4-6-29空心墩爬模施工工艺

1 前言

空心墩爬模法是由内、外侧模板、爬架与脚手架组成的成套施工设备进行墩身施工的一种方法。在大量运用中主要是爬架和模板的提升动力的不同引起了施工操作的变化，常见的有液压式、牛腿顶升式、架空索道和塔吊提升、依靠墩身钢筋或结构体用手动葫芦提升或用模板、爬架互为依托爬升等多种形式；其模板爬架的制造可采用专业厂家定制，也可采用工地自制，但需控制结构体外型大面平整、线条顺直、错台小、板缝密贴不漏浆。空心墩爬模法施工具有制造成本低、施工速度快、操作安全、质量高、劳动强度低等特点。

2 适用范围

适用于各种墩身截面，不同的墩身坡率和墩身高度和其他高耸结构物。

3 使用特点

（1）各种爬模，其结构的特性不同，使用时有不同的特点。

（2）减少垂直运输机械，减少模板及支架的重复支设，节省劳动力，降低工人劳动强度。

（3）设置预埋件、预留孔，操作简单，只需一般工人即可。

（4）爬模施工投资小，节约大量机具、材料和人工，经济效益高。

（5）模板附有吊架及全封闭安全网，施工安全可靠。

4工艺流程及操作要点

4.1工艺流程图

见图1。

4.2操作要点

4.2.1模板工程

爬模施工工艺外模采用的是大块钢模板或小块钢模板组拼成的大块模板，内模采用小块定型钢模和木模组拼，内外模加固，采用内撑外拉。通过在已浇节段混凝土的预留件（或预留孔）安装托架来锁定模板下端，利用模板爬架动力提升模板。

（1）模板设计。

1）外模设计。

①空心墩墩柱施工采用内部振捣器振捣时，主要受新浇混凝土对它的侧压力、冲击力，模板设计时所采用的荷载设计值，应取荷载标准值分别乘以相应的荷载分项系数γ1（见表1），然后组合而得。

