超高層液壓爬模施工技術(shù)分析

文／龔湘軍 湖南建工集團有限公司 湖南長沙 410000

引言：

液壓模板爬升技術(shù)簡稱爬模，是機械化程度較高的作業(yè)方式之一，極大地解決了超高層建筑施工難題，此技術(shù)不需要高層塔吊，僅依靠附著在導(dǎo)軌上的液壓同步裝置就能實現(xiàn)架體和操作平臺的自動爬升，具有操作方便、建造工期短、經(jīng)濟效應(yīng)高、安全性能好等優(yōu)點，能根據(jù)建筑物結(jié)構(gòu)需求對多塊爬升模板進行組合，協(xié)同作業(yè)，本文主要圍繞此展開詳細分析。

1、液壓爬模技術(shù)的提出

現(xiàn)如今，隨著社會主義現(xiàn)代化強國建設(shè)進程提速，以及為平衡國內(nèi)東西部經(jīng)濟落差，大力發(fā)展城鎮(zhèn)經(jīng)濟，加快城鎮(zhèn)建設(shè)步伐，大量高墩橋梁、高層樓房等高層建筑應(yīng)運而生。伴隨著建筑高度的逐漸增加，對建筑施工設(shè)備的要求也越來越嚴苛。傳統(tǒng)的建筑施工技術(shù)難以滿足高層建筑的要求，具有自爬能力的液壓模板爬升技術(shù)逐漸步入大家的視野。

20世紀80年代，中建一局、三局等企業(yè)開始嘗試使用液壓千斤頂爬模與電動絲杠爬模。中建柏利公司于

1996年首次采用6 噸液壓千斤頂、Φ48×3.5 鋼管支撐桿與鋼框膠合板模板，對廣東公安廳辦公樓的施工項目進行爬模。2003年，中建一局在北京LG 大廈工程的核心筒墻體爬模項目中采用了液壓油缸爬模。江都攬月機械有限公司于2004年研發(fā)的200kN 與100kN 液壓升降千斤頂為液壓爬模帶來了更大的發(fā)展空間，并于次年被中建一局發(fā)展建設(shè)公司的俄羅斯聯(lián)邦大廈工程項目所采用。時至今日，國內(nèi)的爬模公司在高層建筑項目中都會優(yōu)先選用液壓油缸爬模。住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部于2017年10月組織編制了《建筑業(yè)10 項新技術(shù)（2017 版）》，其中液壓爬升模板技術(shù)作為模板腳手架新技術(shù)之一，更加凸顯其應(yīng)用推廣的重要性。在液壓爬模被廣泛使用后，為了確保液壓爬模施工技術(shù)做到經(jīng)濟合理、安全可靠，我國建設(shè)部于2018年發(fā)布關(guān)于爬升模板技術(shù)的修訂版行業(yè)標準即JGJ195-2018《液壓爬升模板工程技術(shù)規(guī)程》，嚴格規(guī)范了液壓爬模施工技術(shù)標準，為爬模機設(shè)計提供了標準依據(jù)。大量工程實踐表明，在高度 100m 以上的建筑施工中應(yīng)用液壓爬模體系，不僅能夠提高模板周轉(zhuǎn)使用率、減少資源消耗，而且還能提高施工效率和經(jīng)濟效益。

當前，我國爬模技術(shù)發(fā)展主要體現(xiàn)在提高裝備自動化，減少操作人員，提升爬模速度和可靠性，建立爬模裝置運動狀態(tài)監(jiān)測機制等方面。力求研發(fā)操作更簡單、質(zhì)量更小的新型模板等。隨著我國對液壓爬模的不斷應(yīng)用不斷創(chuàng)新，我國液壓爬模將朝著通用化、輕量化與智能化方向不斷發(fā)展。

2、液壓爬模裝置組成與工作流程

2.1 液壓爬模裝置組成

爬模機主要由架體和操作平臺、模板系統(tǒng)、液壓系統(tǒng)和支撐系統(tǒng)四大部分組成，其整體結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 液壓爬升模板結(jié)構(gòu)圖

（1）架體和操作平臺。架體和操作平臺主要包括架體、操作平臺、吊平臺、安全網(wǎng)、護欄等。架體分為上、下架體，通過架體掛鉤與附墻支座相連，是承受爬升機荷載的承重構(gòu)件。操作平臺分為上、中、下和滯后操作平臺，主要用于鋼筋綁扎、合模脫模、混凝土澆筑、液壓系統(tǒng)操作等，為工人作業(yè)和物料堆放提供空間。

