斜拉桥主塔曲线爬模施工工法陈建峰

斜拉桥主塔曲线爬模施工工法陈建峰

陈建峰

北京市首都高速公路建设管理有限责任公司北京100071

1前言

近年来，由于斜拉桥以其自重小、跨度大、造型美观等特点，在我国桥梁建设的应用中日趋广泛。随着城市建设对桥梁景观的要求越来越高，在满足结构安全的前提下，对索塔的形状也提出了更高的要求。京包高速公路上地斜拉桥主塔高99米，为水滴形，曲率在一直变化，常规的爬模施工已经无法满足要求。

针对该塔柱独特的外形构造，从模板系统的选择、拼装、施工三个方面进行了改进，结构施工包括直线和曲线两部分，利用液压钢模爬模施工解决了直线与曲线结构施工过程中相互转换和调整的难题。采用自行研制的模板系统，采用曲线爬模施工方法，极大地提高了工效，增大了施工安全性，在高塔施工技术上逐渐走向成熟，并总结整理成本工法。

2特点

2.0.1在爬模系统安装完成后，模板爬升动力来源于自身的液压顶升系统，不需起重机械，减少了施工中运输机械的吊运工作量；

2.0.2在曲线爬模过程中，曲率变化时，可以直接对模板系统进行改装，无需反复拆装、更换模板；

2.0.3爬模架体绕主塔一圈，形成封闭的平台，各平台之间相互联通，既保证了高空作业的施工安全，也提高了工作效率；

2.0.4劳动组织和施工操作简便，减少了工程施工人员组织的工作量和操作的难度，提高了施工组织的协调性。

3适用范围

适用于各种不同塔柱及高墩，特别是形状不规则、结构曲率不断变的建筑的施工；适用于场地小、地形复杂，起重吊装机械无法进行大面积作业的塔柱施工。

4工艺原理

爬模的顶升运动通过液压油缸对导轨和爬架交替顶升来实现。导轨和爬模架互不关联，二者之间可进行相对运动。当爬模架工作时，导轨和爬模架都支撑在埋件支座上，两者之间无相对运动。退模后立即在退模留下的爬锥上安装承载螺栓、挂钩连接座，调整上下轭棘爪方向来顶升导轨，待导轨顶升到位，就位于挂钩连接座上后，操作人员立即转到下平台拆除导轨提升后露出的位于下平台处的挂钩连接座、爬锥等。在解除爬模架上所有拉结之后就可以开始顶升爬模架，这时候导轨保持不动，调整上下棘爪方向后启动油缸，爬模架就相对于导轨运动，通过导轨和爬模架这种交替附墙，互为提升对方，爬模架即可沿着塔体上预留爬锥逐段提升。

爬升轨道时，上爬升箱中不动，油缸伸出，使下爬升箱中的承力块支撑在轨道的踏步块下面。收缩油缸，提升轨道。到位后，上爬升箱中的承力块支撑轨道，完成一个工作循环。如此循环，直至轨道到位。

爬升架体时，下爬升箱中的承力块压在轨道的踏步块上面，油缸伸出，顶升模板。到位后，上爬升箱中的承力块压在轨道的踏步块上面，模板上升一个高度。油缸收缩，提升下爬升箱，使它到上一个踏步块上面，完成一个工作循环。如此循环，直至架体到位。

5施工操作要点

5.1爬模系统加工及试拼装

爬模系统全部构件采用专业的厂家预制，根据施工实际情况，确定爬模的结构尺寸和最经济的爬模节段，经试拼验收合格后运至现场进行结构拼装。

5.2钢筋及预埋件的安装

塔柱钢筋主要采取直螺纹接头连接，钢筋连接在劲性骨架安装到位后进行，并依托劲性骨架进行定位。连接方法如下：用全站仪在已经接长的劲性骨架上测放出塔柱纵、横轴线，钢筋施工人员根据塔柱纵、横轴线，在劲性骨架上放出钢筋安装位置线，塔吊起吊主筋，将其与下节主筋对接，使用管钳旋转套筒，将二根钢筋连接起来；再根据劲性骨架上放出主筋位置将主筋定位固定。

