桥梁高墩施工阶段稳定性及其施工控制

桥梁高墩施工阶段稳定性及其施工控制

汪洋1,赵靖2

武汉二航路桥特种工程有限责任公司 湖北 武汉 430000

摘要：高桥墩的长细比较大，且结构本身柔度高、刚度被削弱，施工易受风载、温度载荷的影响，因此，稳定性控制至关重要。本文结合桥梁高墩施工实例展开探究，先对影响桥梁高墩施工稳定性的因素进行分析，再对施工稳定性控制内容与方法进行探究，以期有效预防施工中因风载、施工偏载、温度荷载综合作用下造成的桥墩变形、弯矩增大情况，从而提高高桥墩施工质量，减少安全风险。

关键词：桥梁工程；高墩施工；施工技术；稳定性；控制

引言：为完善交通运输体系的建设，山地丘陵地区路桥工程建设数量不断增多，但受到地形条件的限制，在深沟峡谷地区需要建设空心薄壁截面形式的高桥墩，由于其刚度低、柔度大，未形成完整结构前容易受风载、荷载的作用出现变形。因此，施工阶段对于高桥墩稳定性的控制成为控制工作的重点，而探究可靠的控制方法，对维护桥梁高墩施工稳定有着重要现实意义。

1 工程概况

某地建设总长度为57.329km的公路工程，设计为标准六车道、时速100km，工程跨越3个县级市，需建设4座桥梁（特大桥1座、大桥2座、中小桥1座），墩身长≥15m、柱径160cm的高墩柱共103个。

2 桥梁高墩施工阶段稳定性影响因素

2.1 温度

桥梁高墩施工中应用较多具有温度敏感性的材料，温度变化会使材料性能发生改变，进而对施工安全、质量产生影响。例如，混凝土结构受温度影响后，在固结期间出现结构内外温差过大情况，造成结构强度、刚度下降，甚至会出现裂缝等病害。高墩主要建设在山谷、山地，此类地区气候环境特殊，昼夜温差较大，高墩不同截面太阳辐射量不同、各个施工段所处海拔不同，会使温度对施工稳定性造成不同程度的干扰。

2.2 弹性

本项目高墩为薄壁高墩，结构的弹性受自重载荷、施工载荷、风载荷、温度载荷等多方面因素的影响，其中施工载荷的影响程度最高。主要因施工荷载的增加会导致墩身出现不同程度的弹性变形，容易造成结构失稳。

2.3 线性稳定因素

空心薄壁高墩稳定性分析中线性稳定性因素是分析重点，主要因高墩结构刚度偏小，风荷载与温载对墩顶的影响较大，墩顶发生偏移后则导致结构线性稳定差，也易发生结构失稳风险。

2.4 非线性稳定因素

非线性稳定因素对高墩稳定性也有着直接影响，在施工初期出现技术缺陷时，如选择稳定性未通过检测的混凝土材料、钢筋材料时，施工缺少稳定的条件，也使施工稳定性受到干扰。

3 桥梁高墩施工阶段稳定性控制内容与方法

3.1 控制内容

3.1.1施工工艺流程

本项目高墩施工采用翻模施工技术，基本作业原理如下：采用两大节钢模板，配合支架、脚手架作业平台进行施工，随着墩柱高度的增加需要连接支架与已完成浇筑施工的墩柱，确保支架整体稳定。正式操作中在基顶支立第一节模板、在第一节模板上支立第二节模板，当第二节模板与第一节模板混凝土强度分别达到3MPa、10MPa以上后，清理模板表面、涂抹莫脱模剂，并在手动葫芦与塔吊的配合下将第一节模板翻升至第二节顶部，依次进行，见图1。期间应严格监督吊架的位移情况，位移超过规定范围时，应立即停止施工，并及时纠正；且控制模板的中线位置，每次模板提升后均需复核，严禁尺寸偏差。