（2）模板系統(tǒng)。模板系統(tǒng)主要由模板、推模裝置和可調(diào)斜撐等裝置組成，安裝于中操作平臺。模板系統(tǒng)主要用于合模與退模，通過調(diào)整斜撐角度，實現(xiàn)混凝土墻面的固定成型。

（3）液壓系統(tǒng)。液壓系統(tǒng)主要由多油缸同步裝置、導(dǎo)軌、換向機構(gòu)、防墜爬升器、液壓控制臺等裝置組成，位于下操作平臺。通過換向機構(gòu)實現(xiàn)導(dǎo)軌與架體互爬，多油缸同步系統(tǒng)為導(dǎo)軌和架體爬升提供動力。液壓同步控制系統(tǒng)是液壓控制系統(tǒng)的重要組成部分，該系統(tǒng)由多個液壓執(zhí)行器組成，通過合理的分配各執(zhí)行器流量進而控制各執(zhí)行器以相同的速度或位移運動。

（4）支撐系統(tǒng)。支撐系統(tǒng)主要由預(yù)埋件、附墻支座、高強度螺栓、承重銷等機構(gòu)組成。支撐系統(tǒng)與架體和導(dǎo)軌通過附墻支座相連，用于保持爬模機在停機、施工、爬升三種工況下附墻支座位置保持不變，是實現(xiàn)爬模機爬升的安全保障。

2.2 液壓爬模工作流程

液壓爬升模板技術(shù)，簡稱爬模，其機械裝置稱為爬模機。爬模機依靠預(yù)埋于混凝土墻體的附墻支撐，將自身附著在混凝土墻體上；待新澆筑的混凝土凝固后，爬模機脫模，以液壓同步控制系統(tǒng)作為動力源，通過換向機構(gòu)實現(xiàn)架體與導(dǎo)軌互爬，驅(qū)動爬模機進行循環(huán)爬升作業(yè)。爬模機循環(huán)爬升作業(yè)流程如圖2所示，爬升的關(guān)鍵在于采用液壓系統(tǒng)將架體承力點位移升差嚴格控制在規(guī)定范圍內(nèi)，保證架體和操作平臺高效、平穩(wěn)、安全的爬升至預(yù)定高度。

圖2 液壓爬模機爬升循環(huán)作業(yè)流程圖

3、實例探析超高層液壓爬模施工技術(shù)要點

3.1 工程概況

本項目為某綜合體建筑T2 塔樓，塔樓總占地面積約2300m，總建筑面積約15.2 萬m。塔樓主體結(jié)構(gòu)地上69 層，地下5 層，高度為308m，采用勁性鋼骨外框柱＋核心筒剪力墻結(jié)構(gòu)，墻體采用C40（P10）、C60混凝土；筏板基礎(chǔ)形式，采用C15、C35（P10）混凝土。此塔樓主體結(jié)構(gòu)爬模體系平臺在外框為混凝土結(jié)構(gòu)的超高層建筑施工提供了一種革新的嘗試，實現(xiàn)了快速、綠色、安全施工生產(chǎn)。

3.2 核心筒液壓爬模系統(tǒng)選擇

T2 塔樓主體結(jié)構(gòu)工程內(nèi)外墻均采用LG-100 型液壓自爬模系統(tǒng)?；炷翂γ尜|(zhì)量達到清水混凝土效果，同時爬模架體也可以配合現(xiàn)場噴淋養(yǎng)護的設(shè)置；非標層超過4.5m 時，爬模架體通過爬升兩次的方式實現(xiàn)架體的爬升。塔樓主體結(jié)構(gòu)工程中的通長埋件桿均已避開鋼柱，未能避開鋼柱處則采用埋件板的方式施工，埋件板的方式施工與鋼柱不會產(chǎn)生影響。正常施工過程中，墻體達到15Mpa后方可爬升，現(xiàn)場利用同條件試塊檢驗強度是否達標，冬季施工增長較慢的情況下同理。爬模頂層平臺堆載重物限重為4kN/m。

3.3 核心筒液壓爬模架體安裝

T2 塔樓主體結(jié)構(gòu)工程外墻4 個面共布置46 榀下架體，內(nèi)墻4 個內(nèi)腔共布置40 榀下架體。內(nèi)外墻架體在設(shè)計上都已經(jīng)考慮核心筒門洞變化、梁筋位置和收縮問題，內(nèi)外墻架體可一直爬升至核心筒66 層。如下圖3所示為液壓爬模架體總裝圖。

