公路桥梁高墩施工阶段稳定性分析与施工控制技术

黄雄辉

摘 要：为持续提升公路桥梁高墩施工稳定性，保障桥梁建设质量，延长服务年限，分析公路桥梁高墩施工内容，总结公路桥梁高墩施工内容和施工特点。从温度因素、弹性因素、线性因素入手，分析其对高墩施工稳定性的影响。整合现有技术资源，完善技术路径，创新技术策略，依托施工控制技术，引导施工企业形成正确的观念认知，为后续系列研究活动高质量开展奠定坚实基础。

关键词：公路桥梁；高墩施工；稳定性；影响因素；控制技术

中图分类号：U445.559                              文献标识码：A                              文章编号：2096-6903（2024）02-0031-03

0 引言

在桥梁高墩结构施工过程中，应根据公路桥梁的功能定位，勘察地形、地质、水文等因素，综合评估这些因素对施工的影响，通过施工控制技术的精准化应用，增强公路桥梁高墩施工稳定性，实现结构承压与刚度性能达到预期，减少病害发生。

1 公路桥梁高墩施工概述

高墩作为公路桥梁支撑结构，能够有效克服河流、山地等特殊地形，有效应对环境因素对公路项目建设施工活动的影响，降低公路项目建设施工对环境的破坏作用，节约物力、人力，有效控制成本投入规模，是一种成熟、完备、实用的建筑结构[1]。

与公路桥梁其他结构相比，高墩施工工艺复杂、施工周期长、稳定性差。公路桥梁高墩一次浇筑高度应当保持在4～6 m，对于20 m以上的高墩往往需要组织技术人员进行多次浇筑，这种施工特性在很大程度上增加了工艺复杂性，延长了施工周期。

公路橋梁高墩施工中，受温度、风力等因素影响，易因结构承压和刚度发生变化，出现承压能力下降等问题，严重影响总体稳定性，从而诱发裂缝、沉降等结构性病害，影响高墩实际使用效果。因此，为保证公路桥梁高墩施工高质量开展，施工企业要针对施工内容和施工特点，制定指向明确、系统全面的施工技术方案，增强稳定性，简化工艺，压缩工期，形成最优化高墩施工控制技术方案。

2 公路桥梁高墩施工阶段稳定性分析的必要性

分析公路桥梁高墩施工阶段稳定性，全方位掌握实现施工过程管理、施工技术管理、施工效率管理，能够推动高墩施工活动稳妥开展。

公路桥梁高墩施工过程中，极易受到结构偏向力、稳定、风力因素影响，一旦处理不当，极易影响高墩结构稳定性。为此应稳步提升高墩结构稳定性，确保其内部结构承受的外部负荷达到极限后，仍能够承担重力，不会发生裂纹、断裂、沉降等系统性结构病害[2]。

施工单位要切实发挥主观能动性，借助各类专业设备，定向评估高墩稳定性，根据评估结果，制定切实可行的应对举措，强化高墩刚度，确保结构可靠性。完整的安全管理体系能够科学防范突发事故，有利于营造平稳施工氛围。

在高墩稳定性分析中，使用静力准则，能够掌握结构直线平衡与曲线平衡状况。借助动力准则，可分析影响高墩稳定性的主要原因，发现干扰因素会引起高墩结构振动，诱发安全风险，影响公路桥梁施工进度，延长施工周期，引发额外的施工成本[3]。通过静力平衡法、能量法、动力法、差分法、渐近法等方法路径，系统、全面地完成高墩稳定性分析，为施工企业掌握准确的开发建设管理标准，消除施工管理活动的盲目性，排除干扰因素对正常施工活动的影响，推动高墩施工活动稳步有序开展。

3 公路桥梁高墩施工阶段稳定性的影响因素

分析公路桥梁高墩施工阶段稳定性影响因素，明确温度因素、弹性因素、线性因素对高墩施工产生的影响。

3.1 温度因素对高墩施工的影响

公路桥梁高墩施工环节，使用的建筑材料在温度因素影响下，极易发生属性变化，影响高墩结构稳定性。目前，公路桥梁高墩主要使用混凝土材料，混凝土材料的力学优势可以最大限度地保证高墩承压和刚度。公路桥梁高墩一般应用于河流、山谷等地形，这些地形昼夜温差较大，容易引发混凝土应力和变形，导致裂缝发生，影响高墩结构的总体稳定性。公路桥梁结构在服务过程中，在日照温度、昼夜温差影响下，高墩承受的温度荷载变化明显，使得结构应力分布不均衡。公路桥梁高墩不同温度作用特点汇总如表1所示。

