黃雄輝

摘 要：為持續(xù)提升公路橋梁高墩施工穩(wěn)定性，保障橋梁建設(shè)質(zhì)量，延長(zhǎng)服務(wù)年限，分析公路橋梁高墩施工內(nèi)容，總結(jié)公路橋梁高墩施工內(nèi)容和施工特點(diǎn)。從溫度因素、彈性因素、線性因素入手，分析其對(duì)高墩施工穩(wěn)定性的影響。整合現(xiàn)有技術(shù)資源，完善技術(shù)路徑，創(chuàng)新技術(shù)策略，依托施工控制技術(shù)，引導(dǎo)施工企業(yè)形成正確的觀念認(rèn)知，為后續(xù)系列研究活動(dòng)高質(zhì)量開(kāi)展奠定堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。

關(guān)鍵詞：公路橋梁；高墩施工；穩(wěn)定性；影響因素；控制技術(shù)

中圖分類(lèi)號(hào)：U445.559? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號(hào)：2096-6903（2024）02-0031-03

0 引言

在橋梁高墩結(jié)構(gòu)施工過(guò)程中，應(yīng)根據(jù)公路橋梁的功能定位，勘察地形、地質(zhì)、水文等因素，綜合評(píng)估這些因素對(duì)施工的影響，通過(guò)施工控制技術(shù)的精準(zhǔn)化應(yīng)用，增強(qiáng)公路橋梁高墩施工穩(wěn)定性，實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)承壓與剛度性能達(dá)到預(yù)期，減少病害發(fā)生。

1 公路橋梁高墩施工概述

高墩作為公路橋梁支撐結(jié)構(gòu)，能夠有效克服河流、山地等特殊地形，有效應(yīng)對(duì)環(huán)境因素對(duì)公路項(xiàng)目建設(shè)施工活動(dòng)的影響，降低公路項(xiàng)目建設(shè)施工對(duì)環(huán)境的破壞作用，節(jié)約物力、人力，有效控制成本投入規(guī)模，是一種成熟、完備、實(shí)用的建筑結(jié)構(gòu)[1]。

與公路橋梁其他結(jié)構(gòu)相比，高墩施工工藝復(fù)雜、施工周期長(zhǎng)、穩(wěn)定性差。公路橋梁高墩一次澆筑高度應(yīng)當(dāng)保持在4～6 m，對(duì)于20 m以上的高墩往往需要組織技術(shù)人員進(jìn)行多次澆筑，這種施工特性在很大程度上增加了工藝復(fù)雜性，延長(zhǎng)了施工周期。

公路橋梁高墩施工中，受溫度、風(fēng)力等因素影響，易因結(jié)構(gòu)承壓和剛度發(fā)生變化，出現(xiàn)承壓能力下降等問(wèn)題，嚴(yán)重影響總體穩(wěn)定性，從而誘發(fā)裂縫、沉降等結(jié)構(gòu)性病害，影響高墩實(shí)際使用效果。因此，為保證公路橋梁高墩施工高質(zhì)量開(kāi)展，施工企業(yè)要針對(duì)施工內(nèi)容和施工特點(diǎn)，制定指向明確、系統(tǒng)全面的施工技術(shù)方案，增強(qiáng)穩(wěn)定性，簡(jiǎn)化工藝，壓縮工期，形成最優(yōu)化高墩施工控制技術(shù)方案。

2 公路橋梁高墩施工階段穩(wěn)定性分析的必要性

分析公路橋梁高墩施工階段穩(wěn)定性，全方位掌握實(shí)現(xiàn)施工過(guò)程管理、施工技術(shù)管理、施工效率管理，能夠推動(dòng)高墩施工活動(dòng)穩(wěn)妥開(kāi)展。

公路橋梁高墩施工過(guò)程中，極易受到結(jié)構(gòu)偏向力、穩(wěn)定、風(fēng)力因素影響，一旦處理不當(dāng)，極易影響高墩結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性。為此應(yīng)穩(wěn)步提升高墩結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性，確保其內(nèi)部結(jié)構(gòu)承受的外部負(fù)荷達(dá)到極限后，仍能夠承擔(dān)重力，不會(huì)發(fā)生裂紋、斷裂、沉降等系統(tǒng)性結(jié)構(gòu)病害[2]。

