公路橋梁施工中水中高墩立柱施工技術(shù)的應(yīng)用研究

摘要 針對水中高墩立柱在某公路橋梁施工中的應(yīng)用技術(shù)，包括橋梁結(jié)構(gòu)設(shè)計概況、施工方案設(shè)計和具體的施工工藝，文章通過選取合適的支架類型、臨時固結(jié)方法、垂直運(yùn)輸和混凝土供應(yīng)方式，確保了施工的高效性與安全性。最終，通過嚴(yán)密的質(zhì)量控制和詳細(xì)的應(yīng)用效果分析，驗證了施工方案的可行性和效果。

關(guān)鍵詞 公路橋梁施工；水中高墩立柱施工技術(shù)；支架

中圖分類號 U445 文獻(xiàn)標(biāo)識碼 A 文章編號 2096-8949（2025）03-0075-03

0 引言

水中高墩立柱作為橋梁的重要組成部分，其施工技術(shù)的研究尤為重要。該文以某公路橋梁為例，探討了從施工方案設(shè)計到具體施工工藝的全過程。通過科學(xué)合理的施工技術(shù)應(yīng)用，不僅確保了工程質(zhì)量，還提高了施工效率，減少了對環(huán)境的影響。該文期望為今后類似工程提供技術(shù)參考和實踐借鑒。

1 工程概況

1.1 設(shè)計概況

該工程項目為一座雙向分離式大橋，左幅跨度達(dá)670.60 m，右幅則為675.80 m。橋面總寬34.5 m，單幅寬度為16 m，采用等寬設(shè)計理念。在結(jié)構(gòu)上，該橋由引橋和主橋兩部分組成。引橋采用簡支梁結(jié)構(gòu)，而主橋則運(yùn)用連續(xù)梁設(shè)計。橋梁主體為變截面箱梁構(gòu)造，其頂板寬16 m，底板寬8.3 m。頂板厚度固定為30 cm，腹板厚度在50～75 cm之間浮動，底板厚度則為28～70 cm不等。梁高在中支點(diǎn)處達(dá)到4.2 m，在邊支點(diǎn)處降至

2 m。為確保結(jié)構(gòu)的完整性和功能性，設(shè)計中納入了多項細(xì)節(jié)：0#節(jié)段配備橫隔板及檢修通道；各節(jié)段腹板設(shè)有通風(fēng)孔；底部安裝泄水孔以防積水。在地理位置上，該橋坐落于南亞熱帶季風(fēng)氣候區(qū)，氣候特征如下：降水充沛、季節(jié)性明顯、日照充足、溫度適中，年平均氣溫在26.8～27.4℃之間波動，這種氣候條件有利于橋梁的長期使用和維護(hù)。

如圖1所示為該橋梁的平面布局圖。

2 施工方案設(shè)計

2.1 總體方案

該工程采用整體現(xiàn)澆法施工主墩0#連續(xù)梁段。為保障結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性和施工安全，采用經(jīng)過處理的承臺和場地作為支架基礎(chǔ)。在施工中，通過三階段對稱加載預(yù)壓沙袋至最大荷載的1.2倍，以確保穩(wěn)定性。模板系統(tǒng)包括外部側(cè)底組合模和內(nèi)部半鋼半木模，安裝過程結(jié)合人力和機(jī)械進(jìn)行作業(yè)?；炷翝仓捎帽盟驮O(shè)備，輔以人工振搗，以確保澆筑質(zhì)量。整個施工過程應(yīng)嚴(yán)格遵循設(shè)計規(guī)范和安全標(biāo)準(zhǔn)，確保工程質(zhì)量和施工效率的最優(yōu)化。

2.2 施工工藝流程

該連續(xù)梁0#塊的設(shè)計長度為左幅9 m、右幅10 m。在施工中，水中墩采用鋼管支架，而陸上墩則采用盤扣支架現(xiàn)澆法。此種工藝安排能夠有效適應(yīng)不同地質(zhì)條件，并保障施工的順利進(jìn)行。