在低温环境下，高墩内部液体水发生结冰后，混凝土体积会出现9％左右的增长，并伴随2 500 kg/cm2的冰胀应力，这个应力值常常大于高墩混凝土内部形成的强度上限，进而诱发混凝土结构破坏。当环境温度较高时，高墩混凝土体积膨胀，破坏了高墩内部结构应力的平衡状态，易引发高墩结构变形和裂缝，降低结构稳定性，缩短高墩使用寿命。

在温度影响下，公路桥梁高墩的空间位置、横截面尺寸、设计厚度有着不同的力学表现，从而形成承压和高度变化，进而明显影响高墩稳定性。研究发现，当高墩横向与纵向两侧温度差达到5℃时，高墩顶部横向与纵向位置的变形量分别达到2.5 cm和5.6 cm，超过规定的2.0 cm，即会影响高墩结构总体稳定性。

3.2 弹性因素对高墩施工的影响

公路桥梁高墩多数情况下采用墩壁薄建设模式，这种建设模式难度较低，效率较高，符合公路桥梁建设与使用要求。墩壁薄建设模式也存在局限性：高墩结构弹性易受到风力影响，容易发生高墩结构受力不均匀、结构变形等情况，造成施工稳定性降低。

施工周期内，施工企业要全面掌握高墩承受的自重载荷、施工载荷、风载荷、温度载荷相关情况。为掌握高墩弹性稳定性，施工团队借助SOLID65单元，建立起有限元分析模型，通过在理想状态、初始缺陷状态、风载作用下，论证高墩结构的受力状态，针对受力状态，制定有效的技术方案，努力消除弹性因素带来的影响，保证高墩施工稳定性。

3.3 线性因素对高墩施工的影响

为兼顾实用性、经济性，施工团队会选择单肢空心薄壁高墩结构，这类高墩结构受线性因素的影响较大，因为墩壁薄刚度较小，顶部区域在温度、风力的影响下，极易发生结构性偏移。部分公路桥梁高墩设计团队和施工人员，没有认识到线性影响因素的危害性，在结构设计、方案制定等方面存在规范把握不严、技术不到位的情况，从而放大了线性影响因素对高墩施工稳定性的影响程度，导致整个高墩线性稳定性较差，加大了安全事故发生概率。

因此，施工团队在高墩施工过程中，要充分利用ANSYS有限元分析软件，建立高墩单元有限模型，结合施工阶段对应单元承受的荷载，科学计算不同状态下的高墩弹性稳定性，科学修正高墩施工方案。

3.4 非线性因素对高墩施工的影响

公路桥梁高墩在稳定性分析中，在进行温度影响因素、弹性影响因素、线性影响因素分析评估基础上，还需要进行非线性影响因素评估。目前，对于公路桥梁高墩的非线性影响因素评估，主要集中在高墩施工初期，这一时期高墩受温度、风力等因素影响程度较小，结构稳定性缺陷的出现，主要与高墩结构施工材料的选择、混凝土灌注养护有关。借助这种内在的逻辑关系，施工团队可以调整施工材料属性，优化混凝土灌注养护手段，以应对非线性影响因素对施工活动所带来的影响。

4 公路桥梁高墩施工稳定性控制技术应用要点

为持续提升公路桥梁高墩施工的稳定性，更好地兼顾施工质量与施工效率，施工单位要遵循客观规律，立足稳定性影响因素，采取针对举措，健全完善稳定性施工控制技术机制，确保高墩开发建设活动有序进行。

4.1 做好高墩施工准备工作

公路桥梁所处环境特殊，弹性因素和线性因素会对高墩稳定性产生影响。所以施工团队应当扎实做好基础性工作，针对性地组织开展地基处理、模板安装等施工任务，提升高墩施工稳定性。

地基处理是公路桥梁高墩施工的重要步骤，可根据河流环境与地质条件等，使用专业施工技术设备进行处理作业，防止后期出现地基沉降或支架变形等不良问题。地基处理的过程需要计算外部承载力，可通过调控受力限度，辅助高墩完成应力分配，提高结构刚度，保证高墩结构的稳定性。

为配合公路桥梁高墩混凝土浇筑，施工企业应当认真、细致地开展支架搭设，组织技术人員开展拉线和放底座作业，连接扫地杆，安装可调顶托结构。根据项目类型与施工作业难度等，优化选择钢支架和木支架，优化门式支架与碗扣支架的载荷效果，并对其稳定性系数等进行验算。