施工單位要切實(shí)發(fā)揮主觀能動(dòng)性，借助各類(lèi)專(zhuān)業(yè)設(shè)備，定向評(píng)估高墩穩(wěn)定性，根據(jù)評(píng)估結(jié)果，制定切實(shí)可行的應(yīng)對(duì)舉措，強(qiáng)化高墩剛度，確保結(jié)構(gòu)可靠性。完整的安全管理體系能夠科學(xué)防范突發(fā)事故，有利于營(yíng)造平穩(wěn)施工氛圍。

在高墩穩(wěn)定性分析中，使用靜力準(zhǔn)則，能夠掌握結(jié)構(gòu)直線平衡與曲線平衡狀況。借助動(dòng)力準(zhǔn)則，可分析影響高墩穩(wěn)定性的主要原因，發(fā)現(xiàn)干擾因素會(huì)引起高墩結(jié)構(gòu)振動(dòng)，誘發(fā)安全風(fēng)險(xiǎn)，影響公路橋梁施工進(jìn)度，延長(zhǎng)施工周期，引發(fā)額外的施工成本[3]。通過(guò)靜力平衡法、能量法、動(dòng)力法、差分法、漸近法等方法路徑，系統(tǒng)、全面地完成高墩穩(wěn)定性分析，為施工企業(yè)掌握準(zhǔn)確的開(kāi)發(fā)建設(shè)管理標(biāo)準(zhǔn)，消除施工管理活動(dòng)的盲目性，排除干擾因素對(duì)正常施工活動(dòng)的影響，推動(dòng)高墩施工活動(dòng)穩(wěn)步有序開(kāi)展。

3 公路橋梁高墩施工階段穩(wěn)定性的影響因素

分析公路橋梁高墩施工階段穩(wěn)定性影響因素，明確溫度因素、彈性因素、線性因素對(duì)高墩施工產(chǎn)生的影響。

3.1 溫度因素對(duì)高墩施工的影響

公路橋梁高墩施工環(huán)節(jié)，使用的建筑材料在溫度因素影響下，極易發(fā)生屬性變化，影響高墩結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性。目前，公路橋梁高墩主要使用混凝土材料，混凝土材料的力學(xué)優(yōu)勢(shì)可以最大限度地保證高墩承壓和剛度。公路橋梁高墩一般應(yīng)用于河流、山谷等地形，這些地形晝夜溫差較大，容易引發(fā)混凝土應(yīng)力和變形，導(dǎo)致裂縫發(fā)生，影響高墩結(jié)構(gòu)的總體穩(wěn)定性。公路橋梁結(jié)構(gòu)在服務(wù)過(guò)程中，在日照溫度、晝夜溫差影響下，高墩承受的溫度荷載變化明顯，使得結(jié)構(gòu)應(yīng)力分布不均衡。公路橋梁高墩不同溫度作用特點(diǎn)匯總?cè)绫?所示。

在低溫環(huán)境下，高墩內(nèi)部液體水發(fā)生結(jié)冰后，混凝土體積會(huì)出現(xiàn)9％左右的增長(zhǎng)，并伴隨2 500 kg/cm2的冰脹應(yīng)力，這個(gè)應(yīng)力值常常大于高墩混凝土內(nèi)部形成的強(qiáng)度上限，進(jìn)而誘發(fā)混凝土結(jié)構(gòu)破壞。當(dāng)環(huán)境溫度較高時(shí)，高墩混凝土體積膨脹，破壞了高墩內(nèi)部結(jié)構(gòu)應(yīng)力的平衡狀態(tài)，易引發(fā)高墩結(jié)構(gòu)變形和裂縫，降低結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性，縮短高墩使用壽命。

在溫度影響下，公路橋梁高墩的空間位置、橫截面尺寸、設(shè)計(jì)厚度有著不同的力學(xué)表現(xiàn)，從而形成承壓和高度變化，進(jìn)而明顯影響高墩穩(wěn)定性。研究發(fā)現(xiàn)，當(dāng)高墩橫向與縱向兩側(cè)溫度差達(dá)到5℃時(shí)，高墩頂部橫向與縱向位置的變形量分別達(dá)到2.5 cm和5.6 cm，超過(guò)規(guī)定的2.0 cm，即會(huì)影響高墩結(jié)構(gòu)總體穩(wěn)定性。