2.3 支架施工

支架施工包括盤扣和鋼管兩種支撐方式[1]。

2.3.1 地基及場地處理

針對涉及盤扣支架的0#塊結(jié)構(gòu)，其承臺范圍以外的地基部分需執(zhí)行深度達(dá)1.0 m的換填作業(yè)。在換填過程中，應(yīng)使用厚度為80 cm的級配碎石作為回填材料，并遵循分層碾壓的工藝要求，以確保地基的穩(wěn)固性。隨后，在級配碎石層之上，需進(jìn)行頂部硬化處理，采用厚度為

20 cm的C20混凝土進(jìn)行澆筑，以增強(qiáng)地基的整體承載能力。對于鋼管柱支架的安裝，其直接支撐于承臺之上，因此無須對承臺進(jìn)行額外的地基處理措施。此外，為確保施工場地的整體穩(wěn)定性和安全性，需根據(jù)梁體結(jié)構(gòu)的縱橫坡度變化，對場地進(jìn)行科學(xué)合理的調(diào)整與處理。在調(diào)整過程中，應(yīng)詳細(xì)設(shè)計鋼管柱墊梁、分配橫梁及三角桁架等關(guān)鍵結(jié)構(gòu)，以確保其能夠有效分擔(dān)荷載，提高整體結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性和安全性。

2.3.2 支架搭設(shè)

該工程采用鋼管立柱式支撐體系，立柱采用Φ820 mm×8 mm規(guī)格。支架結(jié)構(gòu)自底向頂依次包括木質(zhì)底板、縱向木條、小型工字鋼墊梁、大型工字鋼主梁及三角桁架。立柱縱橫間距經(jīng)優(yōu)化設(shè)計，采用工字鋼和槽鋼作為連接構(gòu)件。頂部結(jié)構(gòu)按特定次序進(jìn)行鋪設(shè)，包括桁架、主梁、墊梁、分配木條及模板。為增強(qiáng)整體剛度，立柱間設(shè)置橫向和斜向支撐。在鋪設(shè)模板前，精確校核標(biāo)高以確保施工精度。該支架系統(tǒng)設(shè)計合理、結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，滿足工程承載要求。

2.4 臨時固結(jié)

2.4.1 臨時穩(wěn)定措施

為保障橋梁施工階段的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性，采取一系列的臨時固結(jié)措施。在墩柱承臺和蓋梁處設(shè)置了臨時錨固裝置，其中連續(xù)墩采用外部鋼管樁補(bǔ)強(qiáng)系統(tǒng)。該系統(tǒng)由四根直徑為820 mm的鋼管樁組成，每側(cè)通過16根直徑為32 mm的高強(qiáng)度螺紋鋼以抵抗不均衡載荷。這些螺紋鋼一端深入承臺150 cm，另一端則與箱梁頂面的工字鋼梁相連。為防止錨固件腐蝕，外露部分采用在PVC套管內(nèi)灌油的防護(hù)措施，以確保長期穩(wěn)定性[2]。

2.4.2 張拉與固定技術(shù)

在0#塊混凝土達(dá)到設(shè)計強(qiáng)度后，進(jìn)行臨時錨固螺紋鋼的張拉作業(yè)。每根螺紋鋼需承受200 kN的拉力，在施工過程中應(yīng)定期檢查螺母狀態(tài)以防脫錨。鋼管樁之間通過焊接加勁板和對接縫連接，以增強(qiáng)整體剛度。鋼管樁頂部應(yīng)與0#塊底板緊密接觸，在頂部1 m范圍內(nèi)澆筑C20等級混凝土，其余部分填充細(xì)砂并灌水，這種設(shè)計旨在提高局部穩(wěn)定性能，確保整個支撐系統(tǒng)的可靠性和安全性[3]。

