一种桁架整体提升式桥梁高墩爬模装置及施工方法与流程

本发明属于浇筑桥墩技术领域，具体涉及到一种桁架整体提升式高墩爬模系统及施工方法。

背景技术：

目前国家的高速公路网主干线已完成，较好地段的高速公路支线、联络线也已建设，以后高速公路的建设将以山区支线、联络线，大西北山区高速公路为主，高速公路的建设已逐步向山岭地区延伸，那里地势险峻，地形多为深沟、陡坡，高墩大跨连续刚构桥因其自身的优越性广泛的应用在山区公路建设中，在以后的高速公路项目建设施工时，高墩施工将是我们以后常要面对的课题。

常规的高墩施工方法有翻模工法、滑模工法、爬模工法。翻模工法高空吊装作业多，安全隐患不可控，施工进度缓慢，施工持续时间长，使配套设备、管理持续成本高，经济效益低下。滑模工法，施工过程安全性较好，但要高空拆除滑模体系，安全隐患大，最重的是产品质量难控制。普通爬模工法，爬升过程需要每面模板分开单独爬升，安全风险大及重复工序多，工作时间长，施工完毕后也要高空拆除爬模体系，安全隐患大，同时普通爬模使用木模面板、对拉螺杆孔多，影响产品的外观质量，但整体工效也不高、使配套设备、管理持续成本高，整体经济效益不高。

在施工过程中安全作为目前最高红线管理，尤其是对有可能造成群死伤的事件，更要从技术的本质安全，方案可靠度来保障。而常规的高墩施工方法中都存在着较大的安全隐患，安全风险不可控，目前急需要一套安全可靠、施工效率高的高墩施工方法及装置。

技术实现要素：

本发明所要解决的技术问题在于克服现有高墩施工方法及装置的缺点，提供一种施工效率高、安全可靠、高墩质量好、经济效益高的桁架整体提升式桥梁高墩爬模装置。

解决上述技术问题所采用的技术方案是：桥梁墩台矩形四个角上的四个预埋爬轨固定件上设置有四根爬轨，爬轨的上端设置有顶部桁架操作平台、下端设置有爬轨锚固螺栓，周向相邻两爬轨之间设置有外模板，外模板内侧设置有内模板，外模板与内模板通过内外模对拉杆相联，爬轨外侧设置有与外模板固定相联的外模桁架操作平台，外模桁架操作平台与爬轨之间设置有液压顶升机构，外模桁架操作平台通过外模桁架吊杆和第一液压提升机构与顶部桁架操作平台相联，内模板内侧设置有与内模板固定相联的内模桁架操作平台，内模桁架操作平台通过内模桁架吊杆和第二液压提升机构与顶部桁架操作平台相联。

作为一种优选的技术方案，所述的液压顶升机构由顶升千斤顶、第一支点自动转换自锁机构、第二支点自动转换自锁机构组成，顶升千斤顶的底座和第二支点自动转换自锁机构设置在外模桁架操作平台上，第二支点自动转换自锁机构位于顶升千斤顶下方，顶升千斤顶动力端上设置有第一支点自动转换自锁机构，第一支点自动转换自锁机构和第二支点自动转换自锁机构均位于爬轨的轨道槽内。

作为一种优选的技术方案，所述的第一支点自动转换自锁机构为两块刚性卡板一端铰接、另一端之间设置有弹簧，爬轨轨道槽内设置有等间距分布的卡块，相邻两卡块之间的距离≤顶升千斤顶的行程，卡块中部加工有通槽，弹簧自然收缩状态下两卡板上端之间的距离＞通槽的宽度＞弹簧压缩到最小长度状态下两卡板上端之间的距离，所述的第二支点自动转换自锁机构与第一支点自动转换自锁机构结构相同。

作为一种优选的技术方案，所述的第一液压提升机构为第一提升吊杆上设置有第一穿心千斤顶，第一提升吊杆的上端固设在顶部桁架操作平台上、下端固设在外模桁架操作平台内侧，第一穿心千斤顶的底座固设在外模桁架操作平台上；所述的第二液压提升机构为第二提升吊杆上设置有第二穿心千斤顶，第二提升吊杆的上端固设在顶部桁架操作平台上、下端固设在内模桁架操作平台上，第二穿心千斤顶的底座固设在内模桁架操作平台上。