圖3 液壓爬模架體總裝圖

如下圖4所示為核心筒下架體平面布置圖。下架體上共有3 個操作平臺，分別為：主平臺、液壓操作平臺、吊平臺。其中主平臺主要是物質(zhì)與人員的周轉(zhuǎn)平臺，模板的合模、退模、校模作業(yè)都會在主平臺上完成；液壓操作平臺主要是提供空間給操作人員控制液壓動力裝置與修飾墻面；吊平臺用來拆卸掛座、通長高強螺桿等循環(huán)倒用配件與修飾墻面，角部平臺采用一側(cè)平臺懸挑的方式以實現(xiàn)兩側(cè)平臺的連接。此處平臺采用H200×200 型鋼，平臺板采用3mm 厚花紋鋼板。

圖4 核心筒下架體平面布置圖

3.4 核心筒液壓爬模施工要點

3.4.1 平臺搭設(shè)

T2 塔樓項目在核心筒西北角井筒（即截面左上角）及東南角井筒（即截面右下角）上通過液壓爬模架體搭設(shè)整體大平臺，以放置布料機，設(shè)計時參考豎向泵管位置后充分考慮架體機位與架體平臺的影響，在布置時架體與平臺已盡量避開。架體及平臺板設(shè)置考慮泵管、消防管位置的影響。

3.4.2 塔吊布置

T2 塔樓主體結(jié)構(gòu)核心筒外側(cè)共布置兩部塔吊，在塔吊不斷提升過程中需要在核心筒外墻安裝附墻，塔吊附墻需提前預(yù)埋進墻體，部分塔吊埋件位置（斜撐埋件）與架體埋件位置沖突，需在斜撐埋件上開孔以安裝架體埋件。塔吊附墻安裝時可能會與爬模架體導(dǎo)軌位置沖突，需在安裝塔吊附墻前將架體導(dǎo)軌抽出，待模板爬升時再插入導(dǎo)軌進行爬升。

3.4.3 爬升工藝

本次采用超高層核心筒、外框“不等高同步攀升”施工工藝，外框梁在核心筒施工時采取鋼筋接駁器連接及設(shè)置埋抗剪件形式，解決了在混凝土梁板超高層建筑結(jié)構(gòu)體系中核心筒施工時的爬模應(yīng)用。為提高施工效率，在爬模體系應(yīng)用前期，經(jīng)過嚴謹?shù)纳罨O(shè)計工作，完成了爬模中鋼模板與鋁合金模板在模數(shù)化領(lǐng)域的完美結(jié)合，達到了鋼鋁模板同步配合施工，并對綠色施工生產(chǎn)提供了有效保障。

核心筒施工時為保證人員、材料、小型機具在豎向結(jié)構(gòu)中有效運輸及施工生產(chǎn)中消防通道的完整性、連續(xù)性，實現(xiàn)了爬模在核心筒施工中外爬內(nèi)支的連續(xù)施工，保證了施工生產(chǎn)中安全、消防通道的形成。同時，為保證爬模區(qū)域混凝土強度增長，T2 塔樓主體結(jié)構(gòu)工程在爬模機位平臺上設(shè)置全覆蓋自動化噴淋系統(tǒng)。噴淋系統(tǒng)沿爬模覆蓋范圍，并根據(jù)核心筒墻體走向封閉式布置，避免了混凝土養(yǎng)護盲區(qū)，滿足了超高層施工中混凝土養(yǎng)護要求。

3.5 核心筒液壓爬模施工效果

該爬模施工不僅保障了施工進度，也實現(xiàn)綠色施工生產(chǎn)，同時極大的消除了消防安全隱患，有一定推廣應(yīng)用價值，在綠色施工安全方面提供有力保障。核心筒液壓爬模技術(shù)實施效果如下表1所示。

表1 核心筒液壓爬模技術(shù)實施效果

結(jié)語：

綜上所述，現(xiàn)代超高層建筑工程中液壓爬模技術(shù)獲得了廣泛應(yīng)用，與傳統(tǒng)的模板腳手架體系相比，其更能適應(yīng)各種復(fù)雜結(jié)構(gòu)外形和施工難度高的建筑。超高層建筑施工中，需根據(jù)項目實際情況合理選擇、安裝液壓爬模裝置，液壓爬模架體附著在建筑主體上，同時也作為上下施工作業(yè)面的主要通道，在工程質(zhì)量、安全、速度和成本等各方面都有著明顯的優(yōu)越性，可為工程施工創(chuàng)造了綜合效益。