变截面高塔柱悬臂爬模施工工法

1.前言

随着科学技术的迅速发展和工程设计水平、施工技术的不断提高，出现了一大批诸如电视塔、悬索桥索塔、和斜拉桥、高桥墩等高耸结构物。在高耸结构物混凝土施工方面，国际国内开发了许多先进的模板技术，如爬模技术、滑模和悬臂爬模技术、液压升降台模技术、悬架式台模技术、立柱式台模技术、内升外挂高层整体模板提升施工技术等。

2006年8月至2006年12月，中铁七局集团有限公司在湖北恩施施州大桥施工中，针对人字型变截面索塔施工问题，在吸收借鉴滑模和翻模的基础上，研制出一套适合变截面高塔的悬臂爬模技术，采用此施工工艺解决了一般模板无法处理的变截面的问题，并在施工过程中有操作简便、质量及安全稳定、易改装、可调节性强、省工省料等优点。结合工程开展研究的科技项目《变截面高塔柱悬臂爬模施工技术》于2008年12月22日由中国中铁股份有限公司进行了鉴定，对施工的关键技术和工艺进行总结形成了本工法。

2.工法特点

2.0.1采用可分离式支架和模板，对模板进行改装后可适合不同弧度变化的截面。

2.0.2 悬臂支架设有斜撑，可方便地调整模板的垂直度，后倾最大角度能达到30°；借助调节螺杆机构，模板可相对支架作上下调节，使用中斜

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度角度控制灵活。

2.0.3支架、模板及施工荷载全部由预埋件总成承担，不需另搭脚手架，适于高空作业。抗风系统将爬模固定在高墩上，抵抗高墩的风荷载，极大提高了爬模施工安全性。

2.0.4爬模直接挂在埋件系统承力楔块上，方便塔吊提升，缩短了爬模的提升时间。

2.0.5一次提升仅需要预埋一层不可周转的埋件板和高强螺杆，预埋数量少；其余构件如爬锥、受力螺栓可周转使用，节省材料。

3.适用范围

本工法适用于各种变截面形式的悬索桥索塔、和斜拉桥索塔、高桥墩、电视塔、大坝、混凝土挡土墙的混凝土衬砌等结构的模板施工。

4.工艺原理

4.0.1支承系统：利用爬锥、受力螺栓、高强螺杆、埋件板构成埋件系统，将爬模桁片及模板固定在高墩上，以塔吊做为提升装置将支架安装于支承系统装置上。同时设有抗风系统保证高墩施工的安全性。

4.0.2 外模的调整和加固原理：2片桁片由钢管连成一整体由塔吊提升或由葫芦提升，在桁片上设有横向背楞，可以作为多面收坡使用。调节面板到需要的倾斜度，锁定斜撑和面板的支点，将后移装置和面板的螺栓扭牢固，以此保证混凝土浇注中不会发生变形。

4.0.3圆弧面模板的处理：对于圆弧面的不同弧度要求，将面板中的方木横带设置不同高度，通过高度的不同变化调整近似为圆弧。

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4.0.4提升系统：埋件系统承力楔块设计为外挂架，取出安全销后可以直接提升和安装。待爬模提升后人到装修平台即可拆卸重复使用的爬锥和高强螺栓及承力楔块。

5.施工工艺流程及操作要点

5.1施工工艺流程

5.1.1施工工艺流程如图5.1.1示。

在待浇注的高塔内安 装埋件板和高强螺杆 浇注混凝土 N 次 循环 吊装爬模吊架系统 根据高塔弧度对 模板进行改装 对模板进行平面和垂直度测量和调整 根据高塔角度调 整模板垂直度 在待浇注的高塔内安 装埋件板和高强螺杆