作为一种优选的技术方案，所述的外模桁架操作平台上设置有弹性滚轮，弹性滚轮位于外模桁架操作平台与爬轨之间。

作为一种优选的技术方案，所述的爬轨为钢箱梁结构，爬轨长度大于三节桥梁高墩墩身节段施工长度。

本发明还提供一种桁架整体提升式桥梁高墩爬模装置的施工方法，包括以下步骤：

s1.安装爬轨

把四根爬轨分别固定安装在预埋于桥梁墩台上的爬轨固定组件上，保证爬轨的垂直度，爬轨安装好后，每根爬轨拉三根临时风揽绳；

s2.安装顶部桁架操作平台及首节墩身钢筋

地面上拼装好顶部桁架操作平台后，通过起重设备整体吊装于爬轨于顶部并固定，然后在桥梁墩台上的预埋钢筋上安装首节墩身竖向钢筋及水平钢筋；在爬轨下端安装外模板及外模桁架操作平台，随后浇筑首节墩身混凝土；

s3.提升外模板及外模桁架操作平台并浇筑墩身实心过渡段混凝土

a.等混凝土达到拆模强度后，拆除外模板进行脱模，安装第一提升吊杆及第一穿心千斤顶，通过第一提升吊杆及第一穿心千斤顶将外模板及外模桁架操作平台整体一次性提高一个混凝土浇筑节段高度；

b.外模板及外模桁架操作平台提升到指定高度后，将外模板固定在爬轨上，安装外模桁架吊杆，拆除第一提升吊杆及第一穿心千斤顶，然后浇筑墩身实心过渡段混凝土；

s4.爬轨顶升

a.新浇筑混凝土强度大于7.5mpa，依次拆除外模桁架吊杆、爬轨与混凝土墩面的锚固螺栓、爬轨与外模板之间的螺纹连接件；

b.外模板和外模桁架操作平台整体作为固定支撑受力点，通过顶升千斤分次连续顶升，将爬轨及顶部桁架操作平台提升到指定高度，然后通过爬轨锚固螺栓将轨道固定在混凝土墩上；

c.安装第一提升吊杆及第一穿心千斤顶，外模板与外模桁架操作平台作为整体通过第一穿心千斤一次提升到位，将外模板固定在爬轨上，安装外模桁架吊杆，拆除第一提升吊杆及第一穿心千斤顶；

s5.安装内模板和内模桁架操作平台；

通过起重设备将内模板吊装在指定高度，通过内外模对拉杆将内模板与外模板固定相联，再通过起重设备将内模桁架操作平台吊装在指定高度，内模桁架操作平台与内模板固定相联，用内模桁架吊杆将内模桁架操作平台与顶部桁架操作平台固定相联；

s6.桥梁墩身标准节段施工

a.在内模板和外模板之间浇筑混凝土后，安装上节段钢筋，等混凝土强度大于7.5mpa，拆除内模桁架吊杆、外模桁架吊杆、外模板与爬轨之间的螺纹连接件；

b.外模板和外模桁架操作平台整体作为固定支撑受力点，通过顶升千斤分次连续顶升，将爬轨及顶部桁架操作平台提升到指定高度，然后通过爬轨锚固螺栓将轨道固定在混凝土墩上；

c.安装第一提升吊杆和第一穿心千斤顶及第二提升吊杆和第二穿心千斤顶，拆除外模板和内模板进行脱模，外模板与外模桁架操作平台作为整体通过第一穿心千斤一次提升到位；内模板与内模桁架操作平台作为整体通过第二穿心千斤一次提升到位；

d.将外模板固定在爬轨上，安装外模桁架吊杆和内模桁架吊杆，拆除第一提升吊杆和第一穿心千斤顶及第二提升吊杆和第二穿心千斤顶，通过内外模对拉杆将内模板与外模板固定相联，浇筑新节墩身段混凝土；

e.重复步骤a～d完成一个墩身混凝土施工；

s7.整套结构拆除

首先在墩顶拆除内模板及内模桁架操作平台，通过起重设备吊回地面，外模桁架操作平台通过第一液压提升机构提升动作的逆向操作，爬轨及顶部桁架操作平台通过液压顶升机构提升动作的逆向操作，循环重复下降，直至下降到地面，随后拆除。

