试论桥梁高墩设计与施工若干关键问题分析
时间：2022-09-22 04:36:50
摘要：高墩桥梁作为我国重要的桥梁工程组成部分之一，普遍分布于我国各个地区，尤其是在地势地形复杂多变的山区，高墩桥梁能够很好地克服地形带来的交通设施建设不便的缺陷。与此同时，高墩桥梁的安全性与稳定性直接取决于桥墩，因此对于桥墩的设计与施工也相应提出了更高的要求。本文通过桥梁高墩设计与施工实例简要说明桥梁高墩设计与施工的关键点。
关键词：桥梁高墩；设计与施工；关键问题分析
Abstract: the high bridge pier in China as an important bridge engineering part of general distribution in different areas in China, especially in the complex mountainous terrain terrain, high bridge pier is able to overcome the terrain of transportation construction bring inconvenience defects. At the same time, high bridge pier the security and stability depends on directly bridge pier, so for the design and construction of bridge pier accordingly put forward higher request. This article through the high bridge pier design and construction practice of high bridge pier briefly the design and construction of the key point.
Keywords: high bridge pier; Design and construction; Key problem analysis
中图分类号：S611文献标识码：A 文章编号：
随着我国社会经济的快速发展，高墩桥梁已经逐步成为我国基础交通道路中不可或缺的重要组成部分之一。目前在我国，许多地区尤其是山区，高墩桥梁的里程数更是逐年增长。因此对桥梁高墩的设计与施工中的关键点进行深入分析研究，从而能够结合工程实际情况，制定出合理、科学、安全、经济的桥梁高墩设计与施工方案是至关重要的。
一、工程概况
位于广东省英德-佛冈公路上的金坑大桥，该桥跨越深谷，两岸的山坡陡峭，呈狭窄V字型的山谷，地势险峻，桥梁上部结构为跨简支T梁，分别为40米与50米。金坑大桥为全长541.28米的简支梁桥，其设计荷载为100级挂车，20级汽车，无人群荷载设计，桥面设计双向4车道，各设宽0.5米的防撞栏于两侧，总宽度20米，基本风压400Pa，基本地震烈度为6，设防7度，桥下无通航要求，即图1、图2。
该桥梁工程所在地区山溪上游的特点是山谷狭窄、汇水面大，而影响溪水位的主要影响来自于大气降水，水位的升降呈现出急剧变化的特征。而地下水则主要是裂隙水与孔隙水，同样受到大气降水的影响。其中碎石土有一定程度的透水性，发育的基岩节理裂隙都是渗透、储存、补给地下水的途径来源。南岸坡角呈70至75度，北岸坡角呈45至55度，为岩质边坡。北岸覆盖层主要以粘土与碎石构成，结构稍密，其厚度的变化也较大。
二、桥梁高墩设计与施工要点
（一）结构设计
1、总体结构设计。金坑大桥的上部结构为6孔50米与6孔40米的跨径混凝土预应力简支T梁，连续桥面，下部结构为双柱薄壁空心桥墩（6号至9号墩），其余桥墩三桩柱式，其桥台结构为三柱式。
2、上部结构设计。在金坑大桥上部结构中的每个孔内有8片T梁设置，梁高与梁宽均为2.5米的40米、50米T梁。边梁与中梁的预制宽度分别为2.2米、1.9米，设计60厘米的纵向湿接缝于横隔板与翼板之间。预应力钢筋分布情况为：40米T梁，其中梁与边梁分别采用7Φ15.24钢绞线5束、7Φ15.2钢绞线2束与9Φ15.24钢绞线3束。而50米T梁的中梁则为13Φ15.24钢绞线4束，边梁14Φ15.24钢绞线2束与13Φ15.24钢绞线2束。所有预应力钢束均为两端张拉对称，共设伸缩缝4道，分别位于3号桥墩、6号桥墩以及0号桥台、12号桥台，其中大位移量伸缩缝仅在6号桥墩设置。