图5.1.1

5.2操作要点 5.2.1预埋件安装

1、合模板前，预先将爬锥、受力螺栓、高强螺杆、埋件板固定在模板的面板上。要求爬锥与混凝土接触面及内部螺纹均抹上足够黄油，外包塑

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料薄膜，保证爬锥在砼浇筑完后且爬模提升完后能顺利取出。

2、预埋件安装完后，需检查埋件板外表面至模板表面距离是否符合设计要求。

3、预埋件与建筑钢筋有冲突时，应预先将爬锥适当移位，保证预埋件顺利安装。

4、埋件安装顺序如表5.2.1所示。 5.2.2混凝土浇筑如图5.2.2所示：

1、合模板前，检查预埋件是否安装就位，预埋件是否与建筑钢筋冲突，模板表面是否清理且抹上了脱模剂。

2、通过后移装置将模板贴近砼上沿表面，调整模板的垂直度和平整度。 3、插好镀锌拉杆的插销。

表5.2.1

步骤

示意图 - 4 -

说明 在模板就位前，通过模板面板上第一步： 埋件固定于模板 的孔，将埋件用M36x60的螺栓固定在 模板上，对特殊定位尺寸，埋件通过定位螺栓与面板固定在一起，随模板一起吊装。 第二步： 受力螺栓的安装 混凝土浇筑后，卸下M36x60螺栓，模板后移，将受力螺栓安装在爬锥上。 第三步： 模板支架就位 将模板吊装就位，支架卡在受力螺栓上，插上销子。 人在吊平台上用套筒扳手和爬锥第四步： 埋件的取出 取出器将受力螺栓和爬锥取出，以便重复利用，同时用砂浆抹好由爬锥留下的孔。 - 5 -

图5.2.2

5.2.3模板提升步骤循环如表5.1.3。

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表5.2.3 步骤 示意图 说明 a第一次砼浇筑完后，拆除模板及支架；清理模板表面杂物； b吊装爬架，按设计图纸将爬架挂在相应第一次爬升 的埋件点上； c 通过可调斜撑调整模板的垂直度； 通过锚固装置将模板下沿与上次浇筑完的砼结构表面顶紧，确保不漏浆和不错台。 第二次和第二次以上提升 a 在第一次爬升的爬架下安装吊平台以便拆除可周转的埋件; b 清除模板表面杂物; c 按设计图纸把爬架吊装就位; d 拆除前一次可周转的预埋件，以备用。 5.2.4悬臂爬模模板的倾斜度调整

1 面板几字钢梁、后移装置、斜撑组成可调节三角形，连接角使用活动螺栓。

2 后移装置与锚固设备保持固定，斜撑与面板几字钢梁的活动螺栓做上下移动调整模板的倾斜度，调节后倾的角度的范围在30°以内。

3 调整角度到位后，将所有活动螺栓，即“垫圈﹢弹簧垫圈﹢双螺母”来安装。螺母紧固扭距为100―150N.M,安装完成后螺栓必须高出螺母3扣

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以上。

4 用芯带销插入横肋和可做上下移动的斜撑支点共同的固结孔中，以保证模板在浇注过程中倾斜度稳定。

5 面板几字钢梁两边对穿φ22拉筋，纵向布置间距为1米，横向布置间距为0.6米，增强模板刚度。 如图5.2.4所示

图5.2.4 变截面模板大样

5.2.5悬臂爬模模板的弧度改装

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1、将需要改装的爬模模板的面板、方木横带、几字型工钢拆除分离。 2、根据圆弧不同的弧度依次调整方木横带的高度，根据弧度变化顺序安装不同高度的方木横带于几字型工钢上，方木横带之间的间距保持在20厘米。

3、将面板（进口维萨板，柔韧性强，耐磨耐弯）逐一钉于方木横带上，方木横带的折线型渐变为面板的圆弧弧度。

如图5.2.5所示

XXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXX图5.2.5模板圆弧调整大样

5.2.6 爬模模板倒角设置

1、阳角模板采用斜拉座及斜拉杆进行连接，45度斜向受拉，使阳角模板咬合严实。

2、高塔圆弧度区域里横向宽度在缩短，为了截面的角部操作方便起见，将已经显得较长的模板削减到适合操作的程度。

5.2.7 测量控制

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施工高塔过程中复核模板主要用全站仪进行垂直度、平面位置、高程控制，每一阶段复核两次，分别为模板拼装完毕和浇注混凝土前。如有偏差及时纠正，保证混凝土形体变形在2厘米以内。纠偏办法：通过手拉葫芦一端挂于劲性骨架将存在偏差模板调整到位。