表1 荷载分项系数γ1取值

F=0.22γct0β1β2ν1/2 （1）

F=γcH （2）

式中 F——新浇注混凝土对模板的最大侧压力（kN/m2）

γc——混凝土的重力密度（kN/m3）

t0——新浇混凝土的初凝时间（h），可按实测确定。当缺乏资料时，可采用t=200/（T+15）

T——混凝土的温度（°）

ν——混凝土的浇注速度（m/h）

H——混凝土侧压力计算位置至新浇混凝土顶面的总高度（m）

β1——外加剂影响修正系数，不掺外加剂时取1.0；掺具有缓凝作用的外加剂时取1.2

β2——混凝土坍落度影响修正系数，当坍落度小于30mm时，取0.85；50～90mm时，取1.0；110～150mm时，取1.15。

b.混凝土下料对模板的冲击力，按表2《倾倒混凝土时产生的水平荷载》采用。

表2 倾倒混凝土时产生的水平荷载

图2 模板构造

模板按照五跨连续梁计算，模板承受弯距值和挠度值需要的厚度按式（3）、（4）、（5）、（6）计算，取二者最小值。

按弯矩需要的厚度按下式计算：

（3）

整理得 

（4）

按挠度需要的厚度按下式计算：

（5）

整理得

（6）

式中 M——模板承受的弯距（N·mm）；

q——模型所承受的设计线荷载（N/mm）；

l1——肋的间距（mm）； 

b——模板的宽度（mm）；

h——模板的厚度（mm）；

E——模板的弹性模量；

I——模板截面惯性距，I＝1/12bh3；

fm——模板的强度设计值（N/mm2）。

③肋条纵或背楞检算。

纵肋为模板的支承，其间距l1由侧模板刚度来控制，纵肋由横肋来支撑，按两跨连续梁计算，其挠度按式（7）、（8）计算。

ω＝Kfq1 l24/100EtI≤[ω]＝l2/500 （7）

整理得 

l2= （EtI/4Kfq1）1/3 （8）

式中 l2——横肋间距（mm）；

ω——模板挠度（mm）；

[ω]——模板容许挠度l2/500 ；

Et——槽钢弹性模量；

I——模板截面得惯性距，I＝1/12bh3；

b——模板宽度（mm）；

h——模板厚度（mm）；

KW——系数，两跨连续梁，KW＝0.521；

q1——侧压力线荷载。

④横肋的截面选择

如图3所示（可根据各自墩身截面另行设计）：

图3 横肋长短边计算简图

对于长边，假定设置钢拉杆，则按悬臂简支梁计算，对于短边，不设钢拉杆，则按简支梁计算

Mmax=（1-4λ2）q1d2/8 （9）

横肋长边需要的截面抵抗距

W=Mmax/fm=（d2-4a2）q1/1508 （10）

对于短边按简支梁计算，其最大弯距按下式计算：

Mmax=（2-η）q2cl/8 （11）

横肋短边需要的截面抵抗距：

W=Mmax/fm=（2l-c）q2c/1508 （12）

式中 Mmax——横肋长、短边最大弯距（N·mm）；

d——长边跨中长度（mm）；

λ——悬臂部分长度a与跨中长度d的比值，即λ＝a/d；

q1——作用于长边的线荷载（N/mm）；

q2——作用于短边的线荷载（N/mm）；

c——短边线荷载分布长度（mm）；

l——短边计算长度（mm）；

η——c与l的比值，即η＝c/l；

W1、W2——横肋长、短边截面抵抗距（mm3）；

fm——槽钢抗弯强度。

⑤拉紧螺栓的选用。

横肋多采用双根槽钢组合成“工”字形，拉紧螺栓从两槽钢之间穿过，配合垫板利用螺母拉紧。螺栓受的拉力N，等于横肋处的反力。拉紧螺栓的拉力N和需要的截面积按下式计算：

N=1/2q3l1 （13）

A0=N/ftb=q3l1/170 （14）

式中 q3——作用于横肋上的线荷载（N/mm）；

l1——横肋的计算长度（mm）；

A0——螺栓需要的截面面积（mm）；

ftb——螺栓抗拉强度计算值，采用Q235钢，f＝170MPa。

2）内模设计。

一般采用小块定型钢模板和模板组拼，由枋木或钢管作内支撑杆、并设横向支撑加固模板。竖向倒角连接处应有一侧为锐角，便于脱模。

按侧模进行相应检算。

3）爬架设计。

爬模施工爬架根据爬升动力不同主要有三大类：液压式爬模、牛腿顶升爬模、托架定位提升爬模（通过架空索道、塔吊、手动葫芦等提升模板）。

①液压式爬模。

液压式爬模采用内爬外挂、分离模板、整体双臂双吊钩塔吊、液压爬升式爬模，主要由网架工作平台、中心塔吊、L形支架、内外套架、内爬支脚机构、液压顶升机构和模板体系组成。如图4所示。

图4 液压式爬模

工艺原理：以空心墩已凝固的混凝土墩壁为承力主体，以内爬支脚机构的上下爬架及液压顶升油缸为爬升设备，通过油缸活塞与缸体间一个固定一个上升，上下爬架间也是一个固定一个作相对运动，从而达到内套架交替爬升带动外套架爬升，最后形成爬模结构整体的上升。

②牛腿顶升爬模。

该型爬模为内架托、外挂架，由爬升架支腿、承重梁、内井架、顶面桁架网片结构、外吊架组成。如图5所示。

工作原理：在已浇混凝土墩身内壁预埋爬窝，利用内井架底部设置的双层伸缩梁爬升架，通过螺旋千斤顶交替爬升形成整个爬架上升。（也有不设螺旋千斤顶，在具有一定强度的新浇混凝土顶面设过梁，用链条葫芦提升。）

③托架定位提升爬模，见图6。

该型爬模采用外架托、内落地井架，由爬模托架系统、外模及工作架系统、内模及内井架系统和塔吊、手动链条葫芦等动力系统组成。

图6 托架定位提升爬模

工作原理：在已浇混凝土墩身外壁预埋托架锥窝，利用爬模托架支托外模，对穿拉杆锁紧内、外模板，其动力是通过塔吊或架空索道或依附钢筋笼或劲性骨架用手动链条葫芦分块提升模板和爬架上升。

