国内现代桥梁高塔施工液压爬模系统应用现状及研究
蒋本俊
（中铁大桥局第七工程有限公司，湖北武汉430056）
[摘要]液压候模系统在国内现代桥梁高塔施工中应用广泛，但由于桥梁建造技术发展、国内产品研发设计缺乏系统性和技术标准、市场环境竞争激烈、工程项目管理存在缺陷等原因，造成安全隐患.通过对液压爬模系统工程育 景、应用现状、需要重点研究和关注的方面进行闸述，重点对国内外典型产品设计的差异及可能造成的影响、定型结构与现代桥塔施工工艺的匹配、桥塔顿斜面对液压爬模系统的特殊设计和构造要求、桥塔大节段施工的关键问题、海洋环境中桥塔液压爬模系统设计研究的关键问题共5个方面进行分析，提出了结构设计与标准化、创新与安全、维护与使用等今后应用发展的建议和措施.
[关键词]桥梁工程；高塔；施工；液压爬模；应用现状
[中图分类号]TU755.2
ClimbingFormwork SysteminDomesticModern Bridge Towers TheApplicationSituationandResearchEmphasisofHydraulic
Jiang Benjun
( The 7eh Engineering Co. Iud. MBEC Wahan Hfubei 430056 China)
Abstraet : Hydraulic climbing formwork system is widely applied in the moderm bridge tower construction but because the bridge construction technology development and product design is lack of systematicnessand technical standards and because of fierce petition in the market environment and projeetmanagement existing defeets etc. potential safety problems exist. By the deseription of hydraulicclimbing formwork background application status the focus of research and concern five aspects were analyzed in detail including the typical product design differences and effects in China and abroad typestructure and modem lower construetion technology matching special design and constructionrequirements to hydraulic climbing formwork system of tower inclined face key problems of bridge towerconstruction key problems of tower hydraulic climb formwork system design in the marine environment and so on. The development suggestions and measures for structure design and standardization innovation and safety maintenance and use are put forward.
Key words ;bridges; towers; construction; hydraulic climbing formwork ; application situation
国内液压爬模系统的推广使用借鉴了国外成设计、技术标准、施工工艺等都发生了很大变化，加 研究并陆续建造，桥塔施工面临的自然环境、结构熟产品的技术和商业模式，即由专业厂家提供成套之国内液压爬模产品市场竞争日趋激烈，为满足低的产品设计、技术方案，负责产品制造和现场技术成本、快速施工的客户需求，国内部分爬模产品在服务，桥梁施工企业与专业厂家得以分工合作，可缺少充分研究论证的情况下加高施工节段、削弱和 以全面系统、细致有效地把握液压爬模系统设计、改造结构的现象并不鲜见，另外因为国内厂商普遍缺乏对桥梁建造技术的深人理解，导致方案制订针但是，随着桥梁科技的发展和建设规模持续增对性不强、技术服务质量不高.上述技术和管理因长，一批特大跨径、高速铁路和海洋环境桥梁陆续素都给桥塔液压爬模系统的应用带来了许多安全隐患，制约了进一步的发展.
1液压爬模系统应用现状
制造、施工全过程.
作荷载2200kg/m（22kN/m），5层工作平台均可承受较大施工荷载，其中顶层和中层平台承载能力 最大，便于承受下料钢筋、模板、浇筑等机具、消防设施等施工荷载.国内爬模则采用工作平台与模板系统一体化的思路，上架体底部设计有滑轮，通过滑轨与下架体连接，拆模及合模时拉动上架体连 带模板实现，可用螺栓锁定，工作平台层高较小、宽度较窄；单机位受力范围多在3m以内，设计工作荷载约1200kg/m（12kN/m），施工平台承载能力约为DOKA爬模的 50%.
2需要重点研究和关注的问题
2.1国内外典型产品设计的差异及可能造成的 影响
国际知名的爬模厂商有奥地利DOKA、德国PERI等，DOKA公司有着近57年的发展历史，其液压爬模系统技术先进、安全可靠.以DOKA的SKE100型和国内100型同类产品做比较，总体结构 形式如图1所示，设计参数如表1所示.