2.5 支架預(yù)壓

支架預(yù)壓分為三個階段進(jìn)行加載。首次加載至最大荷載的60%，第二次加載至100%，第三次加載至120%。每次加載后維持30 min，并測量沉降量。加載至最大荷載的120%后，持續(xù)監(jiān)測24 h，確認(rèn)穩(wěn)定后方可卸載。在整個預(yù)壓過程中，需根據(jù)觀測數(shù)據(jù)計算沉降量，并得出支架的彈性回縮量和彈性變形值。為了確保預(yù)壓過程的安全性和數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性，加載前需在0#塊的多個關(guān)鍵截面設(shè)立測量點(diǎn)，并在每次加載和卸載前進(jìn)行全面的安全質(zhì)量檢查[4]。

預(yù)壓沉降量的計算公式如下：

（1）

式中，S——沉降量（mm）；P——加載力（kN），假設(shè)加載力為3 000 kN；A——承載面積（m2），假設(shè)為50 m2；E——地基土的彈性模量（MPa），假設(shè)為

20 MPa；H——地基厚度（m），假設(shè)為1 m，則沉降量計算如下：

（2）

卸載后的彈性回縮量R計算公式如下：

（3）

將數(shù)據(jù)代入式（3）得出：

（4）

彈性變形Δ則如下：

（5）

2.6 支座安裝

在橋梁支座安裝過程中，工程人員首先在墊石頂面標(biāo)記定位線。支座與基礎(chǔ)采用特制連接裝置固定。就位后，通過臨時調(diào)平裝置確保水平，并調(diào)整至設(shè)計標(biāo)高。隨后，在支座底部周圍設(shè)置澆筑模具，并預(yù)留規(guī)定間隙。經(jīng)復(fù)核無誤后，注入高性能灌漿料，其強(qiáng)度指標(biāo)須符合設(shè)計要求。待灌漿凝固后，拆除輔助構(gòu)件，并進(jìn)行質(zhì)量檢查。整個過程應(yīng)嚴(yán)格把控每個環(huán)節(jié)，確保支座的安裝精度和穩(wěn)定性，為橋梁結(jié)構(gòu)的安全運(yùn)營奠定基礎(chǔ)。

2.7 垂直運(yùn)輸方案

塔吊選擇一臺QTZ80塔式起重機(jī)，主要用于較大件模板、鋼筋等材料的垂直運(yùn)輸。施工電梯則配置兩臺SC200/200型施工電梯，負(fù)責(zé)日常施工人員及新型材料的上下運(yùn)輸。塔吊和電梯的位置布置考慮了作業(yè)半徑和起吊高度，確保覆蓋施工區(qū)域的每個角落。塔吊的最大起重力矩為80 t·m，可滿足大件模板及鋼筋籠的吊裝需求，而施工電梯的雙籠設(shè)計使其能在高峰時段實現(xiàn)20人/次的運(yùn)輸能力，有效提升了施工效率。結(jié)合施工進(jìn)度，在不同階段進(jìn)行合理調(diào)配，以保證垂直運(yùn)輸?shù)母咝Ш桶踩?，每半小時進(jìn)行設(shè)備的例行檢查，確保垂直運(yùn)輸系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性[4]。

2.8 混凝土供應(yīng)方案

現(xiàn)場設(shè)有2個HZS180混凝土攪拌站，每小時可生產(chǎn)360 m3混凝土，主要用于緊急施工段和高峰階段的供應(yīng)。同時，與當(dāng)?shù)?家大型商品混凝土公司簽訂了長期供貨合同，保證商品混凝土的充足供應(yīng)?；炷恋倪\(yùn)輸采用10輛8 m3混凝土運(yùn)輸車，滿足高峰期每小時200 m3

的運(yùn)輸需求。為保證混凝土的坍落度和易性，從攪拌站到施工現(xiàn)場的運(yùn)輸距離控制在30 min以內(nèi)，且運(yùn)輸路線經(jīng)過詳細(xì)規(guī)劃，以避免交通擁堵。同時，設(shè)置了專門的混凝土攪拌站監(jiān)控系統(tǒng)，實時監(jiān)測混凝土的攪拌質(zhì)量和生產(chǎn)情況?，F(xiàn)場澆筑采用2臺37 m和1臺42 m天泵，確保混凝土的高效澆筑和振搗，配合人工插入式振搗器，保證混凝土的密實度和結(jié)構(gòu)質(zhì)量[5]。

