多圓弧異型獨柱塔懸臂模板施工工法

《多圓弧異型獨柱塔懸臂模板施工工法》是中鐵十五局集團有限公司、安陽建工（集團）有限責任公司完成的建築類施工工法，完成人是賈貫乾、魏俊龍、王曉飛、趙東海、董瑩。適用於圓弧面或異型截面組成的橋塔或橋樑高墩。

《多圓弧異型獨柱塔懸臂模板施工工法》主要的工法特點是設備投入少，工序施工速度快、操作簡單、方便安全，適於高空作業；解決了塔身混凝土錯台等通病，塔身混凝土光滑、平整，截面圓順，保證了工程質量。

2011年9月，《多圓弧異型獨柱塔懸臂模板施工工法》被中華人民共和國住房和城鄉建設部評定為2009-2010年度國家二級工法。

基本介紹

• 中文名：多圓弧異型獨柱塔懸臂模板施工工法
• 工法編號：GJEJGF268-2010
• 完成單位：中鐵十五局集團有限公司、安陽建工（集團）有限責任公司
• 主要完成人：賈貫乾、魏俊龍、王曉飛、趙東海、董瑩
• 套用實例：南京長江隧道工程右汊大橋
• 主要榮譽：國家二級工法（2009-2010年度）

形成原因

南京長江隧道江心洲右漢大橋為獨柱塔自錨式懸索橋，橋塔高107米，塔身截面設計新穎、美觀，截面外輪廓為4段凹圓弧、4段凸圓弧及8個過渡小圓弧圍成的變截面。截面圓弧隨著高度變化其自身曲率連續不規則變化，各面圓弧的半徑和弦長都在收縮，施工時必須採用可調圓弧狀異型模板，如何選用結構簡單、安裝容易、操作方便、施工速度快的模板並澆築出優質的主塔構築物是同類型橋樑施工中的一項關鍵施工技術。

中鐵十五局集團有限公司開展科技創新，針對該橋主塔異型、多圓弧、變截面、收坡等一系列難題，設計製造了特殊的懸臂模板體系，實現了每天完成1米塔身施工技術的突破，通過技術總結後形成《多圓弧異型獨柱塔懸臂模板施工工法》。

工法特點

《多圓弧異型獨柱塔懸臂模板施工工法》的工法特點是：

1.解決了異型、多圓弧、變截面塔身施工工序複雜和工期長的問題，保證了工期要求。

2.採用懸臂模板不需搭設腳手架，設備投入少，工序施工速度快、操作簡單、方便安全，適於高空作業。

3.採用懸臂模板體系解決了塔身混凝土錯台等通病，塔身混凝土光滑、平整，截面圓順，保證了工程質量。

操作原理

適用範圍

《多圓弧異型獨柱塔懸臂模板施工工法》適用於圓弧面或異型截面組成的橋塔或橋樑高墩。

工藝原理

《多圓弧異型獨柱塔懸臂模板施工工法》的工藝原理敘述如下：

採用的懸臂模板（多圓弧、變徑、收坡）技術，解決了傳統的整體模板及液壓模板只適於平面矩形、無法收坡和變徑的技術難題。懸臂式模板分層施工，每層按照3米標準節進行配置，外模板分為8個單元，塔吊配合提升爬架。模板高度3米配置，按照塔底最寬處設定，收坡時，將模板依次按照收坡尺寸切除，8個小圓弧模板做成定型模板。內模採用井筒式結構，利用塞板進行收坡尺寸的調整。該操作工藝簡單，既減少了資金投入、降低了成本，又提高了施工效率。

施工工藝

《多圓弧異型獨柱塔懸臂模板施工工法》的施工工藝流程及操作要點敘述如下：

• 工藝流程

懸臂模板施工工藝流程參見圖1。

圖1 懸臂模板施工工藝流程圖

操作要點

一、多圓弧異型獨柱塔塔身截面

獨柱塔身截面外輪廓為4段凹圓弧、4段凸圓弧及8個過渡小圓弧圍成的變截面，主塔塔身截面輪廓圖參見圖2。

圖2 主塔塔座處及塔身截面輪廓圖

二、懸臂模板構造

1.模板

模板採用木膠合板（維薩板）+鋼框模板體系（豎肋為矩形鋼管組焊而成的單元架，橫楞為雙根[10鋼），木膠合板的面板厚18毫米，模板高度為3150毫米，標準澆築層高為3000毫米。塔身外側圓弧模板採用後移式支撐體系，把模板固定在懸臂支架上。可調式模板組成參見圖3。

