨架的主體部分，截面所需剛度相對較大，宜采用槽型鋼、工字鋼或組合型鋼截面。縱梁與橫梁構成桁架骨架的主體部分，截面所需剛度相對較大，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。本項目連接桿件均采用等邊角鋼。

7、梯道。施工操作人員及技術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口，并采用薄鋼板封蓋，有人上、下梯道時臨時開啟。梯道采用直徑為32mm鋼筋焊接，每節段長度約3m，掛鉤連接。

8、墩身。在空心薄壁墩的空心段爬升時，空心部分也需設置爬升模板，成為內模。由于其尺寸較小，只承受操作工人的活荷載，其形式也相對簡單，只設側向模板（鋼板）、頂層操作平臺（鋼板）、內部設勁性鋼骨架支撐，并設懸臂傳力構件、液壓千斤頂及無縫鋼管。

（二）爬膜施工的工作原理

爬模模板的桁架體系承擔桁架操作平臺、-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根懸臂傳力構件上。懸臂傳力構件與液壓千斤頂連接，利用無縫鋼管對液壓千斤頂的支承作用，產生爬升力，該爬升力成為整個爬模體系的驅動力。桁架內部與鋼板焊接，鋼板即為墩身的外側面模板，終凝前，混凝土未與鋼模板形成較強的粘結力，可近似認為只存在摩阻力。在澆筑的混凝土到達一定強度后，在液壓千斤頂爬升向上驅動力的作用下，桁架模板整體向上提升一頂程高度Δh，Δh不可過大，混凝土強度也不可過低，否則混凝土的側向位移無法有效控制。爬升同時，各操作平臺的施工人員各自進行自己的本職工作，綁扎鋼筋、澆筑混凝土、修面養生等。待下一Δh段范圍內混凝土強度滿足要求后，進行下一頂程。如此往復，使得模板不斷向上爬升。

（三）施工技術流程

1、墩身實心始發段。始發段的施工，是整個爬模施工過程的起始環節，因此尤為重要。施工前，先清理場地，然后根據模板的尺寸，放樣出爬模桁架操作臺的四個底角坐標，人工輔以吊車進行爬模桁架的組裝與定位。在檢查坐標的準確性、組裝的可靠性后，綁扎墩身與承臺連接的鋼筋，并在外模的內側鋼板刷涂脫模劑等。在爬升模架的液壓千斤頂的對應位置設置豎直無縫鋼管，并與液壓千斤頂有效連接。當一切準備工作就緒，即可進行澆筑。如無特殊情況，從開始澆筑直至整個墩身澆筑完成，其過程可連續進行，澆筑過程注意控制澆注的速度。澆筑速度應根據爬升速度確定。本標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。當始發段的澆筑高度約在1.5m范圍內時，模板不向上爬升，否則可能會因為混凝土入模的時間較短，強度增長不夠充分，爬升Δh段范圍內混凝土強度無法承擔上部混凝土對其的壓力，導致其發生較大側向變形、甚至坍塌。當始發段開始澆筑后，需在桁架橫梁、縱梁兩個方向，向下引出吊錘，并在地面對應位置標記吊錘中心。隨爬升的進行，不斷監控吊錘的平面位置偏移，以確定墩身的傾斜程度，掉線采用鋼絲線，不易斷裂，吊錘宜具有足夠的重量，不至隨風晃動。

2、墩身空心漸變段。當始發段爬升開始進行一定高度后，將進入墩身空心漸變段范圍。此時需確定墩身內部空心位置，安裝木制內模并固定，其余一切施工順序正常進行，待爬升模架爬起一定高度后，施工人員可位于地面進行修面、養護、墩身傾斜度調整等工作。隨著爬升的不斷進行，當達到一定高度后，人工輔以吊車安裝-1層吊架，而后安裝-2層吊架及掛設爬梯等。實心段及漸變段墩身高度較小時，澆筑混凝土的時候可以用吊車配合。

3、墩身空心正常段。漸變段爬升即將結束，吊裝內模，控制好內模的吊裝位置、高程。隨澆筑的進行，內、外膜高度一致時內外膜共同向上爬升。注意控制內、外膜之間的間距，間距產生偏差時，墩身的壁厚就將發生變化！由于墩身空心正常段的高度較大，采用吊車進行混凝土澆筑，施工相對較困難，本工程中采用地面卷揚機輔以龍門架、定滑輪等裝置輸送混凝土，避免了吊車澆筑高墩混凝土施工時的諸多不方便。

4、蓋梁施工及拆模。當墩身爬升高度滿足設計要求，需進行蓋梁施工時，遂進行蓋梁的鋼筋綁扎、支模等環節的施工。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。待蓋梁施工結束，利用可地面的卷揚機拆除模板，無需其他機械。

（四）施工控制關鍵點。爬模施工技術有幾個特殊的施工技術控制關鍵點，分別是爬升速度的控制、墩身垂直度的控制、墩身混凝土強度的控制以及施工過程的人身安全問題。

1、爬升速度的控制。爬升速度的控制主要參數是每次爬升的頂程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度。若其強度較低，混凝土無法承受整個桁架模板及上方混凝土的壓重，可能導致失穩坍塌。根據以往類似工程的經驗，爬升速度宜控制在每小時20cm左右，此時每次爬升后新裸露的混凝土在模板內完成初凝后約1小時，提高的強度可以滿足爬升施工的要求。因此，本工程的爬模控制速度為每10分鐘一頂程，每頂程3cm，并根據混凝土實際情況略做微調。

