薄壁空心墩技术的应用与研究

开篇：润墨网以专业的文秘视角，为您筛选了一篇薄壁空心墩技术的应用与研究范文，如需获取更多写作素材，在线客服老师一对一协助。欢迎您的阅读与分享！

摘要：本文介绍了空心墩的类型、施工方法。针对连续刚构桥中经常采用的薄壁空心墩和实心墩,通过有限元的分析计算,比较在不同墩高情况下二者对主梁弯矩、墩身水平力和弯矩及全桥稳定性等方面的影响,对连续刚构设计中桥墩结构形式的选择进行分析。

关键字：连续刚构桥翻转模板空心墩薄壁空心墩

中图分类号：S611文献标识码：A 文章编号：

1 前言

墩基的承载力是由桩身和桩底地基承载力两个条件来决定的,设计时,一般墩身强度必须大于地基承载力,墩的承载力应由地基承载力来控制。实心墩墩身直径大,墩身强度一般远高于地基承载力,材料浪费较多,采用空心墩就是使墩内部形成空腔,这样可以减少砼,减少配筋,减轻墩的自重,而墩的承载力仍然能得到保证。目前,空心墩在一些建筑工程中已有少量应用,但空心墩设计理论仍然不完善,国家也没有相应的规范,本文对空心墩的设计理论作初步探讨。

2 空心墩的类型

2．1按平面形状分类

2．1.1空心墩宜设计为一柱一桩,按平面形状可分为:单孔圆形、单孔椭圆形。单孔圆形墩适用于轴心受压柱及小偏心受压柱,单孔椭圆形适用于大偏心受压柱, 桩长轴方向的抗弯强度大。

2.1.2当两柱较近,设计成单孔有困难时,可以把两个墩连体,就形成了双孔圆形和双孔椭圆形。

2．2按壁厚分类

2.2.1薄壁空心墩。人工挖孔空心墩只作砼护壁,然后直接把护壁作为承重的结构, 称为薄壁空心墩。这种空心墩平均壁厚一般200 mm 以下,在上部传来的荷载较小时, 可以采用它。薄壁空心墩是由底板(或扩大头)、筒壁、盖板及承台(或柱基)所组成。

2．2.2厚壁空心墩。对于承受较大荷载的空心墩,一般筒壁要求较厚(常在200 mm 以上),施工时先做空心墩的护壁,然后再灌注筒身砼,形成厚壁空心墩,它主要由扩大头、筒身、盖板及承台组成。

2.3按桩的受力类型分类

2.3.1当墩底支承于强风化岩层或硬塑土层时,墩的允许承载力为墩壁摩阻力与墩底端承力之和。当墩顶施加荷载P时,砼墩身产生压缩变形,墩身与墩侧土之间会产生相对位移,但其值较小,P值全部由墩壁摩阻力所承担。P值增大,墩与墩侧土的相对位移增大,墩壁摩擦阻力增大,墩底土的竖向阻力逐步产生,当P继续增大时,墩与墩侧面土的相对位移继续增大,摩擦力最后达到极限。P值再继续增加,墩底土的端阻力迅速增加到极限值。据有关试验资料,在硬塑粘土中,摩阻力占总荷载75%左右,在强风化岩中约占60%左右,属于磨擦桩。

2.3.2当墩底支承于中等风化或微风化岩层时,由于孔底沉渣可以清理很干净, 不会形成压缩的软垫,墩受荷后沉降极小,墩侧阻力因桩土相对位移小而不能发挥,而且数值较小,此时墩端阻力对墩的承载力起主要作用,故设计时只考虑墩端阻力,按端承墩设计。

3 主要施工工艺

3.1模板设计与制作

由于翻模配套设备要求较少，施工机具投入小；混凝土外观质量容易控制，施工纠偏容易，可以连续或间断施工，故在施工中选择了大块模板无支架翻模法施工。

首先对各墩的墩身高进行统计，计算出各墩所需模板节数和调节段高度，按最高墩身确定所需加工的模板节数。根据墩身各部尺寸按2 m一节进行模板加工，每节模板包括四块直边模板（4.4米长）和八块四分之一圆形模板。模板按从墩顶到墩底的顺序进行编号，并计算各节模板上下口的半径数据。

3.2墩身施工工艺

该桥高墩施工采用分节立模间歇浇筑法，该法是将墩身分成若干节，自底节开始，立一节模板，待混凝土强度达到2.5MPa后再立第二节模板，浇筑第二节混凝土，每次浇筑4米，这样逐节升高，直至墩身浇筑完毕。

3.2.1工艺流程

立外模—绑扎钢筋—立内模：先立外模，各节间模板错缝易观察到，且容易调整。外排钢筋（钢筋为双排）沿外模进行绑扎，用垫块调整保护层厚度，使主筋沿外模按设计尺寸自然收口。内排钢筋以外排钢筋为基础，用丁字筋固定排距，进行绑扎，自然收口。内模以外模为基准进行支立，并通过垫块调整内排钢筋保护层厚度。