圖3 可調式模板組成圖

2.埋件

懸臂模板體系的錨定總成包括：埋件板、高強螺桿、爬錐、受力螺栓和埋件支座等。埋件板與高強螺桿連線，能使埋件具有很好的抗拉效果，埋件體積較小減少了其碰鋼筋的問題。爬錐和安裝螺栓用於埋件板和高強螺桿的定位，混凝土澆筑前，爬錐通過安裝螺栓固定在面板上。

3.懸臂模板總構架

懸臂模板主構架是懸臂模板系統的核心，是模板的依託和施工的操作平台及提升的操作台，主要由挑架、斜撐、主梁三角架、吊平台等組成。懸臂模板構造參見圖4。

圖4 懸臂模板構造圖

三、懸臂模板拼裝

1.懸臂模板在專門搭設的平台上按照圖紙設計進行拼裝，外圓弧模板單元架和單元豎肋的拼裝流程參見圖5。

圖5 懸臂模板拼裝施工工藝流程圖

2.懸臂模板在作業面附近進行拼裝，經檢查合格後，未安排使用時，不得將拼裝好的模板隨意擺放，採用鋼管搭設模板專用豎向擱置架，模板豎向插入，底邊採用方木墊平，以免使模板產生變形扭曲。

四、懸臂模板提升

1.面板吊裝時，利用模板內肋上的專用吊裝孔水平起吊，防止磕碰。

2.混凝土強度達到15兆帕時，懸臂模板才可爬升（避免爬錐拔出）。懸臂模板提升時分單元依次進行，緩慢提升保持系統基本水平。塔吊提升時，採用鋼絲繩掛在模板的提升鉤上，鬆開固定螺栓，將單元模板緩慢提升，提至上一層高度後，將模板緩慢靠近塔身，將模板主構架落入與預埋在塔身混凝土的爬錐相固接的支座槽內，插入安全銷；依次提升其餘單元模板。

五、塔身施工

1.塔身採用懸臂式模板分層施工，每層按照3米標準節進行配置，外模板分為8個單元，塔吊配合提升爬架，模板按照塔底最寬處設定，收坡時，將模板依次按照設計收坡尺寸切除，8個小圓弧模板做成定型木模板。塔身施工時，在承台上設定塔吊，配合施工。

2.每層施工完畢模板提升後，按照每層截面上下端不同標高計算出的半徑，製作模板卡板，按照標準卡板調節模板背肋收坡裝置，將模板調整到設計的圓弧半徑，同時，按照計算所得的圓弧長度，將8塊大模板從兩側切除多出弧長。

六、施工控制點分析

1.面板就位前，將已澆混凝土側面清洗乾淨，保證面板能貼緊混凝土面。面板就位時，先將面板調整到豎直，將面板下沿貼緊已澆混凝土側面，調整斜支撐螺桿，將板面上口內沿調整到設計邊線位置。然後，緊固水平微調，使面板頂緊貼混凝土面。預埋件安裝就位時，如果與鋼筋的位置衝突，應調整鋼筋，保證預埋件位置準確。

2.錨固點混凝土強度不小於15兆帕；當氣溫小於15℃時，混凝土的澆築速度不大於0.3米/小時。當氣溫在15℃以上時，混凝土的澆築速度不得大於0.4米/小時。

3.混凝土下料堆積高度不得大於0.5米。混凝土達到預定強度後，應儘早脫模，清理板面。

4.模架的使用與安裝預埋定位螺栓組合件時，應認真檢查該埋件是否有損傷，如果發現有損傷，應立即更換。

5.模板在經多次使用後對模板面的損傷應當進行現場快速修補。模板的損傷分為貫穿性損傷和淺表性損傷兩種。對於貫穿性損傷建議採用木塊填塞或背面補平後，正面用含有樹脂成分的膩子（原子灰）抹平。對於淺表性的損傷可直接用含有樹脂成分的膩子（原子灰）抹平即可。對於損傷部位邊緣的毛邊，在修補前可用鑿子或手提砂輪機打磨清理乾淨。

