道路橋梁薄壁空心墩技術(shù)研究

段小龍

（撫州市城市建設(shè)集團有限公司，江西撫州 344000）

0 引言

薄壁空心墩技術(shù)的核心理念是采用薄壁結(jié)構(gòu)和空心設(shè)計，減少材料使用量、降低自重負荷，并簡化施工工序。相比傳統(tǒng)的實心墩，薄壁空心墩具有諸多優(yōu)勢，如減少混凝土用量、提高橋梁整體輕量化水平、便于施工等。通過合理的墩身結(jié)構(gòu)設(shè)計和施工工藝，薄壁空心墩能夠滿足道路橋梁的強度要求，具備優(yōu)良的穩(wěn)定性和耐久性。

1 薄壁空心墩技術(shù)優(yōu)勢

首先，薄壁空心墩技術(shù)能夠顯著減少混凝土用量。相比傳統(tǒng)的實心墩結(jié)構(gòu)，薄壁空心墩僅在必要的部位設(shè)置實心墩身，其余區(qū)域采用空心設(shè)計，使墩身內(nèi)部形成空洞結(jié)構(gòu)，既能夠保證墩身的強度和穩(wěn)定性，又可以大幅度減少混凝土的使用量，節(jié)約材料成本。

其次，薄壁空心墩能夠?qū)崿F(xiàn)橋梁的整體輕量化。由于采用空心結(jié)構(gòu)，墩身的自重負荷大大降低，減輕了對橋梁主體結(jié)構(gòu)的負荷。減小道路橋梁地基的承載壓力，降低地基的設(shè)計要求，減少了工程造價和施工時間。

最后，薄壁空心墩的施工也更為便利。相比實心墩結(jié)構(gòu)，薄壁空心墩的施工工序更加簡化。墩身內(nèi)部的空心結(jié)構(gòu)使施工過程中的模板安裝、混凝土澆筑和養(yǎng)護等環(huán)節(jié)更為靈活，降低了施工難度、縮短施工時間。空心結(jié)構(gòu)也有利于混凝土的充分澆筑和養(yǎng)護，提高了施工質(zhì)量和墩身的耐久性。需要注意的是，在采用薄壁空心墩技術(shù)時，設(shè)計和施工過程中需要考慮墩身的強度、穩(wěn)定性和耐久性等方面的要求，確保墩身滿足設(shè)計要求并具備足夠的抗震和承載能力。墩身內(nèi)部的空心結(jié)構(gòu)需要進行合理的防水處理，避免潮濕環(huán)境對墩身材料的侵蝕[1]。

2 工程概況

某大型橋梁項目建設(shè)長度1.3km，設(shè)計的直線、緩和曲線和圓曲線上，圓曲線半徑為5km，緩和曲線長度為110m。從地形條件展開分析，由于受到地形影響采取立交控制方式設(shè)計，整個線路穿越居民區(qū)，兩次跨越道路和橋梁。按照設(shè)計方案的要求，主橋墩采用圓端形空心橋墩，考慮工程需求，采用薄壁空心墩的方式進行施工。

3 施工方案的選定

施工單位從工程項目的實際情況出發(fā)，考慮現(xiàn)場施工的需要，從爬模、滑模、翻模三種方案中選擇最佳的施工方案。爬模施工使用吊車將整個模板和工作平臺進行吊升，由于吊車高度的限制，爬模施工無法滿足該項目的高墩施工作業(yè)要求。滑模施工存在支撐桿彎曲、局部坍塌等安全風險，在這種結(jié)構(gòu)下，墩身中間需設(shè)置縱隔板，施工難度較高，且無法降低成本?；谶@些因素，綜合分析現(xiàn)場質(zhì)量、造價、工期、安全性等多方面因素，薄壁空心墩外模板采取翻模定型模板組裝的方式，內(nèi)模板則使用組合模板的結(jié)構(gòu)。

4 模板的設(shè)計參數(shù)及穩(wěn)定性計算

4.1 外模的結(jié)構(gòu)