预埋件设置时除应注意位置、数量正确外，还应与周围钢筋及模板固定牢靠，以防止混凝土浇筑时位置错动，爬锥定位中心允许偏差应为±5mm。对于外露的永久性埋件做好防锈蚀、防污染工作，临时施工埋件待工程完工后及时拆除并作好砼表面修补工作。

5.3爬模现场安装

先进行主要承重结构架体平台和附属结构操作平台的拼装，平台拼装完毕后，将主承重架体平台吊放安装到预埋爬模施工的定位预埋件上，调整架体撑脚和定位销栓进行固定。主平台安装完毕后，附属轻型操作平台对应主平台的内外位置从上而下进行的安装。

塔柱在浇筑达到爬架安装要求的基本高度后（2#节段），开始进行爬架、模板的安装工作。爬架按0层平台与-1号平台、+1号平台、+2号平台、-2号平台单元顺序进行安装，各单元分别需在组拼平台上组拼完成，然后各单元整体起吊安装在塔柱预埋件上就位。模板的安装是在爬架安装、调整完成后进行。

主附平台安装完毕后利用塔吊进行导轨和模板的吊放安装，导轨和模板均从架体的上部向下进行安装，在插入导轨的过程中应注意轨道轴线位置满足施工要求，将所有的构件安装完毕，进行架体构件的定位调整，达到施工操作要求。

模板拼装时，必须按照顺序逐块对位，连接成框架后临时固定，采用液压千斤顶微调，严禁强拉硬顶，使模板变形。

5.4爬模系统的爬升

1爬升施工必须建立专门的指挥管理组织，制定管理制度，控制台操作人员应进行专业培训，合格后方可持证上岗操作，严禁其他人员操作。

2导轨爬升前，其爬升接触面应清除粘结物和涂刷润滑剂，检查爬升箱承力块是否处于提升导轨状态，确认架体固定在承载体和结构上，确认导轨锁定楔板和底端支撑已松开。

3导轨爬升由油缸和上、下爬升箱自动完成，爬升过程中，应设专人看护，确保导轨准确插入上层挂钩连接座。

4导轨进入挂钩连接座后，必须及时插上楔板挂住导轨上端的挡块，同时调整导轨底部支撑，然后转换爬升箱承重块爬升功能，使架体支承在导轨踏步块上。

5架体与模板爬升前，必须拆除模板上的全部对拉拉杆及妨碍爬升的障碍物；清除架体上剩余材料，解除相邻分段架体之间、架体与塔体之间的连接，确认爬升箱处于爬升工作状态；解除保温棚四角的连接，和工作平台踏板的连接。检查液压设备均处于正常工作状态，承载体受力处的混凝土强度满足架体爬升要求（＞10MPa），确认架体支腿已退出，安全插销已拔出；架体爬升前要组织安全检查，并按附录表1记录，检查合格后方可爬升。

6爬升应由总指挥统一指挥，各分段机位应配备足够的监控人员。

7架体爬升到达挂钩连接座时，应及时插入安全插销。并旋出架体调节支腿，顶撑在塔体上，使架体从爬升状态转入施工固定状态。

8爬模过程中发生偏移，应立刻认真分析偏移的原因。对于爬模装置的整体偏差，可采用钢丝绳和手动葫芦进行纠偏；对于局部偏差可以通过支腿调节丝杠进行模板截面调节和垂直度调节。

5.5爬模系统加固与调整

模板爬升到位后，调整结构的定位撑脚和销轴，加固架体的定位锚固构件。在架体上通过模板的构造槽改型模板尺寸，利用模板液压装置通过模板的走行槽顶进模板就位和退模施工，调整模板的活动结构杆件的位置使之到位受力，完成模板的定位和加固。