4）预埋件（预留孔）设计。

在爬模设计中，主要通过预埋件或伸入预留孔的支承杆来支撑爬升架和固定模型，因此其设计至关重要。预埋件见图7。

（a）承受剪力荷载 （b）承受纯弯荷载

（c）承受轴心受拉荷载 （d）承受弯剪荷载

图7 预埋件

根据爬架设计，不同受力情况的预埋件计算：

①承受剪切荷载的预埋件计算。

K1Vj≤μ（AS1 + AS2）fsv （15）

式中 K1——抗剪强度设计安全系数；

Vj——用于预埋件的剪切荷载；

μ——摩擦系数，μ=1；

AS1、AS2——下部及上部钢筋截面积，当为双排锚筋时，AS1=AS2；

fsv ——钢筋在混凝土中抗剪强度设计值，取0.7 fst。

②承受纯弯荷载的预埋件计算。

K2Mj≤h0 AS1fst （16）

式中 K2——抗弯强度设计安全系数；

Mj——作用于预埋件的纯弯矩，Mj =Fl；

h0——加荷牛腿顶点至受拉锚筋的距离；

fst——锚筋抗剪强度设计值。

③承受轴心受拉荷载的预埋件计算。

K3Fj≤ AS fst/ （sinα+cosα/（μ1μ2）） （17）

式中 K3——抗剪力强度设计安全系数； 

Fj——作用于预埋件的拉力；

AS——总锚筋面积，为AS1+AS2；

α——外力F与预埋件的轴线夹角；

μ1——系数，与α角的大小有关，当α=30°，μ1=0.9；α=45°；

μ1=0.8；α=60°，μ1=0.7；

μ2——摩擦系数，μ2=1。

④承受弯剪荷载的预埋件计算。

K1Vj≤1.5AS1fst1+AS2fst2 （18）

K2Mj≤0.85h0AS1fst1 （19）

式中 fst1、fst2——分别为锚筋AS1、AS2的计算抗拉强度设计值

⑤操作平台和安全设施。

爬模拆除、预埋件安、拆，钢筋绑扎，混凝土浇注、养护、修整，均需施工人员在相应的平台来实现，因此根据爬模设计的特点应考虑在外模和爬架上设置相应的操作平台和内外挂架，外架外侧挂密目安全网防止坠落事故。内、外架设置钢筋梯便于操作人员上下，在已成型的部分墩身上应将爬梯固定。

（2）模板加工。

1）加工标准。

按照批准的加工图和《钢结构工程施工及验收规范》进行加工。质量标准如下：

外形尺寸：－3 mm；

对角线：－5 mm；

板面平整度：2mm；

板边平直度：±2mm；

螺孔位置：±2mm；

螺孔直径：+1mm；

焊缝：按图纸要求。

2）质量验收。

在厂家或施工现场进行自由状态下预拼装，根据设计图纸和《钢结构加工质量标准》进行验收，检查模板的长、宽、高、螺栓孔直径、间距、大面平整度、接缝错台（含节间接缝）、焊接质量等。检查合格后，对模板编号，并在模板上标注中心线、控制基准线等标记。

3）运输存放。

根据模板的长度、重量选用车辆；模板在运输车辆上的支点、两端伸出的长度及绑扎和包装方法均须保证模板不产生变形、不损伤涂层。

模板存放场地平整坚实，无积水。按照规格、型号、安装顺序分区存放；模板底层垫枕须有足够的支承面，防止支点下沉。相同型号的模板垫放时，各层的支点在同一垂直线上，防止模板被压坏或变形。

（3）模板安装。

1）墩底零节处理。

为了方便配板和脱模，爬模施工工艺要求在墩底设置零节模板。零节模板上端与墩身爬模模板相连接，下端直接支承在承台上，最先拆除的一块模板下端与承台的接触边设计为锐角，方便脱模。采用塔吊或汽车吊配合安装外模、内模，混凝土浇注至计算零节高度。