在施工時，采取分塊分組的方式，戶型外模板以6塊為一組。在直線段施工中使用平板模板組合的方式。在模板施工過程中，橫向、豎向接縫使用公母扣進行連接，滿足整體連接穩(wěn)定性的要求。外模板面板直線段使用86mm 的鋼板，背部使用槽鋼進行連接，達到連接穩(wěn)定性的標準要求。在模板連接過程中，使用40mm、直徑為16mm 的螺栓進行連接，保證連接位置達到密實度的標準，防止在施工過程中發(fā)生漏漿等嚴重質(zhì)量問題。

4.2 內(nèi)模的結(jié)構(gòu)

外模板安裝施工結(jié)束后，需要進行內(nèi)模板的安裝施工，該部分采用組合模板施工方式，由多種規(guī)格的模板共同組合形成，達到整體結(jié)構(gòu)施工效果的要求。組合模板在施工過程中，墩身直線段按照內(nèi)邊坡的坡度進行安裝作業(yè)，圓端使用10cm×150cm 的模板，模板之間的連接使用楔形小木條進行弧形坡度的調(diào)整。內(nèi)模板在安裝環(huán)節(jié)，每個節(jié)段的長度為1.5m，安裝過程中以超過外模頂面為基本原則。將底部固定在凝固成型后的混凝土結(jié)構(gòu)上，每次拆模施工需要保留最上部的一層，下一節(jié)的模板固定在保留的模板上[2]。

4.3 模板的固定

模板的固定使用拉桿進行連接，間隔距離為1m，在垂直方向上設(shè)置每節(jié)段2m 高度的連接，以達到連接效果的要求。每塊模板設(shè)置四道拉桿進行連接，考慮到拆裝及重復利用，拉桿使用直徑20mm 的圓鋼制作，外部套入PVC 管。內(nèi)模板采取組合的形式，剛性性能相對較差，在沒有拉桿的部位上間隔50cm 設(shè)置井字架進行支撐。

4.4 薄壁空心墩的穩(wěn)定性計算

空心墩結(jié)構(gòu)是中心受力的桿件，在軸向壓力的作用下會形成縱向彎曲，使構(gòu)件存在結(jié)構(gòu)損壞的風險。設(shè)計人員要對高墩的穩(wěn)定性進行充分的計算和分析，掌握各項技術(shù)參數(shù)，有效提升薄壁空心墩施工穩(wěn)定性。對該項目來說，在強度檢驗合格后，才能夠投入現(xiàn)場施工。

5 道路橋梁薄壁空心墩的施工方法

5.1 設(shè)備配置

在施工過程中，墩身結(jié)構(gòu)周邊需要搭設(shè)鋼管架，同時在橫橋向設(shè)置升降機及卷揚機，使材料、工具等可以進行垂直運輸。在鋼管架內(nèi)部設(shè)置人員可以上下的梯子，利用高壓輸送泵垂直進行混凝土材料的運輸作業(yè)，滿足現(xiàn)場施工的要求。

5.2 模板施工

將制作好的模板運輸?shù)降缆窐蛄菏┕がF(xiàn)場后，首先進行試驗拼裝工作，各個部件尺寸和結(jié)構(gòu)性能驗收合格后，再繼續(xù)開展項目施工。墩身模板采取分段施工的方式，每一段的高度為5.0m，并且通過拉桿固定的方式連接，形成整體結(jié)構(gòu)。對局部特殊的位置需增加對拉桿。薄壁空心墩的內(nèi)外模板設(shè)置有鋼管支撐架，確保內(nèi)模結(jié)構(gòu)達到穩(wěn)定、牢固、可靠的效果。在現(xiàn)場進行防護平臺生產(chǎn)作業(yè)時，使用對拉桿進行作業(yè)，周圍設(shè)置安全網(wǎng)，避免發(fā)生墜落事故。

薄壁空心墩使用翻模工藝施工時，根據(jù)設(shè)計方案的要求，加強高度控制。根據(jù)施工工期，選擇最合適的空心墩組合形式，保證現(xiàn)場施工順利完成，提高施工速度。在空心墩澆筑過程中，單次澆筑的高度為4.5m，為下次澆筑施工預(yù)留0.5m 的高度。為防止空心墩在施工過程中出現(xiàn)漏漿，在模板安裝施工階段豎向縫隙使用法蘭螺栓連接的方式，使用泡沫密封條進行密封處理，澆筑施工效果符合工程標準。

