4629空心墩爬模施工工艺.docx
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4629空心墩爬模施工工艺
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
荷载类型
γ1
新浇混凝土时对侧模板的压力
1.2
倾倒混凝土时产生的水平荷载
1.4
a.新浇注混凝土作用于模板的最大侧压力按式
（1）和式
（2）计算，并取二式中的较小值：
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
序号
向模板内供料方法
水平荷载（kN/m2）
1
用溜槽、串筒或导管输出
2.0
2
用容量0.2及小于0.2m3的运输器具倾倒
2.0
3
用容量小于0.2～0.8m3的运输器具倾倒
4.0
4
用容量大于0.8m3的运输器具倾倒
6.0
②模板主要是由钢面板、槽钢或角钢纵肋、两根槽钢组合的横肋和穿墙拉杆等组成，其结构如图2。
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＝Kfq1l24/100EtI≤[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0.7fst。
②承受纯弯荷载的预埋件计算。
K2Mj≤h0AS1fst（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≤ASfst/（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：
－3mm；
对角线：
－5mm；
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
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