由于结构造型的变化，模板系统在爬升过程中，需要根据结构特点进行模板结构特点的改造来满足施工要求。液压钢模爬模在施工过程中通过对小构件的结构改造来完成整个结构对直线段和曲线段施工，在进行直曲转换施工结构改造时，将原有的直线爬轨改成曲线爬轨和相反的曲线爬轨改直线爬轨，并通过调整模板设计改型装置将模板由直线调整到曲线，调整爬轨套件的定位档件使其适应曲线轨道线型要求，改变爬轨踏步块的距离，调整每次提升的高度。随着工程的施工进展，每次完成结构的阶段施工，要对整个架体结构构件的空间位置进行调整，以满足施工平台的空间位置和安全的要求。

在浇筑完成前一节混凝土后，若需调整弧面的曲率，无需将模板拆下，只需利用调节螺栓即可实现。由于钢板具有一定的韧性，在施加适当的外力后产生变形而不被破坏，利用这一特征，通过几何学原理，在使用时，如需变化曲率，只需要松紧调节螺栓，可以精确到每个丝扣，使面板弯曲成设计所需的弧度。且钢模板周转率较高，安拆方便，混凝土成形外观好，在大大加快施工的进度的同时，也能满足混凝土浇筑的质量。

5.6爬模系统拆除

拆除工作遵循从上而下，先拆除临建附属，再拆除模板和上层架体部分，最后拆除下层平台和承重结构。

6质量控制

6.1施工定位劲性骨架加工的精确度直接影响到工程下一步工序施工操作的可行性和施工的质量，在施工现场制作骨架加工平台，配备专业的施工技术人员，对骨架进行监制和验收。

62爬模体系构件在专业厂家进行精加工，在施工中委派技术人员对模板的构件的尺寸、数量和外观等进行检查，并在工厂进行试拼和试验爬升，验收合格后准备出厂。

6.3爬模结构在现场预制的拼装平台上进行拼装，模板和架体拼装完成后，配带力矩扳手和米尺对模板的结构尺寸和构件的连接进行检查验收。

6.4爬模系统在爬升过程前临行施工检查制度，检查机械设备的正常运转情况，各构件的连接，导轨的固定定位等，根据相应的检查项目制定检查表格，认真做好检查记录。在爬升过程中通过目测和仪器测量观测整个架体的爬升状态，及时进行纠偏。在两面相邻的爬架上设置揽风绳。

6.5在进行结构曲线施工时对结构进行曲线改制，对新插入的曲线导轨进行测量定位，用水平尺调整控制整个结构的倾斜位置。曲线模板改装调整，采用精加工预制模具控制模板调整位置尺寸，对模板修改槽的控制杆件紧固到位，使其均匀受力。

7安全措施

7.1根据工程结构施工特点，建立安全生产组织机构，制定安全生产责任制度，配备安全生产的管理人员。

7.2认真贯彻和执行国家及公司的安全施工生产规程和规章制度，落实各级安全生产责任制度。坚持安全巡视坚持制度，进行定期和不定期的安全检查，做好安全检查和交接记录。

7.3施工现场24小时有人值班检查。在每次下班前应派专人（安全员）检查爬架上是否存在火险或其他安全隐患存在。明确施工用电管理人员、技术人员和负责人。

7.4对施工现场的施工人员进行健康体检、安全和技术交底，施工人员身体健康满足高空作业要求，所有的施工人员应熟知作业内容和操作规程，配备必要的安全设施和防护用品。

7.5施工现场使用曲线升降电梯，设置电梯口和结构物对接口的安全通道，做好安全施工防护，设置对讲呼叫平台。施工人员只进行人员运送，严禁运送施工材料和设备。

7.6在结构施工范围内设置安全防护棚和安全施工通道，非施工人员严禁进入防护范围内。

7.7爬升模板应做到每节段清理，并对模板及相关部件进行检查、校正、紧固和整修，对丝杠、滑道等部件进行注油润滑。导轨应保持清洁，去除粘结物，并涂抹润滑剂，保证导轨爬升顺畅。液压控制台、油缸、千斤顶、油管、阀门等液压系统应每月进行一次维护和保养并做好记录。