在該道路橋梁項目的施工過程中，空心墩的建造環(huán)節(jié)涉及三套模板的使用。每個模板的結(jié)構(gòu)都需要嚴格控制其尺寸精度，以確?，F(xiàn)場施工的成果能夠符合規(guī)定的合格標準。在模板安裝環(huán)節(jié)，嚴格執(zhí)行施工工藝方案的要求，加強各個結(jié)構(gòu)部分的安裝施工質(zhì)量控制，進而有效保證結(jié)構(gòu)安裝效果合格，達到現(xiàn)場施工的標準要求。在模板安裝工作結(jié)束后，進行混凝土澆筑，達到規(guī)定的強度標準要求后，進行模板的拆除作業(yè)，該環(huán)節(jié)注意輕拿輕放，將其存放到規(guī)定位置，并對模板表面進行清理——涂抹一層脫模劑，便于后續(xù)的施工作業(yè)。此外，在模板外側(cè)設(shè)置施工人員專用的作業(yè)平臺，并且焊接鋼筋，滿足連接穩(wěn)定性，再在表面鋪設(shè)一層木板，滿足現(xiàn)場施工人員行走的需要，便于后續(xù)的拆卸作業(yè)。

5.3 混凝土工程

其一，對于道路橋梁的薄壁空心墩施工來說，混凝土工程是最為重要的結(jié)構(gòu)部分，對橋梁基礎(chǔ)施工效果的提升產(chǎn)生直接影響。在施工開始前需要先標注好薄壁空心墩施工位置、結(jié)構(gòu)、尺寸等，結(jié)合現(xiàn)場施工的需要，合理規(guī)劃混凝土澆筑施工順序，加強各個因素的控制，避免發(fā)生裂縫等問題，以提升混凝土結(jié)構(gòu)的總體性能水平。

澆筑作業(yè)前，工作人員將模板表面存在的雜物、灰塵等清理干凈，還需清理鋼筋材料表面。由專業(yè)技術(shù)人員進行混凝土材料配合比的試驗檢測，在生產(chǎn)環(huán)節(jié)加強監(jiān)督檢查，確?；炷敛牧系呐浜媳群细?，避免因配合比設(shè)置不當而影響混凝土結(jié)構(gòu)的性能。在混凝土配比的環(huán)節(jié)，坍落度參數(shù)的控制尤為重要，對于該道路橋梁項目來說，水灰比、和易性也是重要的參數(shù)，必須加強這些參數(shù)的控制，滿足道路橋梁的施工需要。

在混凝土材料制作過程中，攪拌時間十分重要，該工程項目攪拌時間為1.0～1.5min。在薄壁空心墩現(xiàn)場施工環(huán)節(jié)，加強各個階段的控制，預(yù)留連接鋼筋的縫隙，使上下兩段混凝土結(jié)構(gòu)連接效果合格，保證施工的質(zhì)量[3]。

其二，混凝土材料制作完成且檢驗合格后，使用專業(yè)的混凝土罐車將混凝土材料運輸?shù)绞┕がF(xiàn)場，運載之前需要在車廂內(nèi)壁涂抹一層油，避免混凝土材料黏結(jié)到內(nèi)壁。做好運輸路線的設(shè)計，選擇最短運輸路線，防止長時間運輸造成混凝土材料離析。

其三，混凝土材料運輸?shù)绞┕がF(xiàn)場之后，進行混凝土材料的澆筑施工，目前主要采取泵送的方式，可以提高施工的質(zhì)量和效率。澆筑工作開始前，現(xiàn)場施工人員先對泵送管進行濕潤處理，達到良好的工作狀態(tài)，然后開展泵送施工作業(yè)。水和砂漿材料不能直接流入倉內(nèi)，同時還要控制混凝土材料的自由下落，高度必須在2m 以下。如果超過該高度，需設(shè)置串筒，防止在澆筑過程中發(fā)生混凝土材料離析。薄壁空心墩現(xiàn)場澆筑過程中，使用水平澆筑施工方法，采取分層、對稱澆筑的方式，記錄現(xiàn)場施工各項技術(shù)條件，做好現(xiàn)場施工的質(zhì)量監(jiān)督管理，確保混凝土澆筑施工質(zhì)量合格。施工縫、模板縫水平位置一致的情況下，澆筑環(huán)節(jié)不能超出模板的水平端，需與模板頂部保持1mm的距離。