3.2.2钢筋制作与安装

桥梁墩身钢筋由钢筋加工场统一下料加工，运至施工现场进行钢筋安装，钢筋的制作及安装必须符合设计及施工技术规范要求。

钢筋基本要求：钢筋原材料具有出厂合格证，表面洁净，使用前必须将钢筋表面的杂物清除干净。钢筋平直、无局部弯折。钢筋下料尺寸应考虑钢筋加工时的伸长量。

墩身在承台内预埋的钢筋必须保证位置准确。

钢筋骨架保护层垫块可选用与墩身混凝土同标号的混凝土垫块，也可采用塑料垫块，如采用混凝土垫块，须将混凝土垫块加工成特殊形状，目的是尽量使混凝土垫块接触模型的面积小，这样增加混凝土表面的美观。不能采用钢筋作为垫块使用。保护层垫块按每平方米4个布置。

3.2.3模板工程

模板在使用前进行严格检查，模板各部位几何尺寸、平整度、等应满足设计及规范要求，首先对模板进行预拼装，正确无误后方可进行立模。每次安装模板前应先清除模板表面和接缝处的水泥沙浆等附着污物，清理干净后，在模板表面均匀涂刷脱模剂，并涂抹均匀。模板利用汽车吊进行提升与安装。拉杆用PVC管做套管，一方面便于拉杆的重复利用，另一方面可以避免拉杆在拔出时对混凝土表面造成损伤。模板的固定和调整通过拉杆和两层模板之间的连接螺栓实现。模板的校正采取拉缆风绳的方式。从第一节墩柱定位准确后，每上一节模板均用10公斤垂球控制其垂直度，然后再用全站仪与水准仪复核模板的四角坐标及高程。

3.2.4混凝土工程

（1）混凝土浇筑、振捣

混凝土采用泵送入模，混凝土水平分层浇筑，分层厚度一般为30cm，但最大不超过60cm。浇筑前和浇筑过程中，及时检查混凝土的和易性和坍落度，并且保证混凝土自由倾落高度小于2m，大于2m则采用串筒浇筑。振捣采用插入式振捣器，遵循“快插慢拔”的原则，每一个插点振捣至混凝土表面平坦泛浆无气泡冒出为止。振捣棒的移动间距不超过其作用半径的1.5倍，且与侧模保持5 cm～10cm。混凝土浇筑保持连续进行。混凝土浇筑完毕后，应留毛面，在下次浇筑混凝土前进行凿毛，凿毛以凿出粗骨料为原则。新混凝土浇筑前，在施工缝处先铺一层厚约15mm，与混凝土灰砂比相同而水灰比略小的水泥砂浆，然后再浇筑新混凝土。

（2）混凝土的养护

混凝土浇筑完毕后，及时采取有效的养护措施：

1）在浇筑完毕后的12小时以内对混凝土加以覆盖养生。

2）混凝土养护时间不得少于14天。

3）浇水次数要能保持混凝土处于湿润状态，并且混凝土内外温差不得大于15℃；混凝土养护用水与拌和用水相同。

4）采用土工布覆盖养生混凝土，其敞露的表面应覆盖严密，保持土工布内有凝结水。

5）混凝土达到1.2PMa前，不得在其上踩踏或安装模板及支架。

6）当日平均气温低于5℃时，不得进行洒水。

7）当新浇筑的混凝土与流动的地表水或地下水相接触时，要采取临时防护措施，直到混凝土强度达到50%以上的设计强度为止，并不得小于7天；当环境水具有侵蚀作用时，临时防护措施要延续到混凝土达到75%以上的设计强度为止，并不得小于10天。

（3）拆模

1）侧模要在混凝土强度达到2.5PMa以上，且表面及棱角不因拆模而受损时，方可拆除。

2）拆模要按照立模顺序逆向进行，不得损伤混凝土，减少模板破损。

3）拆除模板时不得影响混凝土养护工作。

（4）混凝土检验

拆模后要对混凝土其外观质量全范围进行检验，混凝土结构物表面应密实平整、颜色均匀，不得有露筋、蜂窝、孔洞、疏松、麻面和缺棱掉角等缺陷。

4 结论

墩身刚度的变化对梁体的弯矩影响不大,墩身的截面尺寸选择应主要考虑稳定性的影响。在稳定性控制的情况下,从节约工程量出发应尽量考虑采用空心墩; 在稳定性不控制的情况下, 应尽量采用实心墩,相同截面面积的实心墩比空心墩受力更好。在设计中选择较小的墩身截面形式,除可以减少桥墩的工程用量外, 还可以降低作用于基础上的水平力、竖向力和弯矩,从而达到减少基础的工程用量, 降低工程造价的目的。

注：文章内所有公式及图表请用PDF形式查看。