2.9 立柱現(xiàn)澆方案

立柱采用鋼管支架體系，選用Ф820 mm×8 mm的鋼管，立柱間距設(shè)為598 cm，提供充足的承載力。模板系統(tǒng)選用內(nèi)模2004型和外模1204型鋼模板，其模塊化設(shè)計確保了模板安裝和拆卸的高效性和穩(wěn)定性。為了實現(xiàn)立柱混凝土的均勻澆筑，采用分層澆筑法，每層厚度為50 cm，每層澆筑后進(jìn)行一次振搗，使用50 mm口徑的插入式振搗棒，振搗時間不少于30 s，避免出現(xiàn)蜂窩孔洞。為了計算立柱的混凝土澆筑量，公式如下：

（6）

式中，V——混凝土體積（m3），假設(shè)立柱截面積為1 m2，高度為10 m；A——立柱截面積（m2），假設(shè)為

1 m2；H——立柱高度（m），假設(shè)為10 m。

代入數(shù)據(jù)計算得出：

（7）

采用激光鉛直儀進(jìn)行垂直度控制，每澆筑一層進(jìn)行一次復(fù)測，確保立柱的整體垂直度在1/3000以內(nèi)。同時，澆筑過程中的混凝土溫度控制在10～30℃之間，避免溫差引起的體積變化，確保高墩立柱的施工質(zhì)量達(dá)到設(shè)計要求。

由于分層澆筑的需要，每層澆筑厚度的計算公式如下：

（8）

式中，Hi——每層澆筑厚度（m），假設(shè)為0.5 m；H——立柱總高度（m），假設(shè)為10 m；n——分層數(shù)，假設(shè)為20層。

代入數(shù)據(jù)計算得出：

（9）

為了確?；炷撩軐?，振搗時間的計算公式為：

（10）

式中，Td——振搗時間（s），假設(shè)為30 s；k——振搗系

數(shù)，假設(shè)為1；d——振搗器口徑（mm），假設(shè)為50 mm。

則：

（11）

如此，通過嚴(yán)格控制每層混凝土的澆筑厚度和振搗時間，可確保混凝土的密實度和結(jié)構(gòu)質(zhì)量符合要求。

3 應(yīng)用成效分析

3.1 垂直度控制分析

根據(jù)激光鉛直儀測量的數(shù)據(jù)表明，立柱的整體垂直度控制在設(shè)計要求的范圍內(nèi)，滿足設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)的1/3 000以內(nèi)。測量結(jié)果如表1所示：

垂直度分析結(jié)果顯示，該項目中的水中高墩立柱施工達(dá)到了設(shè)計要求，偏差均在允許范圍內(nèi)。

3.2 支架沉降分析

支架預(yù)壓階段的沉降監(jiān)測數(shù)據(jù)表明，支架的沉降量穩(wěn)定，最大沉降量在允許范圍內(nèi)。預(yù)壓后的彈性回縮量和彈性變形值如表2所示：

3.3 施工過程中參數(shù)穩(wěn)定性分析

實時監(jiān)測的混凝土坍落度和溫度控制均在設(shè)計要求范圍內(nèi)，垂直運(yùn)輸系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定，設(shè)備得到及時檢修和維護(hù)，保證了施工的順利進(jìn)行。具體如表3所示：

4 結(jié)語

通過對水中高墩立柱施工技術(shù)的全面研究和實踐應(yīng)用，該文展示了創(chuàng)新施工技術(shù)在實際工程中的有效性和可靠性。在嚴(yán)密的質(zhì)量控制和科學(xué)的施工管理下，所實施的技術(shù)方案不僅滿足了設(shè)計要求，而且達(dá)到了預(yù)期的施工質(zhì)量和效果。未來，隨著技術(shù)的發(fā)展和優(yōu)化，這些實踐經(jīng)驗將為更多類似工程的順利開展提供有力的支持和借鑒。

參考文獻(xiàn)

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收稿日期：2024-07-30

作者簡介：劉通（1992—），男，研究生，工程師，研究方向：道路與橋梁工程施工管理。