图1 翻模施工示意图

3.1.2 模板安装与墩身垂直度

翻模施工中模板由上下规格相同的两块钢膜组成，施工前需要对钢膜的强度、平整度、刚度进行检查，预防模板尺寸偏差，并在浇筑前处理好模板问题，避免影响浇筑施工的连续性。待下层混凝土强度达到拆模标准后，应按照从下至上的顺序将模板及其支立设施拆除。且施工中应将墩身垂直度作为控制重点，结合施工现场日照、风荷载情况选择合适的垂直度测量方法。

3.1.3 高墩偏位测量

在墩身5m、15m、20m、墩顶附近截面处均应设置偏位观测点，方向则沿桥向、垂直方向，并准备好全站仪等测量工具，在各个施工阶段或不平衡荷载导致结构偏位、日照导致结构侧面温差变化、风荷载导致偏位等情况下进行测量。

3.1.4 桥墩沉降测量

在主墩承台的上游与下游位置设置测点，数量控制在1～2个内，且测点应处于方便观测、相对可靠的区域内，施工期间采用水准仪进行测点标高测量。

3.1.5 风荷载测试

施工期间风荷载较大时，需要观测风向、桥梁上平均风速以及阵风风速，确定风荷载的实际情况、变化以及对高墩结构带来的影响，此时应加强高墩线形控制，并控制施工现场安全，确定人、机、物的状态是否稳定。其中测点应布置在桥墩顶部、中部、下部位置上，测试采用风速仪。

3.1.6 应力监测

应力监测可以获得结构应变—应力测试结果，是评价施工质量的重要指标，也是桥梁结构跟踪检测的关键指标。本项目应力监测中选择钢弦应变计，将测点布置在墩根部位。

3.1.7 墩身温度场观测

在墩身5m、15m、20m、墩顶附近截面处沿着两个不同的方向埋设观测温度变化的温度传感器，在每个季节选择一个晴天、阴雨天、多云天或其他具有代表性的天气，全天候进行温度观测。

3.1.8 不平衡荷载控制

根据施工资料与施工现场条件，计算出墩身10m以上施工段内最大不平衡荷载值，作为施工期间荷载控制重点。

3.1.9 高墩动力测试

利用动态测试技术完成高墩动力测试，需要将加速度传感器装设在墩身上，在自然环境的激励下，由传感器采集高墩振动信号，再将信号传递给电荷放大器、滤波器进行处理，最后汇总至计算机动侧分析系统当中，经过谱分析确定高墩动力参数。

3.1.10裂缝观测

每个施工阶段结束后，应组织技术人员对墩身表面进行检查，重点检查重力关键点、易出现裂缝位置，发现裂缝后采集裂缝长度、宽度、深度等数据，制作裂缝图，对裂缝成因、类型进行确定后采取处理对策。

3.2 控制方法

本文以墩身垂直度控制为例，对控制方法展开探究，以便降低对施工稳定性的影响。现阶段，高墩施工中利用激光垂准仪检测墩身垂直度情况，并按照垂直度偏差＜墩高0.3%且≤20mm、墩身断面尺寸允许偏差±15mm、墩身轴线与设计要求偏差≤10mm的标准进行控制。但对垂直度进行测量时需要考虑日照、风荷载等因素带来的负面影响，确保每次测量所获结果有可比性。

基于此，本项目施工中，选择时间相对固定、温度相对恒定的时段展开测量工作，控制墩身垂直度；且测量期间，除了应用垂准仪外，结合施工现场环境条件，也应用了全站仪，并结合墩身截面形式形成针对性的测点布置方案，以便准确进行角点、中点的控制。测量实施过程与具体控制方法如下：