倾覆力矩较大，易导致滑动不顺畅及倾覆风险，如 从工程实践看，模板与上架体一体式结构因为果更换模板则上架体横向稳定性较差，已有倾覆倒場的事故案例.此外，从拆模、爬升到合模这段时间有时长达2-3d，此时模板与上架体处于不稳定 状态，国内产品说明书及计算书中均未设定此工况，2010年国家住房和城乡建设部颁布实施的《液压爬升模板工程技术规程JGJ195-20102中也未明确规定，如果堆载、风荷载、倾覆力矩叠加，极易产生安全风险，DOKA爬模的设计较为安全合理，锚 固工作、整体爬升、停工3阶段工况假定符合现场实际.最后，国内爬模设计为适用6m节段，结构受力受到严格限制，工作荷载相比DOKA产品下降很多、平台宽度也较为窄小，国内爬模顶层平台承载仅为DOKA爬模的约50%，限制了钢筋、混凝土浇 筑等工序施工，上架体随模板系统的频繁移动也给消防设施、机具堆载、各架体间水平通道、安全防护等管理带来诸多不便.国内外用于桥塔施工代表性产品设计的差异需要引起关注，以确保液压爬模 系统的结构稳定和长期使用安全.
图1国内外代表性液压爬模系统Fig. 1 The hydraulie climbing formwork system in China and abroad
从总体结构形式来看，DOKA爬模采取工作平台与模板系统分离的设计思路，工作平台依托于上下固结的钢结构架体，工作面较宽阔，安全性高；模板系统有悬挂梁悬吊式和专用后退装置2种，不与 上架体连接受力：单机位受力范围可达5m，设计工
表1国内外液压爬模系统总体结构形式和主要设计参数对比（基于桥塔）
Table 1 Comparison of the struetural styles and main design parameters of hydraulic
climbing formwork system in China and abroad产品 作荷载/ 设计工 设计工 I& 设计 顿斜 段高度/ 设计节 总体高单机位 下架体上架体模板支平台 主蔡设型号 ( kN=m) 作风速 角度 m 度/m 承载 构造 构造撑方式数量 计差异销固 范围 销固阀 升 平 与下架 体国 悬挂梁 上架体与模板体系 分离且与下架体因DOKASKF100 22 6级风限升 ±15° 3 ~4.5 15.9 5m 台，连 接上架 结，形 景吊或 用后退 4.5m，设计工作荷 结，节段最高达停工 110kN 体 吊架 与 成操作 平台 装置 载及单机承载较大上果调定于 上架体与模板体系无明确 约 范围 与下架 上架 体采用后退装置连 一体设计且与下架国内产品100型 约12 6级风良升 停工 说明 3 6.0 16.9 36kN 3 月上 置连 后退装 体实现 用上架 接，可采用轴销因 定，节段最高达接，可 固定 拆合模 6m 设计工作药载 及单机承载较小
100m、武汉二七长江大桥为280m，一些变异桥塔如摩洛哥布里格里格河谷斜拉桥为分离四肢曲线造 型，最小曲线半径为318.19m，爬模需沿曲线爬升操作.存在问题为：①模板外形的适应：②爬模爬升系统为直线导轨，曲线外形将使导轨与锚固点滑靴产生折角发生卡死，导轨缘板因集中受力可能发生局部变形破坏，导致爬模坠落：有工程采取折线 形导轨设计，可解决折角卡死的问题，但转折处经过锚固点滑靴时发生突变，加上各机位爬升量存在同步差，爬模系统不够稳定，导轨转折处易因受力不均发生局部变形破坏.
2.2液压爬模系统定型结构与现代桥塔施工工艺 的匹配
现代桥塔主要使用于悬索桥和斜拉桥，还有结合两者的组合结构桥梁.大跨度桥梁必然带来桥塔的高度增加；重载桥梁是另一个特点，体现为高度大、截面大、配筋密集、锚固区结构复杂、几何外形多变，随之带来施工荷载标准、模板拉杆设计、曲 面处爬模爬升、锚固区部位处理等工艺新问题需要研究解决，现就主要影响因素进行分析.