作为一种优选的技术方案，所述的步骤s4和步骤s6中爬轨顶升千斤分次连续顶升的方法为：位于顶升千斤顶动力端上的第二支点自动转换自锁机构卡在爬轨的轨道槽内，顶升千斤顶动力端伸出通过第一支点自动转换自锁机构将爬轨及顶部桁架操作平台升高，当顶升千斤顶一个行程走完，则位于顶升千斤顶下方的第二支点自动转换自锁机构卡在爬轨的轨道槽内，防止爬轨及顶部桁架操作平台下滑，然后顶升千斤顶动力端复位，进行下一次顶升，如此往复顶升直至爬轨及顶部桁架操作平台到达指定高度。

本发明的有益效果如下：

本发明顶部桁架操作平台兼做钢筋定位辅助架，工人可方便进行长节段竖向主钢筋(9m/12)的定位绑扎工作，水平箍筋同步绑扎，在绑扎水平箍筋时工人可根据需调整平台高度，始终保持最佳作业高度，充分提高工人的绑扎钢筋效率。

本发明中只有四块大面积外模板和四块大面积的内模板，外模板通过爬轨定位，安装定位方便、快速。

本发明通过控制顶升千斤顶来控制爬轨及顶部桁架操作平台的爬升，通过控制第一穿心千斤顶和第二穿心千斤顶来控制外模板及外模桁架操作平台、内模板及内模桁架操作平台的爬升，一操作人员就可单独完成整套结构体系的爬升工作，均不需要其他设备(如塔吊)配合及其他人工辅助操作，而且液压千斤顶顶升速度快，效率高，节约成本，经济效益好。

本发明施工完高墩后，整套结体系返地面再进行分拆作业，相比现有技术高空拆除施工体系，更安全可靠。

本发明结合了爬模原理、滑模原理、翻模的优点，能较好兼顾进度、质量、安全、经济效益，是对高墩施工的全面创新，有广阔应前景，巨大市场机遇。

附图说明

图1是爬轨顶升状态下本发明的结构示意图。

图2是提升内模板11和外模板13状态下本发明的结构示意图。

图3是顶部桁架操作平台1的结构示意图。

图4是外模板13与内模板11相联结构示意图。

图5是外模桁架操作平台3和内模桁架操作平台12的结构示意图。

图6是爬轨与顶升千斤顶2相联的结构示意图。

图7是第一支点自动转换自锁机构21的结构示意图。

图8是第一支点自动转换自锁机构21和第二支点自动转换自锁机构22在爬轨4轨道内的结构示意图。

其中：顶部桁架操作平台1；顶升千斤顶2；外模桁架操作平台3；爬轨4；爬轨锚固螺栓5；预埋爬轨固定件6；桥梁墩台7；钢筋8；混凝土墩身9；外修复吊架10；内模板11；内模桁架操作平台12；外模板13；内模桁架吊杆14；外模桁架吊杆15；第一穿心千斤顶16；第一提升吊杆17；第二穿心千斤顶18；第二提升吊杆19；内外模对拉杆20；第一支点自动转换自锁机构21；第二支点自动转换自锁机构22；弹性滚轮23；内修复吊架24；