3、下部结构设计。由于金坑大桥跨越山谷，其最高的桥墩，即7号桥墩从承台面到盖梁顶的高度达到了96.6米，属于百米超高桥墩，因此综合工程现场实际地质、水文情况以及施工技术，选用了变截面双柱式薄壁墩为本工程桥墩的结构，即图3，其优点在于受力明确、用料节省以及施工简便。其中桥墩墩身以40号等级混凝土浇筑而成，矩形截面，顶部4米*2.5米，按1：100的比例向纵两侧向下逐步加宽，直至桥承台的顶面为止，其间横向尺寸保持不变。桥墩为空心断面，断面壁厚0.4米，2.5%的配筋率，即图4。每10米间隔进行0.4米厚的隔板的设置，同时设置0.8米*0.8米人洞于中间。如此的桥墩设计能够使施工中的立模得以简化，在混凝土浇筑时只需要每墩柱一套矩形模板就能够实现，而根据实际情况，还能够通过交替两套模板的方式来加快浇筑进度。
经过稳定与静力分析，本工程以墩高为依据，进行了横系梁的设计。横系梁的截面相近于墩身，其壁厚为0.4米，高度为2米，同时设置两道横隔板于相应位置。而所有横系梁的位置都保持同一标高，因此对金坑大桥整体的美观性并没有太大影响。而在盖梁的设计上，考虑到盖梁的作用是对桥梁上部活载以及结构的承载力有着传递、承担的作用，且还需要提供刚性连接，因此金坑大桥工程的盖梁为钢筋混凝土梁，为矩形，2.6米高，2.7米宽。
而后，根据金坑大桥所在地的地质、水文资料来进一步分析，决定采取桩基础为桥墩基础形式，1.5米直径的桩基，单柱包括桩体4根，一个桥墩共有桩体8根，在桩顶则为整体承台，共厚度为3米。
除此之外，对于高墩桥梁进行稳定性分析也是相关重要的步骤之一。金坑大桥由于各个桥墩的高度都不一样，其中最高的是7号桥墩，其净高达94米。同时桥墩外部约束力与受力条件在不同的营运、施工阶段都不尽相同，所以需要对施工中无风荷载、风荷载以及运营时的稳定性进行逐一分析。
首先是在施工阶段中的无风荷载稳定性分析。在施工后期阶段，架设T梁已经全部完成，但大桥的平面尚未连通，此时的桥墩纵向约束均未产生。而根据等代荷载与等代抗弯刚度原则，估算金坑大桥在自重作用下，变截面薄壁高桥墩临界稳定安全系数为9.46。
其次是在施工阶段中的风荷载稳定性分析。与无风荷载估算一样，桥梁在受到侧向风力的影响时，风荷载会在墩顶形成集中力作用，而墩柱的侧向则受到均匀风力的作用，此时经过分析与估算可知，400Pa侧向静风压对桥梁高墩会产生桥轴纵向屈曲，而并未发生桥轴横向屈曲，由此可见双柱墩横向刚度完全能够满足金坑大桥的风荷载安全稳定性需求。
最后是在金坑大桥运营阶段的荷载计算。当大桥工程投入运营后，其桥面贯通，在各个桥墩上都存在着互相约束关系，此时纵向风荷载与汽车荷载对大桥同时起着作用，可采用ISA空间分析对大桥静力稳定安全参数进行计算，最终结果为10.46，表明金坑大桥虽然有超高桥墩4个，但是其稳定性仍然得到了保证。
综合试验计算结果均显示，金坑大桥的高墩设计可靠、安全，能够满足工程设计、施工以及使用的需要。
（二）施工要点
通过对金坑大桥进行桥梁结构、高墩设计后，结合工程所在地的实际地质、水文与工程施工条件、技术因素考虑，本桥梁工程施工场地不开阔、地势陡峭，最为适宜的施工方案便是施工缆索吊，以实现运输墩柱材料、承台与桩基，而在浇高墩混凝土上则以泵送砼与翻模方式结构开展施工。
利用翻模方式进行施工优点在于能够避免连续施工的缺点，可同时对多个桥墩进行同时施工，从而使工作效率大大提高。对混凝土的外观质量也能够有所保证，利用翻模方式施工能够使墩身表面平顺、光滑。而混凝土输送搅拌设备与起重设备的配合则能够保证施工进度。但同时，其缺点则在于必须配备起重系统，对于桥梁施工经济性上的考虑因更为全面。
1、在对桥梁上部结构，即预制T梁进行施工时，利用架桥机进行，其间必须对高墩墩柱稳定性有所保证，本工程通过张拉缆索于墩顶来实现其稳定性的加强，避免在施工过程中出现的位移过大，使架梁施工的安全性得到保证。
2、在进行混凝土浇筑之前，应详细检查预埋件、钢筋以及模板，所有构件满足施工条件后方可进行混凝土的浇筑，在浇筑过程中，应保持分层对称、均匀进行，每层浇筑的厚度应小于30厘米，对其进行震捣时切忌捣固过浅、漏捣与欠捣。
结语：综上所述，对于越来越多的高墩桥梁设计与施工来说，根据工程项目的实际情况与施工技术水平选择最为合理的设计方案与施工方案是至关重要的，我们只有通过严谨的设计、论证与计算，配以完善、安全的施工方案才能保证我国高墩桥梁的设计与施工的质量，为我国交通基础设施建设提供坚实的理论与实践基础。
参考文献：
[1] 赵勇.浅谈桥梁高墩施工技术.[J].中国高新技术企业.2010(2)
[2] 鲁昌河,苏高裕,代希华,陈达章.英佛一级公路金坑大桥超高墩设计与施工.[J].广东公路交通.2003(3)