2.2.1配筋密集
桥为例，竖向主筋配置2层432、间距15cm，箍筋与 重载桥梁桥塔配筋极为密集，以天兴洲长江大拉筋配置420、层间距10-20cm、水平间距45cm，净保护层6cm，形成密集空间骨架，出现以下问题：①爬架锚固用爬锥与表面钢筋因间距小、主筋配置较深发生空间干涉：②模板拉杆无法保证对拉，操作 检查非常困难：③爬架顶层平台堆载有限，大量箍筋、拉杆需频紧从地面倒运，易发生超载.
建议采取措施：①适当降低曲线段节段高度，可根据实际曲率按照折线拟合，在设计偏差内即可：②爬模爬升则可采取2种思路：曲率较大的桥塔，直线导轨容易与锚固点挂座卡死，且导轨向上爬升时会与上端混凝土表面干涉致无法爬升，可制 作曲线导轨解决；曲率较小的桥塔，可在锚固点与滑靴之间专门设计调整垫块，确保上下挂座保持一条直线，每节段爬模爬升后再进行一次导轨折线调整，方案原理如图3所示.
建议采取措施：①根据实际桥塔结构调整爬锥锚固螺杆长度，提前规划爬架锚固线路并调整竖向主筋间距：②模板拉杆考虑与劲性骨架统一设计， 拉杆锚固于近端劲性骨架，劲性骨架之间对拉加强，并增加混凝土浇筑阶段工况计算，控制强度和变形，使之符合模板变形要求，如图2所示：③优先考虑承载能力大的爬模产品，特殊项目应与厂商一 起研究制定与施工进度、工作效率匹配的工作荷载，并对现有产品进行合理改制；堆载应根据钢筋、模板、浇筑等工序进行精细分解并推行视觉识别管理，不可仅标识荷载标准，应明确堆载位置、种类及数量，用标牌、色标和验收制度加以保证.
图3桥塔曲线段爬模爬升解决方案Fig. 3 Climbing formwork scheme for the curved segment
2.2.3锚固区结构复杂
斜拉索锚固的桥塔区域结构比较复杂，设计特点：①横向预应力孔道和索导管从外表面伸出：②桥塔内腔分布有混凝土锚块或钢锚梁，几何外形复杂，钢锚梁会对爬架爬升造成干扰.建议采取措 施：①爬模系统爬升路线应避开预应力孔道及索导管，模板则应在相应位置开孔，修补和加固可设计专用钢框架固定散拼模板，钢框架与相邻钢腰梁连接：②桥塔内腔的爬架类型选择应根据实际尺寸考 虑，可采用内腔顺直面布置爬架、塔外爬架设悬挂梁吊挂内腔模板及平台等方案.
图2模板拉杆与劲性骨架锚固设计Fig. 2 Anchorage design of formwork tensioningrod and reinforced skeleton
2.2.2桥塔几何外形变化
塔中、下塔柱连接处多采用折线，此处需将爬模系 桥塔几何外形变化体现为曲线及折线，钻石形统重复拆装一次；中、上塔柱连接处多采取曲线过渡，如武汉天兴洲大桥中、上塔柱连接处曲线半径
板顶端可通过拉杆直接与劲性骨架或塔外稳定结桥塔平面尺寸大、节段混凝土方量大，为保证构锚固，对协同受力和变形进行检算复核，不应考
2.2.4桥塔平面尺寸大、节段混凝土方量大
混凝土的输送和浇筑质量，可能会增加输送管道并虑上架体参与受力.采用布料机，输送管道和布料机支撑应与爬模系统分离设置，管道宜固定于桥塔外壁，设预理件固定并设检修平台：布料机则应以主体结构为基础，明确上述方案可使爬模设计荷载明确、使用安全.