其四，混凝土澆筑施工結(jié)束后，進行混凝土的振搗處理。薄壁空心墩結(jié)構(gòu)澆筑后的振搗尤為重要，選擇合適的振搗施工機械，加強施工工藝方案控制，使每個環(huán)節(jié)都處于監(jiān)督管控范圍之內(nèi)，進而提升振搗施工水平，確保薄壁空心墩結(jié)構(gòu)的密實度合格，滿足道路橋梁使用的需要。振搗過程中執(zhí)行規(guī)范化操作，按照工藝方案進行，使上下兩層的混凝土結(jié)構(gòu)緊密結(jié)合，形成整體結(jié)構(gòu)，滿足當前道路橋梁施工的標準要求。插入振搗棒是目前主要的振搗施工措施，將新舊混凝土緊密連接起來，不會出現(xiàn)氣泡、蜂窩、麻面等嚴重的質(zhì)量問題。在振搗工作結(jié)束后，表面沒有發(fā)生下沉、氣泡等情況視為合格。在振搗過程中加強現(xiàn)場施工管控，禁止觸碰預(yù)埋件、模板等結(jié)構(gòu)，避免造成結(jié)構(gòu)的變形或損壞，給施工效果造成負面影響[4]。

其五，脫模以及養(yǎng)護是混凝土結(jié)構(gòu)施工最為重要的環(huán)節(jié)，也是最后一個環(huán)節(jié)。薄壁空心墩施工過程中，脫模的時間控制十分重要。當混凝土結(jié)構(gòu)強度達到2.5MPa 時，即可開展模板拆除工作。薄壁空心墩的高度相對較高，養(yǎng)護施工難度較大，通?？梢栽诨炷两Y(jié)構(gòu)外表面包裹一層無色的塑料膜，模板拆除后立即進行包裹處理，采取自然蒸養(yǎng)的方式進行養(yǎng)護。鋪設(shè)塑料薄膜可以避免水分流失，在混凝土結(jié)構(gòu)達到強度要求之后，不能立即拆除塑料薄膜。需進行結(jié)構(gòu)荷載的計算分析，達到要求之后投入使用。在養(yǎng)護過程中，加強施工環(huán)境溫度的控制，如果溫度不超過5℃，需進行覆蓋保溫處理，防止發(fā)生裂縫問題。

其六，空心墩的翻模施工也比較重要，施工人員使用先進測量工具進行線形、結(jié)構(gòu)的測量控制，確保高層定位垂直度偏差處于合理范圍內(nèi)。就目前來看，測量設(shè)備以全站儀為主，使用該設(shè)備進行測量，可以發(fā)揮三維坐標法的優(yōu)勢，設(shè)置四個交點，各個位置上的測量都滿足精準性的要求。垂直度檢測過程中，以使用吊垂線、全站儀測量的方式為主，確保墩身的豎直度合格，防止影響施工效果。翻模過程中，現(xiàn)場澆筑環(huán)節(jié)以從兩側(cè)到中間的順序進行，采取分層澆筑施工方式，確?；炷两Y(jié)構(gòu)的性能合格[5]。

6 結(jié)語

薄壁空心墩技術(shù)作為一種創(chuàng)新的橋梁墩身結(jié)構(gòu)形式，具備減少混凝土用量、實現(xiàn)整體輕量化和簡化施工工序等優(yōu)點，為道路橋梁的設(shè)計與建設(shè)提供了一種可行方案。采用薄壁空心墩技術(shù)可以減少材料成本，降低自重負荷，減小地基承載壓力，進而降低工程造價和施工難度。施工過程中的模板安裝、混凝土澆筑和養(yǎng)護等環(huán)節(jié)更為便利，提高了施工效率和墩身的質(zhì)量。但是，在橋梁項目建設(shè)中，薄壁空心墩技術(shù)的應(yīng)用也需要滿足墩身的強度、穩(wěn)定性和耐久性等方面的要求。在設(shè)計和施工過程中，需要進行詳細計算和分析，確保墩身滿足結(jié)構(gòu)安全性和抗震要求。