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明进一步详细说明，但本发明不限于下述的实施方式。

在图1～8中，本实施例桁架整体提升式桥梁高墩爬模装置的桥梁墩台7上位于矩形四个角上的四个预埋爬轨固定件6上固定安装有四根爬轨4，爬轨4为钢箱梁结构，抗侧风能力强，承载力好，防止高空突发阵风对结构体系威胁，爬轨4长度大于3节桥梁高墩墩身节段施工长度，爬轨4的上端用螺纹紧固连接件固定安装有顶部桁架操作平台1、下端安装有爬轨锚固螺栓5，施工过程中爬轨锚固螺栓5锚固在下节段混凝土墩身9上，周向相邻两爬轨4之间用螺纹紧固连接件固定安装有外模板13，外模板13内侧设置有内模板11，外模板13与内模板11通过内外模对拉杆20相联，爬轨4外侧安装有外模桁架操作平台3，外模桁架操作平台3通过螺纹紧固连接件与外模板13固定相联，顶升千斤顶2的底座用螺纹紧固连接件固定安装在外模桁架操作平台3上、活塞杆端部通过连接杆固定连接有第一支点自动转换自锁机构21，第一支点自动转换自锁机构21的结构为两块刚性卡板下端铰接并与连接杆固定、上端之间安装有弹簧，位于顶升千斤顶2下方外模桁架操作平台3上通过耳板固定连接有第二支点自动转换自锁机构22，第二支点自动转换自锁机构22与第一支点自动转换自锁机构21相同，第一支点自动转换自锁机构21和第二支点自动转换自锁机构22均位于爬轨4的轨道槽内，爬轨4轨道槽内安装有等间距分布的卡块，相邻两卡块之间的距离≤顶升千斤顶2的行程，卡块中部加工有通槽，弹簧自然收缩状态下两卡板上端之间的距离＞通槽的宽度＞弹簧压缩到最小长度状态下两卡板上端之间的距离，位于第二支点自动转换自锁机构22下方，外模桁架操作平台3上安装有弹性滚轮23，弹性滚轮23与爬轨4接触，用于爬轨4顶升过程中对爬轨4定位，爬轨4与顶部桁架操作平台1需要顶升时，第一支点自动转换自锁机构21的上端卡在爬轨4的卡块上，顶升千斤顶2动力端伸出将爬轨4及顶部桁架操作平台1升高，当顶升千斤顶2一个行程走完，则位于顶升千斤顶2下方的第二支点自动转换自锁机构22刚好卡在爬轨4轨道槽内的卡块上，防止爬轨4及顶部桁架操作平台1下滑，外模桁架操作平台3通过外模桁架吊杆15和第一液压提升机构与顶部桁架操作平台1固定相联，第一液压提升机构由第一提升吊杆17和第一穿心千斤顶16构成，第一穿心千斤顶16用螺纹紧固连接件固定安装在外模桁架操作平台3内侧，第一提升吊杆17的上端用螺纹紧固连接件固定安装在顶部桁架操作平台1上、下端穿过第一穿心千斤顶16用螺纹紧固连接件固定安装在外模桁架操作平台3上，外模桁架吊杆15的上端用螺纹紧固连接件固定安装在顶部桁架操作平台1上、下端用螺纹紧固连接件固定安装在外模桁架操作平台3外侧，内模板11内侧用螺纹紧固连接件固定安装有内模桁架操作平台12，内模桁架操作平台12通过内模桁架吊杆14和第二液压提升机构与顶部桁架操作平台1相联，第二液压提升机构由第二提升吊杆19和第二穿心千斤顶18构成，第二穿心千斤顶18用螺纹紧固连接件固定安装在内模桁架操作平台12内侧，第二提升吊杆19的上端用螺纹紧固连接件固定安装在顶部桁架操作平台1上、下端穿过第二穿心千斤顶18用螺纹紧固连接件固定安装在内模桁架操作平台12上，内模桁架吊杆14的上端用螺纹紧固连接件固定安装在顶部桁架操作平台1上、下端用螺纹紧固连接件固定安装在内模桁架操作平台12外侧，第一液压提升机构用于提升外模板13及外模桁架操作平台3，第二液压提升机构用于提升内模板11及内模桁架操作平台12，外模桁架操作平台3底部用螺纹紧固连接件固定安装有外修复吊架10，内模桁架操作平台12底部用螺纹紧固连接件固定安装有内修复吊架24，用于工人修复桥梁墩身表面的一些缺陷。

上述装置的施工方法，包括以下步骤：

s1.安装爬轨4

把4根爬轨4分别固定安装在预埋于桥梁墩台7上的爬轨4固定组件上，保证爬轨4的垂直度，爬轨4安装好后，每根爬轨4拉3根临时风揽绳；

s2.安装顶部桁架操作平台1及首节墩身钢筋

地面上拼装好顶部桁架操作平台1后，通过起重设备整体吊装于爬轨4于顶部并固定，然后在桥梁墩台7上的预埋钢筋上安装首节墩身竖向钢筋及水平钢筋；在爬轨4下端安装外模板13及外模桁架操作平台3，随后浇筑首节墩身混凝土；

s3.提升外模板13及外模桁架操作平台3并浇筑墩身实心过渡段混凝土

a.等混凝土达到拆模强度后，拆除外模板13进行脱模，安装第一提升吊杆17及第一穿心千斤顶16，通过第一提升吊杆17及第一穿心千斤顶16将外模板13及外模桁架操作平台3整体一次性提高一个混凝土浇筑节段高度；

b.外模板13及外模桁架操作平台3提升到指定高度后，将外模板13固定在爬轨4上，安装外模桁架吊杆15，拆除第一提升吊杆17及第一穿心千斤顶16，然后浇筑墩身实心过渡段混凝土；

s4.爬轨4顶升

a.新浇筑混凝土强度大于7.5mpa，依次拆除外模桁架吊杆15、爬轨4与混凝土墩面的锚固螺栓、爬轨4与外模板13之间的螺纹连接件；

b.外模板13和外模桁架操作平台3整体作为固定支撑受力点，通过顶升千斤分次连续顶升，将爬轨4及顶部桁架操作平台1提升到指定高度，然后通过爬轨锚固螺栓5将轨道固定在混凝土墩身9上；