2.3.2爬模系统的整体稳定和安全
倾斜面爬模系统在拆模和爬升2个工况存在较大风险.拆模时模板与上架体整体后退，仅底部与更大的拉拔力，同时爬模系统整体外倾对锚固点与 下架体滑轨连接，易整体倾覆；爬升时锚固点承受导轨接触点产生更大的法向分力，可能因导轨翼缘板局部变形破坏导致爬模坠落.
造要求
桥塔造型多为H形、A形、倒Y形或钻石形，大多具有明显的倾斜面，如宁安铁路安庆长江大桥最 大斜角18.23]，武汉天兴洲大桥21.1°4]，一些特殊桥梁如斜塔斜拉桥可达25°，超出了定型产品的设计标准，如D0KA模板产品使用标准为±15°.大角度倾斜面爬模技术仅有个别工程的分析应用，尚需进行理论分析验证、形成可靠的工艺技术.
触点局部受力进行仔细检算，并根据结果合理选择 应对措施：应对倾覆稳定性、锚固点与导轨接节段高度、改进导轨结构，并应在爬升时在爬模顶端增设保险装置，可与劲性骨架等可靠结构拉接.
2.4桥塔大节段施工的关键问题
桥塔节段高度成为优先选择.目前国内5-6m高 为控制桥塔的施工工期、减少施工循环，加大节段划分已成为主流，6.5m高节段液压爬模系统的研制已经开展，甚至有人提出9m高节段的设想.但节段高度的增加需要综合考虑液压爬模系统的 结构受力和稳定、人员操作安全、塔式起重机等设备要求等关键问题，同时节段划分高度与桥塔工期的关系也需要理性测算.
2.3.1浇筑时模板及爬架的受力及变形控制
桥塔倾斜面悬出部分自重荷载会产生垂直于模板面的分力，如果采用常规的模板对拉方式，将导致模板顶口转动，模板变形将难以控制甚至发生倾覆.个别工程经验将上架体与模板受力统一考 虑，并利用劲性骨架、塔外结构如横撑等结构与上架体连接，从而实现协同受力、控制变形.这种做法的问题在于未考虑上架体的结构特点，由于其杆孔位移”，其计算如图4所示.以国内100型上架 件均为饺接，在受力时会因销轴与孔的间隙发生错体26孔625销轴计算，上架体顶端错孔位移可达40mm，实际竖杆为梁单元与计算模型不完全一致，但在受力弯曲和错孔位移叠加后位移值接近.上架体与塔外结构连接可防止结构倾覆，但错孔位移 将导致模板顶端变形超限，且因发生的瞬时性可使节段混凝土产生裂缝和损伤.
2.4.1爬模系统的结构受力和稳定
进行检算，注意确定合理的各项荷载及工况组合， 应结合上文所述对倾斜面、曲线段等工作状态对爬架的整体稳定、错固点受力、结构连接部位应重点关注，合理划分节段、加固或改制爬架结构.
2.4.2模板设计
高大模板应注意混凝土侧压力和整体稳定问题，混凝土侧压力受浇筑速度、初凝时间、温度3个主要因素控制，侧压力取值应结合浇筑工艺试算并留有安全储备，同时还应明确施工配合比控制、浇筑速度、环境温度等技术标准.如采用6m节段， 建议浇筑速度60m，此类塔式起重机已属450tm以上的 大型设备，如布置多台塔式起重机还需考虑分层错开，选用型号还要加大，从工期、成本和安全考虑都不现实.
为保证节段高度与塔式起重机、布料机等设备选型的协调适应，建议：①节段高度不宜大于7.5m （计算自由高度50m可满足要求）：2多台塔式起重机分层布置有难度时，可考虑动肾式塔式起重机.
2.4.5节段高度与工期的关系
本文选取了8座桥梁桥塔的节段划分、工期等数据，分为公路斜拉桥、公铁两用斜拉桥、公路悬索 桥3类，以供比对分析，具体如表2所示.