2）附墙件的埋设。

根据爬架设计，在零节钢筋绑扎完成、模型安装前将附墙件对应的位置精确测设标注，并将制作好经检查合格、通过验收的附墙件埋设在对应位置，保证深度、方向、标高一致。在附墙件周围设置U型或井字型钢筋牢固定位在主筋上。

3）爬架与模板的安装。

在零节模型拆除后，清理干净附墙件，以保证爬架的安装精度。按爬架设计要求先安装托架、牛腿等支撑结构，由下而上依次吊装爬架。对照设计检查各系统是否安装准确，并运作正常。

然后按先安装外模、再安装内模的安装顺序架立模板。按设计板块进行组拼，定位、钻拉杆孔位；模板组拼好后清除面板锈迹，打磨平整刻痕，涂刷脱模剂。在背面安装固定外模施工挂蓝，悬挂安全网。钢筋施工结束后，利用塔吊或汽车吊吊装至设计高度，以3T链条葫芦微调悬挂固定，收紧连接螺栓、穿墙拉杆将模板固定在墩身混凝土上。模板内支撑主要靠搭接部分的混凝土和钢筋骨架上设置的支撑垫块来实现。为防止板缝漏浆，将模板的每边均设lcm搭接，墩身混凝土与模板的搭接处设厚度1.5cm的海绵，用万能胶将其固定在模板上。

（4）模板的拆除、整修、涂刷脱模剂、爬模的爬升。

钢筋安装好后，进行模板的拆除、整修、涂刷脱模剂和爬升，顺序为先外后内、先上后下逐块进行。

1）预松拉杆、脱模板，拆除相邻模板之间的连接，并把操作平台上的机具料清理干净。

2）起吊扣件锁紧后，利用托架和链条葫芦将模板悬吊后移固定。

3）用长把平刮刀清除模板板面残留的混凝土，注意不得将板面挂伤。如肋边发生翘曲、弯折、板面发生变形时，需进行矫正平直，开焊处要补焊牢固，并将面板清理干净。

4）用滚筒在模板表面均匀涂刷同一品种的脱模剂，

5）利用爬架的提升动力提升模板。

（5）墩顶与实心段（横梁、系梁）的衔接处理。

在墩顶实心段施工时，预先埋好带螺栓的预埋件，当拆除模板后，安装作为工作平台骨架的三角架，在三角架上布置工字钢，铺设枋木，作为施工平台进行墩顶实心段的施工。在墩顶预埋U型钢筋，作为模板、三角架拆卸时的运输设备。墩顶实心段示意图见图（8）。

4.2.2 钢筋及预应力筋工程

（1）钢筋及预应力筋的检查与验收。

钢筋进场检查出厂质量证明书或试验报告，每捆（盘）钢筋的标牌，并分批验收堆放。验收内容包括对标牌、外观质量检查及力学性能，合格后方可使用。

热轧钢筋表面不得有裂缝、结疤和折叠。钢筋表面的凸块不允许超过螺纹的高度；冷拉钢筋表面不允许有裂纹和缩颈；预应力筋表面不得有折断、横裂和相互交叉的钢丝，表面无润滑剂、油渍和锈坑。

钢筋进场时按国家标准的规定取试件做力学性能检验，其质量必须符合有关标准的规定。

（2）钢筋及预应力筋的加工。

钢筋一般在加工场加工，然后吊运至墩身现场安装或绑扎。墩身主筋采用直螺纹套筒连接，箍筋、钩筋等采用闪光对焊连接，然后按照设计图纸尺寸及规范要求进行下料、弯曲。

预应力筋按照设计尺寸，采用圆盘锯切割下料，预先编束穿入波纹管道内，整体吊装至施工现场进行安装。严禁使用电或氧弧焊切割。

（3）钢筋及预应力筋的安装。

钢筋的安装应与模板安装配合，墩身钢筋安装一般在模板安装前进行。用起吊设备吊运至施工现场，直立钢筋采用先调直上、下钢筋轴线，采用扭力扳手拧紧直螺纹套筒，两头旋入套筒的长度一致。箍筋、钩筋安装应按照设计先划线，然后摆料、绑扎。