3.2 彈性因素對(duì)高墩施工的影響

公路橋梁高墩多數(shù)情況下采用墩壁薄建設(shè)模式，這種建設(shè)模式難度較低，效率較高，符合公路橋梁建設(shè)與使用要求。墩壁薄建設(shè)模式也存在局限性：高墩結(jié)構(gòu)彈性易受到風(fēng)力影響，容易發(fā)生高墩結(jié)構(gòu)受力不均勻、結(jié)構(gòu)變形等情況，造成施工穩(wěn)定性降低。

施工周期內(nèi)，施工企業(yè)要全面掌握高墩承受的自重載荷、施工載荷、風(fēng)載荷、溫度載荷相關(guān)情況。為掌握高墩彈性穩(wěn)定性，施工團(tuán)隊(duì)借助SOLID65單元，建立起有限元分析模型，通過(guò)在理想狀態(tài)、初始缺陷狀態(tài)、風(fēng)載作用下，論證高墩結(jié)構(gòu)的受力狀態(tài)，針對(duì)受力狀態(tài)，制定有效的技術(shù)方案，努力消除彈性因素帶來(lái)的影響，保證高墩施工穩(wěn)定性。

3.3 線性因素對(duì)高墩施工的影響

為兼顧實(shí)用性、經(jīng)濟(jì)性，施工團(tuán)隊(duì)會(huì)選擇單肢空心薄壁高墩結(jié)構(gòu)，這類(lèi)高墩結(jié)構(gòu)受線性因素的影響較大，因?yàn)槎毡诒偠容^小，頂部區(qū)域在溫度、風(fēng)力的影響下，極易發(fā)生結(jié)構(gòu)性偏移。部分公路橋梁高墩設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)和施工人員，沒(méi)有認(rèn)識(shí)到線性影響因素的危害性，在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、方案制定等方面存在規(guī)范把握不嚴(yán)、技術(shù)不到位的情況，從而放大了線性影響因素對(duì)高墩施工穩(wěn)定性的影響程度，導(dǎo)致整個(gè)高墩線性穩(wěn)定性較差，加大了安全事故發(fā)生概率。

因此，施工團(tuán)隊(duì)在高墩施工過(guò)程中，要充分利用ANSYS有限元分析軟件，建立高墩單元有限模型，結(jié)合施工階段對(duì)應(yīng)單元承受的荷載，科學(xué)計(jì)算不同狀態(tài)下的高墩彈性穩(wěn)定性，科學(xué)修正高墩施工方案。

3.4 非線性因素對(duì)高墩施工的影響

公路橋梁高墩在穩(wěn)定性分析中，在進(jìn)行溫度影響因素、彈性影響因素、線性影響因素分析評(píng)估基礎(chǔ)上，還需要進(jìn)行非線性影響因素評(píng)估。目前，對(duì)于公路橋梁高墩的非線性影響因素評(píng)估，主要集中在高墩施工初期，這一時(shí)期高墩受溫度、風(fēng)力等因素影響程度較小，結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性缺陷的出現(xiàn)，主要與高墩結(jié)構(gòu)施工材料的選擇、混凝土灌注養(yǎng)護(hù)有關(guān)。借助這種內(nèi)在的邏輯關(guān)系，施工團(tuán)隊(duì)可以調(diào)整施工材料屬性，優(yōu)化混凝土灌注養(yǎng)護(hù)手段，以應(yīng)對(duì)非線性影響因素對(duì)施工活動(dòng)所帶來(lái)的影響。

4 公路橋梁高墩施工穩(wěn)定性控制技術(shù)應(yīng)用要點(diǎn)

為持續(xù)提升公路橋梁高墩施工的穩(wěn)定性，更好地兼顧施工質(zhì)量與施工效率，施工單位要遵循客觀規(guī)律，立足穩(wěn)定性影響因素，采取針對(duì)舉措，健全完善穩(wěn)定性施工控制技術(shù)機(jī)制，確保高墩開(kāi)發(fā)建設(shè)活動(dòng)有序進(jìn)行。