7.8模板在爬升过程中，严禁非操作人员在上进行施工作业，每次模板爬升的架体的对角倾斜度控制20cm内，倾斜角度小于10°。

7.9爬架各层操作平台四周设置安全网，使爬架形成一个绕塔身封闭的高空作业系统。高空作业所需的工具及材料等应放在工具箱内或临时固定，严禁上下抛掷工具。禁止携带非施工品上塔。

7.10在夜间、雨雪和6级大风天气禁止进行爬模施工，其它工作以天气情况适当安排，严禁强行安排在恶劣天气进行施工作业。施工现场安全人员对每天的天气情况进行及时的收集和通报，保证在天气容易的前提下进行施工。

8环保措施

8.1建立环境保护体系，组织全体员工进行环保知识的学习，树立环境保护意识；

8.2保持施工场容、场貌整洁，并搞好施工现场周围的环境卫生。临时设施符合安全、通风、照明及环境卫生要求；

8.3有噪音、震动源设备在使用过程中，严格采取有效的隔音措施，并将噪音源做单独的围闭隔离；

8.4制定主塔施工期间环境保护措施，施工现场废弃物品，分类堆放，在指定的容器内盛放和覆盖，进行合理的回收和清理。做到统筹规划、合理布置、综合治理；

8.5建立文明施工组织机构，加强施工组织管理，对环境有污染的废弃物需排放，必须经过安全无害处理，实施安全文明施工；

8.6工程采用液压钢模爬模施工，施工以电力作为施工能源带动1台液压泵启动电机，无需其他机械设备的投入，也无需其他能源的投入，有利于能源的节约和利用；

8.7施工模板采用钢模板施工，钢模板施工可焊接改造和再朔，较木模板施工可操作性大，节约模板的使用效益；

8.8液压钢模爬模施工为整个结构施工提供整套的操作平台，无需在进行平台的搭设，节约了人力、物质和相应设备资源消耗。

9效益分析

9.1经济效益

液压钢模爬模施工工作量的相对减少，使现场的安全文明施工的管理程序相对简化，管理空间相对减小，管理手段更有针对性，同时也减少了相应的经济成本60多万。爬模为4.25m一个节段，每节段的施工工期为5-7天，施工进度快。

9.2环境效益

工程施工采用的全液压钢模施工，整个系统不需要外接动力，仅以电力带动液压系统提升模板，节约能耗。整个模板系统达到了零排放，对施工环境的没有任何污染，为工程所在范围的北京市民营造了良好的生活环境，实现的项目安全文明施工的目标。

9.3技术效益

整个液压爬模系统操作简单，施工方便，人员和设备无需多配和特配，施工受地面环境影响小，一套设备完成整个结构施工，大大的提高了生产效率，保证了工程对工期、质量、安全和对经济性等的要求。有利于推动同类工程施工技术的发展。

10应用实例

10.1工程概况

京包高速公路上地斜拉桥，全长510m，为46m+46m+230m+98m+90m五跨连续独塔单索面预应力钢筋混凝土斜拉桥。其中下塔柱高11m，中塔柱高40m，上塔柱高48m。主塔成水滴状，高度距承台顶面99米，由下塔柱，中塔柱，上塔柱三部分组成。中塔柱为双斜柱，矩形变截面，内倾角22°43ˊ08〞；上塔柱为刻槽矩形变截面，直线＋圆曲线变化。塔柱为变截面双曲线矩形，中、上塔柱工分为20个节段，前两个节段施工完毕后，从第三节开始使用爬模施工。模板设计采用全钢模板，模板设计方案通过专家论证通过后，成功应用于本工程，取得了良好的使用效果。

10.2施工情况

本工程主塔施工从2011年5月10日开始，2011年10月3日顺利封顶。在施工过程中采用全钢模板，利用曲线爬模系统，严格控制施工质量和安全，使整个施工过程在进度、质量和安全上都处于可控状态。塔柱的顺利封顶，为下一步斜拉索挂索施工奠定了坚实的基础。