爬轨4顶升千斤分次连续顶升的方法为：位于顶升千斤顶2动力端上的第二支点自动转换自锁机构22卡在爬轨4的轨道槽内，顶升千斤顶2动力端伸出通过第一支点自动转换自锁机构21将爬轨4及顶部桁架操作平台1升高，当顶升千斤顶2一个行程走完，则位于顶升千斤顶2下方的第二支点自动转换自锁机构22卡在爬轨4的轨道槽内，防止爬轨4及顶部桁架操作平台1下滑，然后顶升千斤顶2动力端复位，进行下一次顶升，如此往复顶升直至爬轨4及顶部桁架操作平台1到达指定高度；

c.安装第一提升吊杆17及第一穿心千斤顶16，外模板13与外模桁架操作平台3作为整体通过第一穿心千斤一次提升到位，将外模板13固定在爬轨4上，安装外模桁架吊杆15，拆除第一提升吊杆17及第一穿心千斤顶16；

s5.安装内模板11和内模桁架操作平台12；

通过起重设备将内模板11吊装在指定高度，通过内外模对拉杆20将内模板11与外模板13固定相联，再通过起重设备将内模桁架操作平台12吊装在指定高度，内模桁架操作平台12与内模板11固定相联，用内模桁架吊杆14将内模桁架操作平台12与顶部桁架操作平台1固定相联；

s6.桥梁墩身标准节段施工

a.在内模板11和外模板13之间浇筑混凝土后，安装上节段钢筋，等混凝土强度大于7.5mpa，拆除内模桁架吊杆14、外模桁架吊杆15、外模板13与爬轨4之间的螺纹连接件；

b.外模板13和外模桁架操作平台3整体作为固定支撑受力点，通过顶升千斤分次连续顶升，将爬轨4及顶部桁架操作平台1提升到指定高度，然后通过爬轨锚固螺栓5将轨道固定在混凝土墩上；

c.安装第一提升吊杆17和第一穿心千斤顶16及第二提升吊杆19和第二穿心千斤顶18，拆除外模板13和内模板11进行脱模，外模板13与外模桁架操作平台3作为整体通过第一穿心千斤一次提升到位；内模板11与内模桁架操作平台12作为整体通过第二穿心千斤一次提升到位；

d.将外模板13固定在爬轨4上，安装外模桁架吊杆15和内模桁架吊杆14，拆除第一提升吊杆17和第一穿心千斤顶16及第二提升吊杆19和第二穿心千斤顶18，通过内外模对拉杆20将内模板11与外模板13固定相联，浇筑新节墩身段混凝土；

e.重复步骤a～d完成一个墩身混凝土施工；

s7.整套结构拆除

首先在墩顶拆除内模板11及内模桁架操作平台12，通过起重设备吊回地面，外模桁架操作平台3通过第一液压提升机构提升动作的逆向操作，爬轨4及顶部桁架操作平台1通过液压顶升机构提升动作的逆向操作，循环重复下降，直至下降到地面，随后拆除。

对于桥梁高墩施工，决定工期的主要是钢筋绑扎工序和混凝土浇筑工序，本发明在混凝土浇筑完毕后，混凝土等强时间中即可进行下一节段钢筋吊装到顶部桁架操作平台上，同时可以进行下一节段钢筋的绑所工作，顶部桁架操作平台兼做钢筋定位辅助架，工人可方便进行长节段竖向主钢筋(9m)的定位绑扎工作，水平箍筋同步绑扎，在绑扎水平箍筋时工人可根据需调整平台高度，始终保持最佳作业高度，充分提高工人的绑扎钢筋效率，加快了施工进度，缩短了工期，同时配套投入设备如塔吊、电梯等也大幅减少使用时间，降低了成本，经济效益好，本桁架整体提升式桥梁高墩爬模施工方法与常规工法指标对比，如表1。

表1