6.主塔施工完畢後，將安裝檢查平台、電梯及各種電路設備，故在施工時，需預埋的鋼板較多，在施工時，按照設計圖紙，認真覆核，將各種預埋件按照尺寸要求埋設到位。

• 勞動力組織

勞動力組織情況表見表1。

表1 勞動力組織情況表

序號	工序	工種	所需人數	備註
1	模板修整、提升及安裝	木工	6	模板修整、安裝
2		架子工	6	模板提升、安裝
3	鋼筋加工、安裝	電焊工	4	鋼勁性骨架製作、安裝
4		鋼筋工	8	塔身鋼筋加工、安裝
5	混凝土灌注	混凝土工	6	塔身混凝土灌注
6	其他	普工	4	材料清理、運輸
總 計		╱	34	不包括塔吊、輸送泵人員

參考資料：

材料設備

《多圓弧異型獨柱塔懸臂模板施工工法》的機械設備如表2所示。

表2 機械設備表

序號	機械設備名稱	型號規格	單位	數量	用途
1	塔吊	F0/23B	台	1	材料吊裝
2	混凝土輸送泵	HBT100A	台	1	混凝土灌注
3	空壓機	4L-20	台	1	混凝土鑿毛
4	電焊機	BX1-500	台	4	鋼筋焊接
5	鋼筋直螺紋套絲機	╱	台	1	塔身鋼筋套絲
6	全站儀	徠卡	台	1	測量與監測
7	水準儀	索佳	台	1	測量與監測

參考資料：

質量控制

《多圓弧異型獨柱塔懸臂模板施工工法》的質量控制要求如下：

控制標準

影響模板組拼質量的主要因素是槽鋼次背楞安裝質量、幾字形鋼樑或組合鋼框固定質量、平整度和面板外形尺寸以及模板的剛度和耐久性。因此，在模板組拼過程中，對以上三者必須採取針對性控制，以最終達到板面平整度、斷面尺寸、面板接縫（水平縫或豎直縫）要求。模板拼裝質量控制指標見表3。

表3 模板拼裝質量控制指標

序號	組成部位	細部名稱	設計值（毫米）	偏差標準（毫米）
1	工作平台	整體標高	╱	2
2	槽鋼背楞	平面位置	[14	3
		上下道背楞間對角線	╱	3
		直線度	╱	2
3	幾字形鋼樑及矩形鋼樑	長度	3150	-1~+1
		高度	100	0~1
		平面位置	╱	2
		整體對角線	╱	2
		上口（下口）相對高差	╱	1
4	面板	單板斷面尺寸	2440x1220x18	-1~+1
		整體斷面尺寸	╱	3
		單板對角線	╱	1
		整體對角線	╱	2
		平整度	╱	1.5
		縫寬	╱	1
		水平和豎向縫間相對位置	╱	2
		相對錯台	╱	0.5

參考資料：

保證措施

1.拼縫處模板面板保護措施

因在拆除和安裝模板時，面板與面板之間相互錯動，易導致面板端頭破損，因而前後移動忌動作粗暴，教育工人對模板精心呵護。

2.模板底口封閉防止漏漿措施

每層牆體澆築完成後，在混凝土牆體上彈線找平，沿線切割混凝土表面，切線須平直。要求對混凝土上表面沖洗乾淨後，才能合模。

3.混凝土澆築質控措施

1）在混凝土澆築過程中，設專人對模板進行觀測，若發現模板位移超過10毫米時，應立即採取暫停澆築、控制澆築速度、加固模板等措施。塔柱施工必須保證泵送混凝土的流動性、和易性，確保混凝土澆築後振搗密實，表面光潔，杜絕蜂窩麻面，並保持全塔混凝土外觀顏色一致。對施工縫接觸面應認真鑿毛、清洗，以保證新老混凝土的接縫質量。混凝土振搗時，振搗器不得與組合錨件及板面接觸，一旦發現組合錨件鬆動，應立即進行緊固。