在模板安装前，应对模板状态进行检查确保，其表面不得存在附着杂物，且不得存在表面凹凸等状况。在底模和侧模安装中，应选择特定尺寸的方木，根据预先设定的安装位置，确保底模中心线与顶托中心线之间的衔接重合，依次安装施工。在模板安装完成后，应进行必要测量，清晰标明控制标高。

结合项目需求，可选择高强度竹胶板等作为模板材料，对其进行逐一编号。模板施工应注意其边缘区域的平直性状态，使用铁钉等对其进行固定，使用密封条进行封堵，避免出现漏浆等问题。在支架预压中，需根据沉降数据，检查支架基础承载能力，以相对均匀方式进行预压，并布设充足测点，配合做好施工沉降观测。

4.2 完善高墩垂直施工控制机制

公路桥梁高墩施工稳定性提升环节，施工单位应当吸收过往经验，通过垂直度控制保证高墩受力的均衡性，实现承压和刚度的精准调节。可使用激光垂准仪、全站仪进行数据测量，建立起控制网，实时掌握高墩施工进度，确保垂直度达到预期，合理控制施工体量和施工周期，有效防范温度因素对高墩结构稳定性的影响。

在施工过程中，考虑到环境温度所产生的潜在破坏作用，技术人员在高墩混凝土制备、浇筑和养护施工中，合理调整施工方案，尽量在清晨、晚上等温度波动幅度较小的时间段进行施工，通过这种方式，切实增强高墩垂直度的可控性[4]。

4.3 健全高墩施工质量管控方案

公路桥梁高墩施工过程中，施工企业要完善施工质量管控方案，通过对施工材料的科学管理，施工方案的高效优化，施工团队的稳步调控，介入高墩施工流程，不断提升施工稳定性。

施工材料管理中，管理团队加强对混凝土进行管理，通过分离模式、整合模式以及组合模式的运用，实现混凝土与钢筋兼容，借助这种施工材料管理举措，提升高墩非线性稳定性。对施工过程中所使用的机械设备，应当进行必要的参数调整和常规保养维护，最大限度排除干扰因素对高墩施工稳定性的影响。

4.4 提升高墩偏位沉降测量能力

为保证高墩施工阶段稳定性，施工团队在整个施工阶段，需要建立起完整的监管机制。技术人员要充分吸收过往经验，必须利用动态监测技术加强实时动态控制，形成完整的应力检测体系。在技术支持下，掌握温度载荷、风力载荷以及施工载荷等变化情况，评估高墩基本状态，同步开展数据记录检测，一旦发现异常数据要及时应对，避免发生裂缝、沉降、偏移等结构性病害，最大程度地提升公路桥梁高墩结构的总体稳定性。

4.5 做好桥梁高墩结构的合理选择

基于实际使用场景，着眼高墩施工稳定性影响因素，施工企业在整个开发建设周期内，要注重做好高墩结构的稳定性设计，借助合理化、科学化、系统化的结构布局，稳步增强高墩下部结构承压能力。

对高度小于40 m的桥梁高墩通常采取柱式墩或者Y型薄壁墩，两种墩台结构施工质量可控，与桩基衔接难度较低，对视线有着一定诱导性，有着较强的美观属性。

对于高度超过40 m的桥梁高墩，设计团队要注重桥墩的稳定性，按照JTG 3362-2018《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》，准确把握桥梁高墩长细比与刚度之间的关系，遵循技术规律，采用肋式台、柱式台、重力式U型台，确保墩台结构布局达到使用要求。

以重力式U型台为例，这类桥梁高墩结构较好地适应横向、纵向横坡，可以在减少开挖土方开挖量的基础上，提升施工效率，压缩施工成本。但是考虑到实际施工难度，还应当做好重力式U型台的台阶处理，通过台阶化结构布局，持续增强U型台支撑能力。

5 结束语

公路桥梁高墩施工阶段，为最大程度地增强结构稳定性，强化承压与刚度等关键参数，在掌握高墩稳定性影响因素的基础上，通过对控制技术的科学运用，将外部环境与内部环境联动起来，稳步提升公路桥梁施工水平，保证总体施工质量。

参考文献

[1] 李浩然.公路桥梁高墩翻模施工技术及质量控制[J].交通世界，2022（27）：26-28.

[2] 叶先鸿.高速公路桥梁高墩施工技术控制[J].交通科技与管理，2023，4（8）：119-121.

[3] 白朋朋.高速公路桥梁高墩施工技术及实施要点分析[J].科技资讯，2021，19（31）：50-52.

[4] 武飞，杨恒钢，林志龙.桥梁高墩施工关键技术与控制标准[J].中国标准化，2022（24）：213-215.