按照设计或规范要求设置钢筋的保护层厚度。工地常采用预制水泥砂浆垫块或购置给定高度的塑料垫块支垫在钢筋与模板间，控制保护层厚度。

预应力筋多设计在墩顶实心段位置，后张法施工。严格按照设计图纸位置、尺寸、间距等采用U型钢筋对波纹管定位，张拉端采用锚盒保护，防止漏浆；在模板上开窗伸出墩外，确保张拉所需要的工作长度。预应力筋安装时，要求线形顺直、定位牢固，防止混凝土浇注过程中移位。

（4）主筋架立的稳定性及其采取的技术措施。

墩身主筋架立时，因主筋购置长度一般为7～9m，单根接长时，稳定性较差，未绑扎成型之前，必须采取相应的防倾倒措施。可按照墩身断面尺寸及钢筋位置，用角钢或钢管制作骨架立于墩身适当位置，在骨架顶标出钢筋位置，采用U型钢筋准确定位，主筋从骨架上方的U型钢筋内直接穿入，实现与前一节段主筋连接。

（5）预应力筋的张拉控制。

待墩身混凝土达到设计要求的强度时，方可进行预应力筋的张拉。预应力筋以应力和伸长量双控，多以应力控制为主，用伸长量进行校核，实际伸长值与理论伸长值的差值应控制在±6%范围内。 

4.2.3 混凝土工程

（1）混凝土配合比设计。

空心墩爬模施工混凝土采用塔吊吊装或泵送，要求和易性能好，不易产生离析、泌水现象，并且墩身内、外侧钢筋密集，因此细骨料比例稍大，粗骨料的粒径应小一些，坍落度控制在120～160mm即可。

（2）混凝土材料的采购与质量控制。

1）水泥。采购与要求配置的混凝土强度等级相适应的水泥。要求收缩小并节约水泥。

2）粗骨料。采购坚硬的卵石或碎石。按产地、类别、加工方法和规格等不同，按现行《公路工程集料试验规程》分批进行检验。

3）细骨料。采购级配良好、质地坚硬、颗粒洁净、最大粒径小于5mm的中粗砂。

4）水。选择的水必须不含有影响水泥正常凝结与硬化的有害杂质或油脂、糖类及游离酸类等。

5）外加剂。采购改善混凝土拌和物流动性能的高效减水剂，其掺量不得大于水泥质量的5%。

（3）混凝土拌制、运输、入模浇筑程序与捣固。

1）混凝土拌制。

使用强制式搅拌机进行集中搅拌，搅拌延续时间根据搅拌机类型、混凝土坍落度等情况确定，时间不足时拌合物将达不到均匀要求，时间过长时拌合物可能产生离析。

搅拌机搅拌的转速须严格控制，以减少拌合物的离心作用，不得为缩短搅拌延续时间而使转速超过该机规定的转速。

2）混凝土运输。

根据混凝土的浇筑数量、混凝土凝结时间、浇筑速度、运输时间、搅拌机生产率等情况，确定运输机具的类型和数量。必须使浇筑工作不间断，并使混凝土拌合物运到浇筑地点时不离析并保持良好的均匀性。当混凝土拌合物运距较近时，可采用无搅拌器的运输工具；当运距较远时，须采用搅拌运输车。

3）混凝土入模浇筑程序。

下节混凝土顶面经过凿毛处理，洒水湿润后浇筑上节混凝土。

混凝土采用塔吊吊装或输送泵泵送至墩顶，通过漏斗、挡板等防离析装置，再由串筒缓慢入模，串筒一般用多节上大下小的管筒连成，可用薄钢板制作，各管筒之间用钩环连接。分层浇注混凝土，每层最大厚度30cm。串筒上口挂在漏斗上或焊接在一起，通过起吊设备一起移动。

4）混凝土捣固。

采用插入式捣固器捣固，按照直线行列移位或交错行列移位，一般以振动作用半径的1.5倍作为移动间距。振动器的移动距离，保持一定的规律，防止漏振或过振。振动棒与侧模保持50～100mm的距离，并避免碰撞模板、钢筋以及其他预埋件。