4.1 做好高墩施工準(zhǔn)備工作

公路橋梁所處環(huán)境特殊，彈性因素和線性因素會(huì)對(duì)高墩穩(wěn)定性產(chǎn)生影響。所以施工團(tuán)隊(duì)?wèi)?yīng)當(dāng)扎實(shí)做好基礎(chǔ)性工作，針對(duì)性地組織開(kāi)展地基處理、模板安裝等施工任務(wù)，提升高墩施工穩(wěn)定性。

地基處理是公路橋梁高墩施工的重要步驟，可根據(jù)河流環(huán)境與地質(zhì)條件等，使用專(zhuān)業(yè)施工技術(shù)設(shè)備進(jìn)行處理作業(yè)，防止后期出現(xiàn)地基沉降或支架變形等不良問(wèn)題。地基處理的過(guò)程需要計(jì)算外部承載力，可通過(guò)調(diào)控受力限度，輔助高墩完成應(yīng)力分配，提高結(jié)構(gòu)剛度，保證高墩結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。

為配合公路橋梁高墩混凝土澆筑，施工企業(yè)應(yīng)當(dāng)認(rèn)真、細(xì)致地開(kāi)展支架搭設(shè)，組織技術(shù)人員開(kāi)展拉線和放底座作業(yè)，連接掃地桿，安裝可調(diào)頂托結(jié)構(gòu)。根據(jù)項(xiàng)目類(lèi)型與施工作業(yè)難度等，優(yōu)化選擇鋼支架和木支架，優(yōu)化門(mén)式支架與碗扣支架的載荷效果，并對(duì)其穩(wěn)定性系數(shù)等進(jìn)行驗(yàn)算。

在模板安裝前，應(yīng)對(duì)模板狀態(tài)進(jìn)行檢查確保，其表面不得存在附著雜物，且不得存在表面凹凸等狀況。在底模和側(cè)模安裝中，應(yīng)選擇特定尺寸的方木，根據(jù)預(yù)先設(shè)定的安裝位置，確保底模中心線與頂托中心線之間的銜接重合，依次安裝施工。在模板安裝完成后，應(yīng)進(jìn)行必要測(cè)量，清晰標(biāo)明控制標(biāo)高。

結(jié)合項(xiàng)目需求，可選擇高強(qiáng)度竹膠板等作為模板材料，對(duì)其進(jìn)行逐一編號(hào)。模板施工應(yīng)注意其邊緣區(qū)域的平直性狀態(tài)，使用鐵釘?shù)葘?duì)其進(jìn)行固定，使用密封條進(jìn)行封堵，避免出現(xiàn)漏漿等問(wèn)題。在支架預(yù)壓中，需根據(jù)沉降數(shù)據(jù)，檢查支架基礎(chǔ)承載能力，以相對(duì)均勻方式進(jìn)行預(yù)壓，并布設(shè)充足測(cè)點(diǎn)，配合做好施工沉降觀測(cè)。

4.2 完善高墩垂直施工控制機(jī)制

公路橋梁高墩施工穩(wěn)定性提升環(huán)節(jié)，施工單位應(yīng)當(dāng)吸收過(guò)往經(jīng)驗(yàn)，通過(guò)垂直度控制保證高墩受力的均衡性，實(shí)現(xiàn)承壓和剛度的精準(zhǔn)調(diào)節(jié)?？墒褂眉す獯箿?zhǔn)儀、全站儀進(jìn)行數(shù)據(jù)測(cè)量，建立起控制網(wǎng)，實(shí)時(shí)掌握高墩施工進(jìn)度，確保垂直度達(dá)到預(yù)期，合理控制施工體量和施工周期，有效防范溫度因素對(duì)高墩結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性的影響。

在施工過(guò)程中，考慮到環(huán)境溫度所產(chǎn)生的潛在破壞作用，技術(shù)人員在高墩混凝土制備、澆筑和養(yǎng)護(hù)施工中，合理調(diào)整施工方案，盡量在清晨、晚上等溫度波動(dòng)幅度較小的時(shí)間段進(jìn)行施工，通過(guò)這種方式，切實(shí)增強(qiáng)高墩垂直度的可控性[4]。

4.3 健全高墩施工質(zhì)量管控方案

公路橋梁高墩施工過(guò)程中，施工企業(yè)要完善施工質(zhì)量管控方案，通過(guò)對(duì)施工材料的科學(xué)管理，施工方案的高效優(yōu)化，施工團(tuán)隊(duì)的穩(wěn)步調(diào)控，介入高墩施工流程，不斷提升施工穩(wěn)定性。

