公路橋梁施工中水中高墩立柱施工技術的應用研究

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

關鍵詞 公路橋梁施工；水中高墩立柱施工技術；支架

中圖分類號 U445 文獻標識碼 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計到具體施工工藝的全過程。通過科學合理的施工技術應用，不僅確保了工程質量，還提高了施工效率，減少了對環境的影響。該文期望為今后類似工程提供技術參考和實踐借鑒。

1 工程概況

1.1 設計概況

該工程項目為一座雙向分離式大橋，左幅跨度達670.60 m，右幅則為675.80 m。橋面總寬34.5 m，單幅寬度為16 m，采用等寬設計理念。在結構上，該橋由引橋和主橋兩部分組成。引橋采用簡支梁結構，而主橋則運用連續梁設計。橋梁主體為變截面箱梁構造，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。梁高在中支點處達到4.2 m，在邊支點處降至

2 m。為確保結構的完整性和功能性，設計中納入了多項細節：0#節段配備橫隔板及檢修通道；各節段腹板設有通風孔；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氣候區，氣候特征如下：降水充沛、季節性明顯、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。

如圖1所示為該橋梁的平面布局圖。

2 施工方案設計

2.1 總體方案

該工程采用整體現澆法施工主墩0#連續梁段。為保障結構穩定性和施工安全，采用經過處理的承臺和場地作為支架基礎。在施工中，通過三階段對稱加載預壓沙袋至最大荷載的1.2倍，以確保穩定性。模板系統包括外部側底組合模和內部半鋼半木模，安裝過程結合人力和機械進行作業。混凝土澆筑采用泵送設備，輔以人工振搗，以確保澆筑質量。整個施工過程應嚴格遵循設計規范和安全標準，確保工程質量和施工效率的最優化。

2.2 施工工藝流程

該連續梁0#塊的設計長度為左幅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澆法。此種工藝安排能夠有效適應不同地質條件，并保障施工的順利進行。

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#塊結構，其承臺范圍以外的地基部分需執行深度達1.0 m的換填作業。在換填過程中，應使用厚度為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，以確保地基的穩固性。隨后，在級配碎石層之上，需進行頂部硬化處理，采用厚度為

20 cm的C20混凝土進行澆筑，以增強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，因此無須對承臺進行額外的地基處理措施。此外，為確保施工場地的整體穩定性和安全性，需根據梁體結構的縱橫坡度變化，對場地進行科學合理的調整與處理。在調整過程中，應詳細設計鋼管柱墊梁、分配橫梁及三角桁架等關鍵結構，以確保其能夠有效分擔荷載，提高整體結構的穩定性和安全性。

2.3.2 支架搭設

該工程采用鋼管立柱式支撐體系，立柱采用Φ820 mm×8 mm規格。支架結構自底向頂依次包括木質底板、縱向木條、小型工字鋼墊梁、大型工字鋼主梁及三角桁架。立柱縱橫間距經優化設計，采用工字鋼和槽鋼作為連接構件。頂部結構按特定次序進行鋪設，包括桁架、主梁、墊梁、分配木條及模板。為增強整體剛度，立柱間設置橫向和斜向支撐。在鋪設模板前，精確校核標高以確保施工精度。該支架系統設計合理、結構穩定，滿足工程承載要求。

2.4 臨時固結

2.4.1 臨時穩定措施

為保障橋梁施工階段的結構穩定性，采取一系列的臨時固結措施。在墩柱承臺和蓋梁處設置了臨時錨固裝置，其中連續墩采用外部鋼管樁補強系統。該系統由四根直徑為820 mm的鋼管樁組成，每側通過16根直徑為32 mm的高強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套管內灌油的防護措施，以確保長期穩定性[2]。

2.4.2 張拉與固定技術

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

2.5 支架預壓

支架預壓分為三個階段進行加載。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，持續監測24 h，確認穩定后方可卸載。在整個預壓過程中，需根據觀測數據計算沉降量，并得出支架的彈性回縮量和彈性變形值。為了確保預壓過程的安全性和數據準確性，加載前需在0#塊的多個關鍵截面設立測量點，并在每次加載和卸載前進行全面的安全質量檢查[4]。

預壓沉降量的計算公式如下：

（1）

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

20 MPa；H——地基厚度（m），假設為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）

將數據代入式（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記定位線。支座與基礎采用特制連接裝置固定。就位后，通過臨時調平裝置確保水平，并調整至設計標高。隨后，在支座底部周圍設置澆筑模具，并預留規定間隙。經復核無誤后，注入高性能灌漿料，其強度指標須符合設計要求。待灌漿凝固后，拆除輔助構件，并進行質量檢查。整個過程應嚴格把控每個環節，確保支座的安裝精度和穩定性，為橋梁結構的安全運營奠定基礎。