5.2.8后移模板

1、砼浇筑完后并达到一定强度，经相关管理人员同意，可松动模板，但不拆模。

2、待上层钢筋绑扎完后，经检查，上层平台无危险易坠物，方可拆模板。

3、拆模板之前，应将模板上所有的受力螺栓拧下，确保模板与砼无连接。

4、先通过斜撑，将模板调为略向后倾2°左右，使模板与砼面脱离。 5、通过后移装置，将模板后移50～60公分，然后插镀锌拉杆的插销。 5.3劳动力组织（见表5.3）

表5.3 劳动力组织情况表

序号 1 2 3 4 5 6 单项工程 管理人员 技术人员 架子工 模板工 起重工 杂工 所需人数 3 6 8 8 10 4 备注

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6.材料与设备

6. 1悬臂爬模材料（以施州大桥高塔为例）,如表6. 1所示

表6. 1

材料名称 工字钢 槽钢 钢梁 面板 方木 辅助材料

规格型号 Ⅰ14a ［20a 宽度为10cm几字型 δ=21mm维萨板 单位 kg kg kg M2 M3 kg 数量 730 5500 4850 150 10 3450 备注 6. 2机具设备 如表6. 2所示

表6. 2

序号 设备名称 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 导链 塔吊 手拉葫芦 千斤顶 钢管 爬模桁片 埋件系统 抗风系统 互通天桥 麻绳 木板 安全网 设备型号 3吨 MC110 5T 10T穿心式 Φ48*3mm Φ30mm 30cm 单位 数量 个 台 台 台 吨 个 个 个 个 台 M2 M2 6 1 6 8 6 12 12 12 1 2 用途 提升模架 连接桁片 横向辅助牵引 备注 浇注第一阶段调模使用 拓宽施工平台 长2米 200 施工平台 100

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7.质量控制

7.1工程质量控制标准

7.1.1施工总体质量执行《公路桥涵施工技术规范》。 7.1.2高塔的一般尺寸允许偏差符合表7.5-1的规定。

表7.5-1

项目 地面处水平偏位 倾斜度 断面尺寸 规定值或允许偏差（mm） 10 塔高的1/3000，且不大于30或设计要求 ±20 7.2质量保证措施

7.2.1质量目标：用模板浇注出来的砼表面平整光滑，线条顺直，几何尺寸准确，色泽一致，无蜂窝、麻面、露筋、夹渣和明显的汽泡，模板拼缝痕迹有规律性，结构阳角方正且无损伤。

7.2.2模板在灌注砼前务必保护处理好板面，模板表面除锈，涂刷色拉油（或60%的机油与40%的柴油掺合），防止模板与砼不脱现象出现，涂色拉油时，色拉油要涂摸均匀，达到模板表面油光但无油痕为准，不得漏涂。模板开始使用后每次混凝土浇筑完毕必须对模板面进行清理，先用磨光机将模板表面的灰浆清理下来，再用纱布将模板擦干净，并采用洗衣粉对水清洗一遍。在模板就位前认真涂刷色拉油。(决不允许在模板就位后刷涂刷色拉油,防止污染钢筋与混凝土接触面)。

7.2.3为防止阳角模板漏浆，阳角交接处，应贴双面胶条，然后将阳角合紧。

7.2.4砼吊斗严禁冲击顶模，造成模板几何尺寸不准，变形。

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7.2.5用专用量具量取L值或取钢条横在爬锥孔外的墙面上，伸进卷尺量取值L。要求L≤104mm(检算得)，凡L值大于规定值的必须采取措施加固埋件总成。

7.2.6受力螺栓拧到支座与爬锥相抵，要求螺栓拧入爬锥的深度应不少于70mm，保证受力螺栓和爬锥间力的传递。

8．安全措施

8.0.1桥梁施工中高处作业必须设置防护措施，并符合JBJ80-91《建筑施工高处作业安全技术规范》的要求。按照GB3608-83《高处作业分级标准》实行分级级管理。