2）嚴格控制塔柱的傾斜度、高度、斷面尺寸。塔柱各控制點的澆築高度嚴格按照設計預抬高度施工，施工過程中隨時監測、隨時調整，以保證塔柱施工精度。

4.模板維護及保養措施

1）拆模時先拆除安裝配件，後鬆動、拆除穿牆螺栓，使模板與混凝土產生脫離，然後將螺栓退出混凝土。拆模後必須立即用水將模板表面清潔乾淨。模板在經多次使用後有貫穿性和淺表性兩種損傷，對於貫穿性損傷可採用木塊填塞或背面補平後，正面用含有樹脂成分的膩子（原子灰）抹平；對於淺表性的損傷可直接用原子灰抹平即可。

2）模板採用進口18毫米厚WISA木模板，模板與骨架連線採用平頭螺栓固定，混凝土澆築後，在螺栓處留有凸印；隨著模板多次周轉使用，不斷的變徑切割，木模板變形量較大，表面局部損壞，影響混凝土表面外觀質量。針對此情況，必要時採用在模板上貼膜處理，以保證混凝土外觀平整、光滑。

安全措施

採用《多圓弧異型獨柱塔懸臂模板施工工法》施工時，除應執行國家、地方的各項安全施工的規定外，尚應遵守注意下列事項：

1.埋件和爬錐的埋設必須與混凝土表面保持垂直，特別要保證使高強螺桿與爬錐的旋合長度在80-85毫米之間，確保全全。混凝土振搗器不得碰撞預埋受力螺栓。不得對任何埋件或爬錐實施焊接作業，避免破壞其金相組織，降低其強度。牆體混凝土強度必須達到15兆帕以上方可提升架體。模板和其他物件起吊時，不得撞擊支撐架、模板和組合錨件。不得在除物料平台之外的作業平台上堆放重物。

2.外平台模板移動前，調整可調斜撐使模板傾斜；外平台模板移動結束後，及時將後移裝置與主梁連線的銷軸插好就位。在承重三角架的主梁外部與下部埋件支座之間拉好防風纜繩。遇六級（含六級）以上大風時不得進行模板前後移動作業。

3.懸臂支架自主平台護欄以下設全封閉式防護欄，防護欄外圍滿設密目網。主平台上方外圍滿設大眼安全網。定期對懸臂支架進行維護保養，保證萬無一失。

4.模架吊升時操作人員應配戴安全帶，安全帶應妥善系牢在不動架上，各平台上的所有物品應妥善放置，不得滾動或掉落。

5.信號工和塔吊司機要協調好，模板吊升應輕吊輕放。

6.架體底層的腳手板必須敷設緊密，且套用平網及密目安全網兜底，底層腳手板靠牆一側還應設可拆卸的翻板構造，模架吊升時可翻起，吊升結束立即翻下翻板，防止物料墜落。

7.外牆模架共有三道作業平台：下平台供拆除下層支座和爬錐用；主平台供調整前後移動模板以及安裝和拆除對拉螺栓之用；挑架供綁紮鋼筋及澆搗混凝土用。這三道作業平台間都要搭設便梯，跳板上開出人孔，要求便梯搭設牢固，並設有扶手，人孔周圍應設欄桿或加蓋。