施工材料管理中，管理團(tuán)隊(duì)加強(qiáng)對(duì)混凝土進(jìn)行管理，通過(guò)分離模式、整合模式以及組合模式的運(yùn)用，實(shí)現(xiàn)混凝土與鋼筋兼容，借助這種施工材料管理舉措，提升高墩非線性穩(wěn)定性。對(duì)施工過(guò)程中所使用的機(jī)械設(shè)備，應(yīng)當(dāng)進(jìn)行必要的參數(shù)調(diào)整和常規(guī)保養(yǎng)維護(hù)，最大限度排除干擾因素對(duì)高墩施工穩(wěn)定性的影響。

4.4 提升高墩偏位沉降測(cè)量能力

為保證高墩施工階段穩(wěn)定性，施工團(tuán)隊(duì)在整個(gè)施工階段，需要建立起完整的監(jiān)管機(jī)制。技術(shù)人員要充分吸收過(guò)往經(jīng)驗(yàn)，必須利用動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)技術(shù)加強(qiáng)實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)控制，形成完整的應(yīng)力檢測(cè)體系。在技術(shù)支持下，掌握溫度載荷、風(fēng)力載荷以及施工載荷等變化情況，評(píng)估高墩基本狀態(tài)，同步開(kāi)展數(shù)據(jù)記錄檢測(cè)，一旦發(fā)現(xiàn)異常數(shù)據(jù)要及時(shí)應(yīng)對(duì)，避免發(fā)生裂縫、沉降、偏移等結(jié)構(gòu)性病害，最大程度地提升公路橋梁高墩結(jié)構(gòu)的總體穩(wěn)定性。

4.5 做好橋梁高墩結(jié)構(gòu)的合理選擇

基于實(shí)際使用場(chǎng)景，著眼高墩施工穩(wěn)定性影響因素，施工企業(yè)在整個(gè)開(kāi)發(fā)建設(shè)周期內(nèi)，要注重做好高墩結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性設(shè)計(jì)，借助合理化、科學(xué)化、系統(tǒng)化的結(jié)構(gòu)布局，穩(wěn)步增強(qiáng)高墩下部結(jié)構(gòu)承壓能力。

對(duì)高度小于40 m的橋梁高墩通常采取柱式墩或者Y型薄壁墩，兩種墩臺(tái)結(jié)構(gòu)施工質(zhì)量可控，與樁基銜接難度較低，對(duì)視線有著一定誘導(dǎo)性，有著較強(qiáng)的美觀屬性。

對(duì)于高度超過(guò)40 m的橋梁高墩，設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)要注重橋墩的穩(wěn)定性，按照J(rèn)TG 3362-2018《公路鋼筋混凝土及預(yù)應(yīng)力混凝土橋涵設(shè)計(jì)規(guī)范》，準(zhǔn)確把握橋梁高墩長(zhǎng)細(xì)比與剛度之間的關(guān)系，遵循技術(shù)規(guī)律，采用肋式臺(tái)、柱式臺(tái)、重力式U型臺(tái)，確保墩臺(tái)結(jié)構(gòu)布局達(dá)到使用要求。

以重力式U型臺(tái)為例，這類(lèi)橋梁高墩結(jié)構(gòu)較好地適應(yīng)橫向、縱向橫坡，可以在減少開(kāi)挖土方開(kāi)挖量的基礎(chǔ)上，提升施工效率，壓縮施工成本。但是考慮到實(shí)際施工難度，還應(yīng)當(dāng)做好重力式U型臺(tái)的臺(tái)階處理，通過(guò)臺(tái)階化結(jié)構(gòu)布局，持續(xù)增強(qiáng)U型臺(tái)支撐能力。

5 結(jié)束語(yǔ)

公路橋梁高墩施工階段，為最大程度地增強(qiáng)結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性，強(qiáng)化承壓與剛度等關(guān)鍵參數(shù)，在掌握高墩穩(wěn)定性影響因素的基礎(chǔ)上，通過(guò)對(duì)控制技術(shù)的科學(xué)運(yùn)用，將外部環(huán)境與內(nèi)部環(huán)境聯(lián)動(dòng)起來(lái)，穩(wěn)步提升公路橋梁施工水平，保證總體施工質(zhì)量。

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