液壓爬模在橋梁主塔施工中的應(yīng)用

王 紅 力， 段 妙 珊

(中國(guó)水利水電第七工程局有限公司 第一分局，四川 彭山 620806)

1 概 述

某大橋位于金堂縣沱江上游，為雙塔雙索面斜拉橋，主橋長(zhǎng)860 m，主跨跨越江心島，跨度為430 m，邊跨分別跨越毗河、北河。橋面寬度為38 m。主塔為“鉆石型”混凝土結(jié)構(gòu)，總高度為137.5 m，其中橋面以上塔柱高121.4 m，橋面以下高16.1 m。斜拉索采用鋼錨梁為主的錨固方式，下塔柱采用內(nèi)凹的箱式結(jié)構(gòu)將其連為整體，下塔柱高度為12 m，中塔柱高度為72.5 m，傾角為77.6°，上塔柱高53 m。由于橋塔較高，該橋主塔混凝土澆筑計(jì)劃采用液壓爬模進(jìn)行施工，單次爬升高度為6 m(圖1)。

2 液壓爬模的組成

液壓爬模的爬升系統(tǒng)主要由錨錠總成、導(dǎo)軌、液壓爬升系統(tǒng)和操作平臺(tái)組成。

(1)錨錠總成：包括埋件板、高強(qiáng)螺桿、爬錐、受力螺栓和埋件支座等。埋件板與高強(qiáng)螺桿連接組成埋件，具有足夠的抗拉強(qiáng)度。受力螺栓是錨錠總成部件中的主要受力部件，埋件支座是導(dǎo)軌、主梁和墻體之間的傳力構(gòu)件，其受到施工活荷載、重力荷載、風(fēng)荷載等的聯(lián)合作用，具有較強(qiáng)的抗垂直力、水平力和彎矩作用。

(2)導(dǎo) 軌：導(dǎo)軌是爬模爬升的軌道，爬模的液壓系統(tǒng)通過(guò)上下?lián)Q向盒支撐在導(dǎo)軌梯擋上，實(shí)現(xiàn)沿導(dǎo)軌的交替爬升。

(3)液壓爬升系統(tǒng)：包含供油系統(tǒng)、電氣控制系統(tǒng)、油缸以及配套附件等。供油系統(tǒng)提供壓力油，為液壓缸往復(fù)運(yùn)動(dòng)提供動(dòng)力。電氣控制系統(tǒng)為液壓系統(tǒng)提供電源及操作控制功能并配備有獨(dú)立的電控箱、集中泵站等配套附件。

(4)操作平臺(tái)：根據(jù)爬模施工需要，單套爬模共設(shè)6層平臺(tái)，自上而下分別為：施工平臺(tái)、模板操作平臺(tái)1、模板操作平臺(tái)2、模板后移平臺(tái)、液壓油缸操作平臺(tái)以及吊平臺(tái)。

3 液壓爬模的受力計(jì)算

(1)荷載計(jì)算。荷載的取值參照施工手冊(cè)和技術(shù)指南確定：①梁體鋼筋混凝土的容重： 25 kN/m3，混凝土結(jié)構(gòu)的最大高度為6 m。②內(nèi)傾側(cè)架體自重為12 t。③施工荷載:共計(jì)7 kN/m2，含人員1.5 kN/m2、施工機(jī)具1.5 kN/m2、澆筑振搗荷載2 kN/m，澆筑沖擊荷載2 kN/m。

(2)荷載的組合方式與設(shè)計(jì)理論。根據(jù)爬模的設(shè)計(jì)原理，對(duì)于6 m高度的混凝土澆筑范圍，其混凝土側(cè)壓力主要由拉桿和背楞支撐。爬模支架僅作為操作平臺(tái)，提供工人上下的通道，爬模爬升時(shí)的提升裝置主要承受自身的重力、混凝土側(cè)傾時(shí)混凝土自重的豎直分力以及部分動(dòng)荷載。爬架荷載的計(jì)算如下：

N1合力=1.2×(25×6×8.8×0.6+120)

+1.4×7=1 104.2(kN)

根據(jù)塔柱傾斜的角度，其豎向分力和水平分力為：

N3剪力=1 104.2×cos12.4°=1 078.44(kN)

N2拉力=1 104.2×sin12.4°=237.11(kN)

(3)受力構(gòu)件計(jì)算。豎向力通過(guò)承重插銷傳遞至承載螺栓上，具體情況見(jiàn)圖2、3。

圖2 爬模承重插銷示意圖

圖3 爬模受力爬錐圖

承重插銷抗剪力計(jì)算：承重插銷采用45#鋼，直徑40 mm，內(nèi)傾面共有3個(gè)承重插銷，單個(gè)承重插銷受列的豎向剪力為：N3/3=1 078.44/3=359.5(kN),則有：

t=4 N/3 A=359.5×4×103/(3×2×3.14×402/4)=191 MPa<[250] MPa。安全系數(shù)：250/191=1.3,滿足要求。