从具体施工情况分析，苏通长江大桥施工组织得力、进展顺利，鄂东长江大桥下塔柱施工受洪水期影响，工期有一定滞后，而武汉二七长江大桥采 用塔梁同步技术方案，上塔柱施工受结合梁架设制约，工期有一定延迟，三者对比苏通长江大桥4.5m节段与6m节段的武汉二七长江大桥进度效率相若，超过同为4.5m节段的鄂东长江大桥；武汉天兴洲、黄冈和安庆长江大桥均为公铁合建重载桥梁， 天兴洲大桥中、下塔柱为5m、上塔柱为5.5m节段，黄冈大桥和安庆大桥则以6m节段为主，天兴洲与安庆大桥进度效率基本相同，面黄冈大桥明显进度较快；武汉阳逻和宜昌庙嘴长江大桥均为悬索桥，4m节段的阳逻大桥进度效率还高于4.5m节段的
庙嘴大桥.
键问题
表2部分代表性桥塔概况、节段划分和施工工期
进度效率的绝对优势.确保工期的关键仍取决于 从表2的数据可以看出，节段加高并未体现出合理的技术方案、高效的施工组织、熟练的管理人员和技术工人、有力的服务保障等因素，只有在高水平的项目管理基础上，加高桥塔节段才能起到显著的效果.
2.5海洋环境中桥塔液压爬模系统设计研究的关
目前液压爬模系统设计工作工况均以风速50km/h即6级风计算风荷载，超出此范围则爬模系 统必须采取合模锁定状态停工.而筹建的一些海洋环境桥梁如福平铁路平潭海峡公铁两用大桥桥位年平均风速可达9.7m/s7，长年处于5-6级风环境下，其最高为199m的桥塔上空风速将更大，沪通长江大桥位于江苏沿海，桥位地面风速达6级以 上有179d，有时还伴随着强降雨，强风速环境中人员作业时间短、作业环境恶劣，爬模拆模和爬升状态极易遭遇超风速状况.对海洋环境中桥塔液压爬模系统进行系统研究和技术改进，并转化为定型产品有着非常重要的意义.
首先应进行海洋环境桥梁风力环境的研究，可利用现有沿海风能科研和桥梁专业调查积累的资料，重新制定爬模系统的荷载标准和工况.仍以福建平潭地区为例，按《建筑结构荷载规范》GB50009-2012可查海拔32.4m处10年重现期基 本风压为0.75kN/m²，据此计算1年重现期风速达5-6级，桥塔顶部高程约为164m，风压高度变化系数为2.3，则桥塔顶部1年重现期风速达7-8级，2年重现期风速可达9-10级.建议该桥塔爬 模系统正常工作工况风速可取8级风，合模锁定状态风速可取10级风，具体取值应根据具体施工地域、时段的气象条件及预测分析确定.
爬模系统应优先采用工作平台与模板分离的结构，节段划分高度不宜过大；架体结构横向连接
Table 2 Partial representative bridge towers condition segment and construction period
序号 桥梁名称 型 桥塔 建成 节段高 桥塔高 桥塔总 进度效率/ 节段循环1 苏通长江大桥 公路斜控桥 倒Y形 类型 2008年 年份 度/m 4.5 300. 4 度/m 工期/d 540 ( dm~²) 1.8 时间/d 8.12 武汉二七长江大桥 鄂东长江大桥 公路斜控桥 公路斜控桥 错石形 2010年 6.0 4.5 236. 5 209 600 2.5 1.8 11.43 4 武汉天兴洲长江大桥 公铁两用斜控桥 错石形 错石形 2011年 2009 年 5 ~5.5 190 380 540 2.8 10.8 15.46 5 宁安铁路安庆长江大桥 黄冈公铁两用长江大桥 公铁再用斜控桥 公铁两用斜控桥 错石形 H形 2014年 2014年 6.0 6.0 210 190. 5 450 2.4 2.7 14.4 16.27 武汉阳逐长江大桥 公路悬索桥 H形 2007 年 4.0 160. 5 330 2.1 8.48 宜具庙嘴长江大桥 公路悬索桥 H形 在建 4.5 107 240 2.2 9.9