8.混凝土澆築養護後退模，模板一經後移，立即在模板上口和下口牆面與模板間滿拉大眼安全網，一直維持到合模為止。

9.模板拆除時，應由上至下進行，所拆的材料，不得拋扔。拆下的模板及木方運到指定地點清理乾淨、堆碼整齊，不得亂堆亂放，平台上嚴防模板及木方的釘子朝天傷人。

10.冬期施工，要注意大風后檢查懸臂支架的穩定性，防護措施是否有損傷，扣件緊固部位是否鬆動等內容，防止大風對架子安全造成的不利影響。

環保措施

《多圓弧異型獨柱塔懸臂模板施工工法》的環保措施如下：

1.建立健全環境保護管理機構，明確環保工作任務，健全和完善環保目標責任制，投入環保資金，配備環保設施，建立環保獎罰基金。

2.施工中嚴格遵守《中華人民共和國噪聲標準（建築施工現場噪聲限值）》GB 12523-90，優先選用先進的環保機械，使施工噪聲控制在國家規定的噪聲標準極限內。

3.將施工場地和作業限制在工程建設允許範圍內，合理布置、規範圍擋，做到標牌清楚、齊全，各種標識醒目，施工場地整潔文明。

4.在塔身施工過程中，對施工產生的垃圾及時集中清理，嚴禁隨意丟棄，保持場地清潔。

5.對施工場地道路進行硬化，運輸道路專人養護，灑水防止塵土飛揚。

6.嚴格執行獎罰措施，使每個施工人員自覺按環保要求約束自己的施工行為。

效益分析

《多圓弧異型獨柱塔懸臂模板施工工法》的效益分析是：

1.採用多圓弧異型獨柱塔懸臂模板施工方法，通過施工過程的工序最佳化研究，在模板提升、安裝等施工階段實現安全、快速施工。與採用整體式模板施工相比，縮短施工工期3個月，節約成本120萬元。

2.多圓弧異型獨柱塔懸臂模板施工方法，對2009年後的中國國內同類型橋樑的施工具有重要的參考作用，具有廣闊的發展前景及推廣套用價值。

3.該橋在施工期間，許多設計、建築單位前來參觀學習。

4.該工程的竣工，徹底改變了江心洲與市區通過輪渡通行的現狀，實現了全天候通行；同時也提升了單位的橋樑綜合施工技術水平，增強了單位競爭力，產生了良好的社會效益。

註：施工費用以2009-2010年施工材料價格計算

套用實例

《多圓弧異型獨柱塔懸臂模板施工工法》的套用實例如下：

• 工程概況

南京長江隧道工程右漢大橋主塔設計為獨柱形式，塔身總高107米，主塔截面一般為空心截面，塔身截面設計新穎、美觀，截面外輪廓為4段凹圓弧、4段凸圓弧及8個過渡小圓弧圍成的變截面主塔。

主塔底部3米段為塔座，採用實心圓形截面，塔座底截面直徑14.3米，塔座頂截面直徑11.3米。塔身在塔座頂部的截面外輪廓尺寸為順橋向寬10米，橫橋向寬10米，壁厚2米。塔身在塔座頂部14米處的截面外輪廓尺寸為順橋向寬8米，橫橋向寬8米，壁厚1.5米。塔身在塔座頂部89.2米處以上部分的截面外輪廓尺寸為順橋向寬6米，橫橋向寬6米，壁厚1.2米。主塔在鞍座下設有3米厚的實體段，該實體段底部距頂部13.792米。

主塔塔座為圓台，塔身外輪廓坡度共分為3段，塔座頂部14米內塔身外輪廓坡度為1:14，塔身14米處至塔身89.2米之間外輪廓坡度為1:75.2，塔身89.2米以上部分為直線段，沒有坡度。主塔塔身立面、側面如圖6所示。

圖6 主塔塔身立面、側面圖

施工情況

針對多圓弧異型獨柱塔的特點，成功研製和運用懸臂式模板施工了107米高、多圓弧變截面的異型主塔。該模板體系為模板、埋件、主構架組成，模板採用木膠合板（維薩板）+鋼框模板體系組成；模板體系分為8個單元，每單元通過塔吊提升，施工速度快、操作簡單、方便安全。

該工程於2006年9月25日開工，2009年9月30日竣工。

工程檢測與結果評價

該工法的運用確保了南京長江隧道右漢大橋工程的順利實施，施工全過程處於安全、穩定、快速、優質的可控狀態，實現了每天完成1米塔身施工。

榮譽表彰

2011年9月，中華人民共和國住房和城鄉建設部發布《關於公布2009-2010年度國家級工法的通知》建質[2011]154號，《多圓弧異型獨柱塔懸臂模板施工工法》被評定為2009-2010年度國家二級工法。