承載螺栓抗剪力計(jì)算：承載螺栓采用40Cr鋼，直徑42 mm，內(nèi)傾面共有6個(gè)承載螺栓，單個(gè)承載螺栓受到的豎向剪力為：N3/6=1 078.44/6=180(kN),則有：

t=4 N/3 A=180×4×103/(3×3.14×422/4)=173 MPa<[212] MPa。安全系數(shù)：212/173=1.22,滿足要求。

(4)三角承重支架的計(jì)算。橫橋向內(nèi)傾側(cè)爬模三角架受力最大，該三角架采用直徑160 mm，壁厚4 mm的鋼管，其最大受力為斜撐桿，故N4=1 104.2×sin12.4°=237.11(kN)。

桿件的計(jì)算長(zhǎng)度L=3 400 mm，λ=l/i=

3 400/55=61.8，查表得ψ=0.8，A=1 960 mm2。

故：σ=N/ψA=237.11×1 000/(0.8×1 960)=151.22 MPa<[205]MPa。安全系數(shù)：205/151=1.36,滿足要求。

(5)導(dǎo)軌的計(jì)算。導(dǎo)軌采用雙拼[20b槽鋼，跨度為3 m，僅在爬模爬升時(shí)受力，承受架體及模板自重，其中內(nèi)傾側(cè)模板及架體重量為15 t(主要包括架體12 t，模板2.5 t，以及其它人員、機(jī)具等)，為其最大重量，分別由3榀導(dǎo)軌支撐。

故：q=15/3=50(kN)。

強(qiáng)度計(jì)算：M=0.125×50×32=56.25( kN·m)

σ=M/W=56.25×106/(191×2×1 000)=147.25 MPa<[205]MPa。安全系數(shù)：205/147=1.4,滿足要求。

剛度計(jì)算：△L=qH3/48EI=50×1 000×30 003/(48×2.05×105×1914×104×2)=3.58(mm)<[5](mm)，滿足要求。

4 液壓爬模的安裝

第一步：埋件固定于模板。在模板就位前，用M42×60的螺栓穿過(guò)模板面板上的孔(φ45)，將埋件固定在模板上。對(duì)于特殊定位尺寸，埋件通過(guò)定位螺栓與面板固定在一起，隨模板一起吊裝。

第二步：受力螺栓的安裝。混凝土澆筑后，卸下M42×60螺栓，模板后移，將受力螺栓M42×75擰入爬錐之中。

第三步：模板支架就位。將模板吊裝就位，支架卡在支座和受力螺栓上，插上安全銷。

第四步：埋件的取出。操作人員用套筒扳手和爬錐卸具將受力螺栓和爬錐取出，以備周轉(zhuǎn)時(shí)使用，接著用砂漿抹平卸去爬錐后留下的孔洞。

第五步：平臺(tái)架體的安裝。先安裝下平臺(tái)架體，然后安裝上平臺(tái)架體。在進(jìn)行下平臺(tái)架體安裝的同時(shí)將油缸安裝在主迎頭下口處；在進(jìn)行上平臺(tái)架體安裝時(shí)，應(yīng)注意連接模板的豎向主背楞上的孔朝向外側(cè)，以便于調(diào)節(jié)絲桿的安裝。

5 液壓爬模的爬升及拆除

(1)爬 升。液壓爬模爬升的流程為：混凝土澆筑完成→綁扎鋼筋→拆模后移→安裝附墻裝置→提升導(dǎo)軌→爬升架體→模板清理、刷脫模劑→將預(yù)埋件固定在模板上→合?！鷿仓炷?。

液壓自爬模爬升的具體步驟為：第一步：下層混凝土澆筑完成，綁扎上一層鋼筋。第二步：混凝土達(dá)到強(qiáng)度后拆模，調(diào)整斜撐使模板后傾脫離墻面，后移模板。第三步：將附墻裝置安裝在埋件系統(tǒng)上。第四步：提升導(dǎo)軌至上一層附墻裝置上。第五步：爬升架體至預(yù)定位置，插入承重插銷及安全銷；清理模板，刷脫模劑，將預(yù)埋件固定在模板上。第六步：合模，澆筑混凝土。

(2)拆 除。爬模的拆除利用現(xiàn)有塔吊配合爬模進(jìn)行。爬模拆除前，應(yīng)先清除爬模上的混凝土塊、扣件、活動(dòng)桿件等雜物，拆除后，及時(shí)將結(jié)構(gòu)周圈搭設(shè)防護(hù)欄桿。

6 結(jié) 語(yǔ)

液壓爬模面板采用整體式爬升，每節(jié)爬升高度可達(dá)6 m，每節(jié)施工時(shí)間為7～10 d，澆筑效率較高，機(jī)械化程度高，能有效保證混凝土的外觀質(zhì)量，可廣泛應(yīng)用于剪力墻、橋梁主塔、筒體等高聳構(gòu)筑物施工中。