2、墩身垂直度[2]的控制。根據本標段的施工經驗，墩身的垂直度控制應主要從兩方面入手：

（1）控制所有液壓千斤頂在同一水平面。每30cm進行一次液壓千斤頂水平面校驗。利用連通器原理，在塑料管中灌入一定量的水，然后以一個液壓千斤頂作為基準平面，挨個調整其余千斤頂，這個方法簡單，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，即進行鉛直度的校驗。具體做法既是：在爬升未開始的時候，提前在長、寬兩個方向做好鉛直吊錘，并在地面做好吊錘中心的位置標記，隨著爬升的進行，若吊錘偏離原標記位置，則說明墩身產生傾斜，反向調節模板的水平度即可。

3、爬模施工的安全[1～2]控制。根據以往類似工程的經驗，爬模施工的安全問題主要存在以下幾方面：火災、人員跌落、、高空墜物、模架坍塌。

（1）防火措施。為避免因發生火災，導致高空作業人員無法及時逃離，本標段施工過程中盡量避免明火、火花，做到鋼筋不采用焊接，全部采用機械連接及綁扎連接。機械連接的性能指標完全能夠滿足設計要求，且施工速度快，質量均勻穩定。同時，在操作平臺上準備滿水的大桶，以防木板起火，水桶中的水同時可供混凝土的養生使用。并且，施工人員嚴禁在操作平臺上抽煙。

（2）防跌落措施。操作平臺均設置護欄和安全防護網，三層梯道的不貫通，梯道口在不使用時采用鋼板封堵，梯道外側設置安全防護網以防止攀爬時跌落。每個操作平臺配專職安全員，操作臺上人員必須系安全繩。

（3）防墜物措施

操作平臺的材料堆放僅供一次使用周轉，嚴謹利用操作臺存放材料。在大風、下雨等天氣不進行施工，定期檢查卷揚機鋼絲繩及連接部件，在橋墩下施工墜落影響范圍內安排專職人員看守，并設警示標志。施工人員必須佩戴安全帽。

（4）防模架坍塌措施

對整個爬模體系的受力構件進行準確的計算，如：桁架受力、梯道受力、懸臂傳力構件、液壓千斤頂頂力、無縫鋼管的支承力、吊架的承載力以及特殊情況下產生的模板單側受壓的極限情況，通過計算確定各構件的截面尺寸。施工中盡量防止模板單側受壓，或受壓不均勻，如臨時放料，也盡量做到均勻受力。

工程中一旦發省安全事故，造成的損失及影響都比較惡略，需特別謹慎，按照以上做法，可以有效地避免部分危脅安全的問題。

三、爬模施工的特點

空心段爬升時，內側也需設置爬升模板，由于其尺寸較小，只承受操作工人的活荷載，形式也相對簡單，只需設側向模板（鋼板）、頂層操作平臺（鋼板）、內部設勁性型鋼骨架支撐，并設懸臂傳力構件、液壓千斤頂及無縫鋼管等。

（一）爬模施工的優點

1、縮短工期，節省資源。與傳統的翻模施工相比，爬模施工進度快且節約資源。

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，從墩身開始施工到蓋梁施工結束，計算用時12～15天，實際用時15天，其中蓋梁施工時間約4～5天。拆卸的模板經簡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，周轉迅速，非常適宜流水施工。與之形成鮮明對比的左幅-15墩，采用傳統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的高墩計算施工周期約為55～65天，實際用時63天。若采用流水施工，工期之長令人不可忍受。若采用平行施工則需大量吊車或泵送機械以及人力、材料等，資源需求量過大。

2、材料均勻，外觀整潔

由于爬模施工的連續性，其混凝土由拌合站連續不間斷拌合出料，澆筑質量均勻穩定。施工人員會采用澆筑墩身混凝土的水泥原漿進行抹面修復處理，外觀更加漂亮整潔。與爬模施工相比，翻模施工由于作業的間斷性，會形成材料差異。每道模板與模板之間的縫隙會由于環境及氣候問題形成一道明顯的痕跡，美觀性較差。

（二）爬模施工的不足。與傳統的翻模施工相比，爬模施工工藝復雜、技術難點多，質量控制關鍵點須嚴格把關，稍有不慎就可能造成質量事故。由于其技術復雜性，項目的管理者須具有較高的管理水平和技術水平，在遇到問題時能夠及時妥善處理。因此，需要經驗豐富的專業化施工隊伍。

四、結語

與傳統的翻模施工相比，爬模施工工藝復雜、技術難點多，質量控制關鍵點須嚴格把關，稍有不慎就可能造成質量事故。由于其技術復雜性，項目的管理者須具有較高的管理水平和技術水平，在遇到問題時能夠及時妥善處理。因此，需要經驗豐富的專業化施工隊伍

參考文獻：

[1]JTJ 041-2000，公路橋涵施工技術規范[S].

[2]JTG F80/1-2004，公路工程質量檢驗評定標準[S].