8.0.2排除模架吊升过程中任何有碍吊升的障碍物,否则会造成无可挽回的损失。确认已全部解除拉结及清除障碍后方可进入模架的吊升阶段。吊升模架的过程中决不能碰及电源、电缆等电气设备。

8.0.3解除所有待提升各榀悬臂模板模架间的密目网拉结，检查架体结构中采用普通脚手架杆件部分，其搭设质量应达到要求。

8.0.4悬臂模板模架下方外围十米为警戒区，警戒区有明显标记并有专人维持，严禁人员出入。吊升过程要有人盯位，严禁操作人员在模架上行走。根据爬模重量要求塔吊最小起吊质量：20米范围内为5吨。

8.0.5总指挥用扩音器通知悬臂模板模架上非悬臂模板操作人员一律撤离悬臂模板模架并确认已撤空后下令吊升。允许将各侧的这几个悬臂模板模架组装后整体吊升，但要求操作人员必须撤离该侧模架。

8.0.6模架吊升到位后必须及时按使用状态要求进行附着固定。在没有

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完成架体固定工作前，施工人员不得擅自离岗或下班，也不准将未完成的工作交给下一班，未办交付使用手续不得投入使用。

8.0.7悬臂模板模架吊升到位并且固定后，必须通过以下项目检查 1模架已按使用状态下的设计要求固定完毕，所有螺栓连接已拧紧，各承力件预紧程序应一致。

2扣件接头无松动 3所有安全防护已齐备

8.0.8悬臂模板模架的使用必须遵守设计性能指标的要求，不得随意扩大使用范围，架体上的施工荷载必须符合设计规定，严禁超载，严禁放置影响局部构件安全的集中荷载，并及时清理架体，设备及其它构件上的建筑垃圾和杂物。外筒上不允许堆料。注意钢筋不能一次性吊装到位，要按照施工顺序，分批吊装。

8.0.9模架在使用过程中严禁进行下列作业 1利用架体调运物料

2在架体上拉吊装缆绳（索），钢结构、钢筋校正等作业都不准拉外架 3在架体上推车

4任意拆除结构件或松动连接件 5拆除或移动架体上的安全防护设施

6起吊物料碰撞或扯动架体。钢结构柱、梁吊装要注意不要碰撞架体。 7其它影响架体安全的作业

8.0.10悬臂模板模架使用过程中按规定每月进行一次全面的安全检

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查，不合格部件立即改正。

8.0.11螺栓连接件等应至少每月维护保养一次。

8.0.12悬臂模板模架的拆除工作必须按专项施工组织设计及安全操作规程的要求进行，拆除工程前应对施工人员进行安全技术交底，拆除时应有可靠的防止人员和物料坠落的技术措施，禁止抛扔物料。

8.0.13拆下的材料和设备要及时进行全面的维修保养，出现以下情况之一时，必须予以报废

1焊接件严重变形且无法修复或严重锈蚀 2螺纹连接件变形、磨损、锈蚀或螺栓损坏 3其它不合格设计要求的情况

8.0.14遇五级以上（含五级）大风、大雨、大雪浓雾和雷雨等恶劣天气时禁止进行模架顶升和拆除作业，并应预先对架体采取加固措施。

8.0.15模架吊升时操作人员应配戴安全带、安全带应妥善系牢在不动架上，各平台上的所有物品应妥善放置，不得滚动或掉落。

8.0.16模架架体外侧必须使用密目安全网（≥800目/100cm2）围挡，密目安全网必须安全可靠地固定在架体上，不准随意拆解安全网。模架吊升后安全网要及时恢复。

8.0.17架体底层的脚手板必须铺设紧密，且应用平网及密目安全网兜底，底层脚手板靠墙一侧还应设可拆卸的翻板构造，模架吊升时可翻起，吊升结束立即翻下翻板，防止物料坠落。

8.0.18模架每个作业层内、外侧必须设上下两道防护栏杆（上栏杆高

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度1.2m，下栏杆高度为0.6m）和踢脚板（高度为180mm）.

