液压爬模在异型截面索塔施工中的应用

液压爬模在异型截面索塔施工中的应用

孙克强

关键词：斜拉桥；多变异型截面；索塔；爬架系统；施工工法

0．引言

国内桥梁在主塔柱施工中大部分采用翻模施工工艺，只有少部分采用常规的爬模施工工艺，常规的的爬模施工工艺繁琐，操作不便，安全性差，不利于塔柱施工质量、安全控制。在塔柱施工测量控制方面，也是多采用常规施工放样测量，塔柱在风效应、日照和施工荷载等作用下的测量控制较少。随着桥梁的飞速发展，对桥梁景观提出了更高的要求，索塔的造型也各有特点，对塔柱施工提出了更高的内在、外在质量要求。

潮连西江桥索塔截面由“圆”和“方”组合变换而成，展示了“亦圆亦方、包容天地”的设计理念，从塔顶圆截面，变化到塔底处矩形截面，横桥向尺寸变化由下到上为9m→5.5m→6.5m，顺桥向尺寸变化由下到上为12m→8.5m→9.5m。

对比索塔施工常用的爬模工艺，本桥的索塔施工存在每节模板都需要进行修改更换，沿索塔表面难以爬升的困难。为适应索塔截面异型、多变的特点，以结构实用性和安全性为设计基础，设计出一套可以适用于多变异形桥塔爬模施工的方法，本文从爬模支架的构造特点、结构受力性能以及现场爬模施工工艺流程进行介绍。

1．工程概况

潮连西江桥为独柱双塔中央双索面半漂浮体系混凝土斜拉桥，主桥跨径为50+115+320+115+55m，主桥总体立面布置如下图所示。

图3桥梁索塔断面变化图（单位：cm）

2．异型索塔爬模系统设计

2.1液压爬模系统的构成

本桥采用了一种简化施工过程、降低施工安全风险、适用于异形索塔施工的辅助支架施工方法。液压自爬模板体系主要由爬升系统和模板系统构成。

对于潮连西江桥而言，索塔截面为异形设计，索塔几乎每个施工节段都在变化，爬模施工工艺在我国虽早已广泛运用于索塔施工过程，但对于潮连西江桥及类似具有异形桥塔特点的桥梁中并不能很好的得到应用，常规的爬模施工可能会造成施工效率低下、施工工序繁琐甚至可能具有安全隐患。因此在保证本桥施工过程的安全性的前提下，设计一种能够自适应截面变化的爬架系统是非常必要的。本桥通过固定位置的钢管作为轨道，将爬架设计成等截面形式，故索塔在进行爬模施工时可以减少修改爬架的时间，大大简化了施工工序。本桥爬模支架主要构造包括钢管，爬架，型钢桁架，提升架，抱箍等。

2.1.1爬架系统设计

爬架结构为空间桁架结构作为操作平台（图4、5），每个索塔设计4层，每层高4m，有上下两个操作平台空间，爬架以沿索塔周围固定的4条钢管作为爬升轨道进行爬升，每层爬架同时可起到增加钢管整体稳定性的作用，爬升可采用人工或小型电动设备辅助进行。每层爬架可根据施工需要停留在任何高度，平面位置也可根据索塔截面的变化进行调整。

2.1.2抱箍设计

爬架、提升架通过抱箍支撑在钢管上，且通过在抱箍底部沿钢管壁焊接4根10cm长Φ20mm钢筋作为保险。抱箍设置4个牛腿，抱箍内径为Φ820mm，面板为12mm钢板，连接法兰为12mm钢板，肋板为12mm钢板，抱箍法兰采用8颗M20×1008.8级高强度螺栓连接，螺栓孔为φ22。

2.2液压爬模系统工作原理

液压自爬模的动力来源是本身自带的液压顶升系统，液压顶升系统包括液压油缸和上、下换向盒，换向盒可控制提升导轨或提升架体，通过液压系统可使钢模板架体与导轨间形成互爬，从而使液压自爬模稳步向上爬升，液压自爬模在施工过程中无需其它起重设备，操作方便，爬升速度快，安全系数高。

自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、挂座体、及埋件支座，调整上、下换向盒棘爪方向来顶升导轨，待导轨顶升到位，就位于该埋件支座上后，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埋件支座、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，爬模架即可沿着墙体上预留爬锥逐层提升。

3．异型索塔爬模系统结构验算

本爬架适用于主墩索塔辅助施工，爬架具体尺寸见设计图，主要包括主架、桁架及抱箍三部分，主架及桁架进行整体MIDAS建模验算，抱箍进行螺栓受力验算及焊缝受力验算。爬架MidasCivil模型如下图所示。对施工过程中可能遇到的静荷载、施工机具荷载和风荷载等进行组合，按照最不利计算钢结构的应力、挠度和反力。