3.2.1 垂直度测量

（1）布设控制网。采用四边形网布设方式，并在测量前进行精准复核，禁止控制网出现位置偏差，否则无法在测量中发现测点偏差。并在无风或微风环境下完成放样工作，预防风载过大造成的轴线偏差过大；且也应避开日照温差效应影响强烈的时段，否则会导致墩身弯曲变形。本次则选择在太阳辐射量小、光照低的清晨进行，也可以选择傍晚，若仅能在日间光照强时进行测量，可以在模板四周喷洒水雾，通过降温方式控制日照温差效应对轴线的影响。

（2）控制墩身。承台完成钢筋绑扎施工后则在全站仪的配合下将墩身点位放出，用于控制墩身预埋筋；且在墩身施工前，利用水泥钉在承台顶面上固定墩身角点，并将全站仪架设在不同点位上，复核角点位置偏差，在允许范围内则可以进行立模施工。在墩身上确定墩身角点沿横纵两个方向外延的8个点位置，外延长度为0.5m，并在外延的8个点上打入钢筋，钢筋需要进行锚固处理；且每个点位置均需要复核，确认无误后在钢筋头上切十字丝，点应控制在2mm内。在墩身15m以下位置模板校正可以采用吊垂球、全站仪测量模板角点等方式进行，所用垂球质量应在5kg以上，测量需要在无风天气下进行；而高程控制可以应用水准仪高程传递法，形成闭合水准线路，对每边模板顶面高程进行准确测量后，沿着顶面水平方向放出至少2个测点，从不同的方向复核高程、控制高程。

3.2.2 激光垂准仪控制法

（1）切割靶洞。本项目翻模施工中采用三层人形踏板，因此，每层平台上应在规定位置上切割出8个规格统一（20cm×20cm）的方洞，使激光射到翻模顶面。将激光垂准仪稳固安装在承台上，按下向下激光束发射按钮，与点位对应后进行调平处理，再将向下激光束发射按钮关闭、向上激光束发射按钮打开，对物镜的焦距进行调节，当靶板上出现激光束形成的直径1mm的光点时做出标记，此时需要沿水平方向转动垂准仪，每次均要查看光点中心偏差，不超1mm表示合格，即激光束垂直线可以作为控制点垂直方向线。

（2）校正模板。站在顶层翻模平台上，将钢卷尺沿着模板内边缘延长线拉出，保证钢卷尺50cm刻度线与激光靶中心十字线其中一条线重合后，对激光靶水平度进行调整，应与模板顶在相同的水平面内；再使用另一钢卷尺，对50cm刻度线与激光点之间的距离进行测量。以上操作结束后，依次完成墩身角点偏差情况的测量，判断角点平面位置有无误差。

3.2.3 全站仪模板平面控制法

角点平面位置尺寸采用全站仪进行检查，需要在上缘角点上放置视棱镜，精确对中后测量与计算角点坐标；利用CAD软件绘制坐标图，将测算结果换算成点位对应的墩身向横纵方向偏移的距离，再同垂准仪检测结果进行对比，与设计尺寸差异较大则及时调整模板位置，从而对墩身垂直度进行更严格的控制。两种方法测量结果偏差在2mm范围内，表示所测结果具有客观性，否则需要重新测量。

3.2.4 全站仪模板高程控制法

墩身20m以上位置应利用全站仪三角高程法展开控制。确定测量环境的气压与温度后，检查全站仪各项技术参数，三角高程测量精度需要控制在5mm；并于两个测点架设全站仪，两个测量结果均符合标准则表示高程误差处于允许范围内。

结束语：

综上所述，桥墩是桥梁工程的重要组成部分，其承载桥梁上部结构的水平、竖向荷载，因此，施工中需要严格控制质量，保证桥墩强度达到要求。但高桥墩施工期间易受风载、温度荷载、施工偏载等因素的影响，发生初始偏移的概率较大，影响工程以及施工作业的稳定性。从而应在施工期间加强桥墩竖直度、沉降偏位等方面的控制，避免桥墩因弯矩、变形过大出现失稳，进而提高桥梁工程的耐久性与安全性。

参考文献：

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