振动深度一般不超过振动棒长度的2/3～3/4倍。振动时不断上下移动振动棒，以便捣实均匀；插入下层混凝土的深度50～100mm，并在下层混凝土初凝前振动完成其相应部位的上层混凝土，使上下层混凝土紧密连结。

振动时间一般根据现象判断，当出现混凝土不再有显著的沉落，不再出现大量的气泡，混凝土表面均匀、平整、并已泛浆，即可停止。

（4）混凝土养护。

混凝土浇筑成型后水泥硬化时，及时洒水养护，养护用水条件与拌和用水相同。墩顶裸露面可用麻布覆盖，并经常洒水，使覆盖物湿润。墩身模板在爬升前，应经常洒水，确保模板湿润。

混凝土的浇水养护时间，根据水泥品种、气候条件及养护方法确定。在相对湿度大于60%的潮湿环境中养护，不宜少于7天；在相对湿度小于60%的干燥环境中养护，应延长至14天。

（5）混凝土拆模。

内、外模板的拆除，在混凝土强度能够保证其表面及棱角不因拆模而受损坏后方可拆除，一般须达到2.5MPa的抗压强度。

先外后内、先下后上进行拆模板。当上节钢筋安装好后，起吊扣件必须扣紧模板的吊点，相邻模板之间无连接的情况下，方可拆模爬升。

（6）预埋件拆除、预留孔封堵与混凝土表面修整。

在墩顶预埋吊点，方便人员、机具材料运输。进入上部施工阶段方可拆除墩顶预埋件，然后凿除表面5厘米混凝土，切割外露的预埋部分，用与墩身相同标号的水泥配置泥胶补填空洞，保证墩身表面色泽一致。

5机、料具计划表

见表3。

表3 机、料具计划表

见表4。

表4 劳动力组织计划表 

（1）进入施工现场人员必须戴安全帽，高空作业人员必须系安全带。

（2）工作面上的荷载（包括人员、工具、材料等），不得超出设计的规定；且应分布均匀，避免荷载集中超出设计范围。

（3）工作面上的材料应及时清理，保持工作面规整畅通，不得乱堆乱放工具材料，以免影响作业安全和发生坠物伤人。

（4）模板爬升作业时，必须正确选择模板吊点的位置，合理穿挂索具，由专人负责指挥、检查。必须待模板完全脱离混凝土面，相邻模板之间无连接的情况下，才能进行爬升。

（5）墩身下方设警戒区，禁止人员进入。模板爬升时，应配有专人指挥和监护，并做好相邻模板之间的防护工作。

（6）六级以上大风应停止模板作业，冬天下雪后须清除积雪并经检查确认，确保安全操作时，方可作业。

8 质量控制标准

（1）严格控制主筋机械接头丝头的加工质量，对中径尺寸、螺纹加工长度、螺纹牙型严格检查，不合格的丝头必须切割重新加工。安装过程中，应使两个丝头在套筒相互顶紧，套筒每端外漏不得超过一个以上的完整丝扣。

（2）严格控制钢筋焊接接头的加工质量，对钢筋轴线、接头质量等严格检查，不合格的焊接接头必须切割重新焊接。

（3）为保证两节混凝土墩身接头处表面光滑平顺，在模板设计时上下模板块数应相等，按照预拼装时的编号顺序安装。当采用两层以上的模板进行组拼时，下层模板安装完成并整体连接好后，方可进行上层模板的安装。

（4）为保证墩身截面尺寸准确，内模撑杆必须撑紧，其尺寸误差不得超过±2mm。

（5）模板安装好后，采用全站仪对墩身中线及水平进行复核，如有偏差，需校正好后方可进行混凝土的浇注。

模板安装偏差及检验方法见表5，预应力钢束制作、安装允许偏差见表6，混凝土施工质量标准见表7。

表5 墩身模板允许偏差和检验方法

9 结束语

空心墩爬模施工工艺是很多高墩施工常规选择的一种施工方法。在实际施工中，只有经过系统和全面的准备，作好施工设计，且在每一道施工工序中严格按照工艺要求进行作业；并应根据其自身的特性和条件进行调整，以满足施工要求和质量标准，才能控制好墩身质量、加快施工进度，降低施工成本、确保施工安全。