3.2挠度和反力验算

下图为爬架施工过程中的变形图，最大挠度，满足使用要求。

爬架支座反力图如下图所示，施工过程中最大支座反力为57.1kN，满足使用要求。

图13爬架最大正应力图图14爬架最大剪力图

4．爬架施工流程介绍

4.1钢管施工

钢管在后场加工成12m长每条，钢管接长采用焊缝连接，每道焊缝处贴4块10×15cm钢板；钢管接长时可将提升架提升至适当位置充当操作平台，钢管吊装时采用自动摘钩装置，钢管驳接完成，塔吊松钩后起吊用钢丝绳自动下滑至操作平台，工人可安全、方便的摘除起吊用钢丝绳。钢管安装的垂直度应控制在0.5%以内，同时考虑到钢管驳接的精度问题，主架的主框架与钢管4个方向预留7.5cm净距。

根据塔柱节段高度提前在钢管上焊好抱箍保险钢筋，每一圈焊接好4根10cm长φ20螺纹钢筋。横联管、钢管附墙提前在后场根据实际长度下好料，运抵现场后吊装，横联管采用Φ42.6cm钢管，每24m高设置一道。

4.2爬架施工

爬架试拼完成后方可进行安装，爬架安装前先安装抱箍，安装过程应注意4个抱箍顶标高一致，之后用高强螺丝将抱箍锁紧。抱箍安装到位后，依次将4个主架吊装到位，应根据试拼装的情况准确测量主架两两之间的相对距离，调整主架间的相对距离与试拼时一致后，将主架与钢管进行固定。主架安装完成后，分别安装桁架1、桁架2，桁架1（桁架2）与主架之间通过32个Φ22mm4.8级螺栓连接固定。3个爬架及提升架均安装到位后，安装提升用手拉葫芦、保险钢丝绳、防护网、人行走道板、电梯接驳通道及塔吊接驳通道等附属设施。人行走道板采用钢脚手板或钢板网，接驳通道采用型钢。爬架可进行爬升或下降，塔柱施工过程中，可根据施工需要通过手拉葫芦调整爬架的高度。爬架距离塔柱边缘的距离为80cm，随着塔柱截面的缩小，可通过滑动桁架1（桁架2）调整爬架距离塔柱的距离，满足施工需求。施工现场照片如下图所示。

4.3爬架拆除

塔柱施工完成后，将拆除型钢桁架，型钢桁架拆除过程为：吊出提升架→拆除2个爬架（剩余1个爬架）→再次安装提升架→提升架、爬架一起下滑至下一道横联或附墙处（爬升逆过程）→拆除提升架以上部分钢管→拆除横联或附墙→塔柱装修完成→继续下滑拆除型钢桁架直至拆除完成。

爬架拆除时考虑塔吊的吊装能力，先拆除爬架上手拉葫芦、钢丝绳、施工器具等附属设施，再分个整体拆除桁架1、桁架2，最后依次拆除4个主架及抱箍。

图15桥塔爬模施工现场图

4.3施工精度控制

索塔施工应保证塔柱、斜拉索锚固套筒等各部分结构的倾斜度、外形几何尺寸、平面位置、高程满足规范及设计要求。对于塔柱爬架，主要倚靠定型模板，只需定位模板就能实现塔柱精确定位。将实测塔柱角点三维坐标与设计三维坐标进行比较，若实测值与设计值不符，调整模板至设计位置。对于不能直接测定的塔柱模板角点及轴线点，可根据已测定的点与不能直接测定点的相对几何关系，用边长交会法检查定位。塔柱壁厚检查采用检定钢尺直接丈量。

5．结语

由于潮连西江桥具有异形桥塔的特点，索塔施工存在每节模板都需要进行修改更换，沿索塔表面难以爬升的困难。为适应索塔截面异型、多变的特点，以结构实用性和安全性为设计基础，如何在确保桥塔施工安全性的同时，通过技术改进和优化施工方法及组织从而尽可能缩短工期，是亟需解决的问题。

本文针对上述特点，提出了一种能够适应异形高塔结构的爬模施工技术。研究成果可直接指导潮连西江桥桥塔的施工，避免了该类结构在爬模施工过程中因认识不足而出现的问题，保证了工期，避免不必要的经济损失，节约了成本，为同类型桥梁施工积累了宝贵的经验和技术储备，推动大型桥梁超高、异型塔柱施工技术水平不断向前发展。

参考文献：

[1]向学建，孙宪魁，杨昀等．果子沟大桥桥塔施工过程的模拟分析[J3．桥梁建设，2010，（2）：69—72．

[2]项纯夫.支架现浇异型独塔斜拉桥施工控制技术研究[D].大连：大连交通大学，2014.

[3]单炜.异型截面斜拉桥索塔锚固区节段受力性能研究[D].哈尔滨：东北林业大学，2005.

[4]刘伟伟.异型独塔斜拉桥结构特性与施工控制研究[D].西安：长安大学，2013.

[5]胡文俊，林强，江海液压自爬模在忠县长江大桥11号墩主塔施工中的应用[J]．世界桥梁，2009，（2）：34—36．