2.7 垂直運輸方案

塔吊選擇一臺QTZ80塔式起重機，主要用于較大件模板、鋼筋等材料的垂直運輸。施工電梯則配置兩臺SC200/200型施工電梯，負責日常施工人員及新型材料的上下運輸。塔吊和電梯的位置布置考慮了作業半徑和起吊高度，確保覆蓋施工區域的每個角落。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計使其能在高峰時段實現20人/次的運輸能力，有效提升了施工效率。結合施工進度，在不同階段進行合理調配，以保證垂直運輸的高效和安全，每半小時進行設備的例行檢查，確保垂直運輸系統的穩定性和可靠性[4]。

2.8 混凝土供應方案

現場設有2個HZS180混凝土攪拌站，每小時可生產360 m3混凝土，主要用于緊急施工段和高峰階段的供應。同時，與當地2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。混凝土的運輸采用10輛8 m3混凝土運輸車，滿足高峰期每小時200 m3

的運輸需求。為保證混凝土的坍落度和易性，從攪拌站到施工現場的運輸距離控制在30 min以內，且運輸路線經過詳細規劃，以避免交通擁堵。同時，設置了專門的混凝土攪拌站監控系統，實時監測混凝土的攪拌質量和生產情況。現場澆筑采用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構質量[5]。

2.9 立柱現澆方案

立柱采用鋼管支架體系，選用Ф820 mm×8 mm的鋼管，立柱間距設為598 cm，提供充足的承載力。模板系統選用內模2004型和外模1204型鋼模板，其模塊化設計確保了模板安裝和拆卸的高效性和穩定性。為了實現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），假設立柱截面積為1 m2，高度為10 m；A——立柱截面積（m2），假設為

1 m2；H——立柱高度（m），假設為10 m。

代入數據計算得出：

（7）

采用激光鉛直儀進行垂直度控制，每澆筑一層進行一次復測，確保立柱的整體垂直度在1/3000以內。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量達到設計要求。

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），假設為0.5 m；H——立柱總高度（m），假設為10 m；n——分層數，假設為20層。

代入數據計算得出：

（9）

為了確保混凝土密實，振搗時間的計算公式為：

（10）

式中，Td——振搗時間（s），假設為30 s；k——振搗系

數，假設為1；d——振搗器口徑（mm），假設為50 mm。

則：

（11）

如此，通過嚴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構質量符合要求。

3 應用成效分析

3.1 垂直度控制分析

根據激光鉛直儀測量的數據表明，立柱的整體垂直度控制在設計要求的范圍內，滿足設計標準的1/3 000以內。測量結果如表1所示：

垂直度分析結果顯示，該項目中的水中高墩立柱施工達到了設計要求，偏差均在允許范圍內。

3.2 支架沉降分析

支架預壓階段的沉降監測數據表明，支架的沉降量穩定，最大沉降量在允許范圍內。預壓后的彈性回縮量和彈性變形值如表2所示：

3.3 施工過程中參數穩定性分析

實時監測的混凝土坍落度和溫度控制均在設計要求范圍內，垂直運輸系統運行穩定，設備得到及時檢修和維護，保證了施工的順利進行。具體如表3所示：

4 結語

通過對水中高墩立柱施工技術的全面研究和實踐應用，該文展示了創新施工技術在實際工程中的有效性和可靠性。在嚴密的質量控制和科學的施工管理下，所實施的技術方案不僅滿足了設計要求，而且達到了預期的施工質量和效果。未來，隨著技術的發展和優化，這些實踐經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

[1]毛慧.水中高墩立柱施工關鍵技術公路橋梁施工中的應用[J].交通世界， 2023（9）：148-150.

[2]王達江.公路橋梁施工中高墩施工技術的應用研究[J].運輸經理世界， 2023（22）：85-87.

[3]鄧高斌.公路橋梁工程中高墩施工技術應用研究[J].運輸經理世界， 2023（24）：73-75.

[4]胡立志.公路橋梁施工中高墩施工技術的應用研究[J].工程建設與設計， 2023（6）：162-164.

[5]紀元峰.高速公路橋梁施工中高墩施工技術的應用研究[J].中文科技期刊數據庫（引文版）工程技術， 2022（7）：3.

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。