8.0.19浇筑砼前必须检查支撑是否可靠、扣件是否松动。浇筑砼时必须由模板支设班组设专人看模护模，随时检查支撑是否变形、松动。混凝土浇筑养护后退模，模板一经后移，立即在模板上口和下口墙面与模板间满拉大眼安全网，一直维持到合模为止。

8.0.20信号工和塔吊司机要协调好，模板吊升应轻吊轻放。 8.0.21支座是用受力螺栓压紧在爬锥上的，受力螺栓是六角螺栓，其材料45钢(或40Cr)，紧固扭距为150―200N.M，材质处理RC25―30，必须保证六角螺栓的热处理质量，每一根六角螺栓都必须经过探伤，确认无任何形式的裂纹（包括材料的原始裂纹，锻造裂纹，淬火裂纹）。

8.0.22严禁在悬臂模板架上堆放重物，悬臂模板架主平台设计荷载3KN/m2，上平台及吊平台为0.75KN/m2。

8.0.23固定天桥的横梁要牢固，不能出现可能的松动情况。

9.环保措施

9.0.1 抓好环保教育,提高全员环保意识。

9.0.2合理安排模板改装过程中多余面板的处理，现场施工中产生的建筑垃圾运送至当地政府部门指定位置填埋，防止污染河水。

9.0.3 所有施工机械、动力设备应经地方环保部门的检测，噪音、废气排放等指标达标后才能使用。

9.0.4本工法与翻模施工方法比较可以节约如木材等不可再生资源。

10.效益分析

10.1本工法的爬模总重轻、设计轻便、投入较小，舍弃了80年代的整

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体钢管桁片老式施工方法，经济效益显著，也为以后持续发展为液压爬模提供了可靠的决策依据和技术指标保证。悬臂爬模加上液压系统、导轨就变为液压爬模，该工法极大促进了高墩施工技术进步。（以恩施市施州大桥为例，爬模和翻模对比）

10.1.1 节省工期

用翻模和爬模对比，仅模板拼装，翻模每次需要24小时，爬模为一体吊装，仅需4-6小时。以66米高塔为例，按每次浇注高度4.5米为准，需要拼装模板15次，正常施工下爬模比翻模少用12天时间。

10.1.2 节约人工

每天投入人力50人计算，60元/工日，混凝土泵机月租35000元，装载机月租12000元；按节余12天算，人工费节省36000元，机械费节省18800元；共节约成本54800元

10.1.3节约材料

1、爬模一次性购买费用为260000元；如采用翻模初步计算需要钢材80吨，如外委加工制作，每吨为6500元，共计520000元。同比爬模较翻模节约成本260000元。

2、爬模不需要脚手架，而翻模需要搭设脚手架，共需要脚手架钢管70吨，租费为8元/吨/天，施工时间为120天，合计租费为67200元。

以上总计节约382000元。 10.2社会效益

本工法与其它模板对比，大大减少材料的用量；减少对机械的使用，

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降低对环境的污染；避免塔身施工缝和模板缝的出现，提高了混凝土表观质量。得到了业主、设计及监理单位的好评。

11.应用实例

11.0.1 恩施市施州大桥为独塔单索面斜拉桥，主塔高66.35米，双肢人字型构造。上塔柱截面为660cmx400cm长方形，四周设20cmx20cm倒角，为斜拉索锚固区域。下塔柱在纵桥向渐变成人字型，其中下塔柱的双肢在塔底处内侧间距为4.868 m，并沿着高度方向以82度的斜率向内收缩；下塔柱的双肢在塔底处外侧先以75度的斜率向内收缩，后以R50m的圆弧过渡转为垂直向上。

该塔06年8月开始施工第一节，06年12月施工完毕。整个施工过程无任何安全事故，砼表面呈镜面效果，曲线线形优美大气，受到监理、业主和当地市民一致好评。

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