浅析工程建造过程混凝土结构垫墩的选用

李文

【摘要】随着城市现代化发展进程的不断加快，高层建筑与多层建筑结构越来越多，对于建筑结构整体性要求也逐步提高。在目前的建筑工程项目中，整体性的高低好坏不仅关系着建筑物的整体质量，更是直接关系到人民生命和财产安全。因此在工程施工中做好建筑物整体性要求显得十分重要，混凝土垫墩作为提高建筑物荷载力的常用方法，在施工中越来越受到人们的重视与关注。本文以实际工程为例，探讨了其施工中混凝土垫墩的应用。

【关键词】混凝土结构；垫墩；承载力

新世纪，我国城市化发展进程中的人地矛盾必然会促使越来越多的高层与多层建筑物的出现，与此同时，在建筑结构中对于基层荷载力也提出了新的要求。在目前的建筑工程项目中，伴随着节能建筑要求的不断提出，这就造成了在施工中对于各种垫墩要求的高度提出了限制性要求。目前施工中，最常见的垫墩多为钢结构和混凝土结构，本文主要以某工程为例对钢结构垫墩与混凝土结构垫墩进行对比，进而分析其施工优势。

1.工程概况

某工程项目在施工的过程中是一种大规模的建设模式。由于在施工的过程中模块众多，且建造区域则分为滑道区与非滑道区。而在施工中，由于建设区域选在非滑道区，且选用的SPMT拖车作为主要的运输工具，这就对于垫墩高度提出了严格的限制要求。而目前常用的垫墩主要有钢结构与混凝土结构。在模块的施工选用中，滑道区域建造和非滑道区域建设形势各不相同。在滑道区域建设模块的支腿是直接放置在滑道块上的过程，而非滑道区域的建造是只能够使用垫块作为承力结构。在垫墩选用的过程中，钢结构垫墩较之混凝土结构垫墩拥有着更多的受力性能；而在相同承载力条件基础上，混凝土垫墩的使用可以有效的降低施工成本，提高工程施工经济效益。

2.混凝土结构垫墩与钢结构垫墩性能比较

2.1受力性能比较

在施工中，钢结构垫墩由于重量相对而言较轻，对于地基承载力要求小，影响低，且自身的承载能力强；但是在施工的过程中由于钢结构垫墩不能够做的太高，一旦出现垫墩过高的情况，很容易引起垫墩竖向钢板出现弯曲变形，甚至是丧失相应的稳定性。由于钢制垫墩中钢板都是采用焊接连接，焊缝太长，容易产生弯曲变形，从而产生附加弯矩，使垫墩的受力性能大大降低，因此其施工难度较大。对于混凝土结构垫墩而言，在一定的范围内，垫墩的高度越大，其受冲切的能力越大，垫墩的强度也就越大：混凝土垫墩的施工工艺比较简单，但是混凝土垫墩预制完成后，在标准条件下需要养护28天，才能完全达到其承载能力，因此需要提前预制。

2.2耐久性能比较

钢结构垫墩具有良好的抗疲劳性能，因此其使用寿命较长；但是，在没有防腐措施的情况下，容易产生腐蚀，从而承载能力降低。混凝土结构垫墩在预制过程中，会在垫墩上部配置构造钢筋，并预埋50mm厚的钢板；垫墩上部横向主要承受压力，刚开始压力将主要由混凝土承担，在压力长期作用下，由于混凝土的徐变，混凝土的压应力逐渐变小，钢筋和钢板所承受的压力会逐渐变大，一开始变化较快，经过一定时间后趋于稳定。当荷载突然卸载时，构件回弹，由于混凝土徐变变形的大部分不可回复，故当荷载为零时，会使钢筋受压而混凝土受拉，由于混凝土的受拉强度很小，因此，在这种情况下，混凝土容易产生裂缝，从而使混凝土的承载能力降低。

2.3经济性能比较

钢材的价格大约在5000元／T左右，而商品混凝土的价格大约为300元／m。混凝土的密度为2．4-2．5t／m，水泥的价格大致在400元／T左右，沙石的价格更低；由此可知，使用混凝土结构垫墩将大大降低成本。

3.垫墩的具体选取

3.1垫墩布置的基本原则

3.1.1满足场地地基承载力的要求

地基承载力主要是指地基的极限承载力，即：在土体不受破坏的情况下，地基所能承受的最大荷载。

3.1.2满足垫墩自身承载力的要求

满足垫墩自身承载力的要求是指：垫墩在使用过程中不会发生局部破坏和整体失稳的情况。

3.1.3便于施工

便于施工是指垫墩要便于制作和便于运输；并且，垫墩的布置不会对其他工作流程造成影响，例如：对于采用SPMT小车装船的结构而言，垫墩的布置要保证小车能顺利通过，保证结构物下方有足够的操作空间等。

3.1.4经济性能好

垫墩要尽可能相对于所支撑的结构均匀布置，避免出现垫墩所承受的结构重量相差太大。垫墩的制作要考虑经济耐用，缩短制作周期；并要根据场地现有的垫墩情况，优先考虑使用现有垫墩，避免重新预制垫墩所带来的材料浪费和对工期的影响。

3.2确定预制场地和地基承载力

对于一个新项目，要根据场地上各个项目的建造位置和建造工期，确定此项目的预制区域，从而确定地基承载力。对于某场地而言，滑道和码头地基承载力的选取可以设计报告为准。

3.3确定垫墩形式

根据地基情况和上部承载力情况，选取垫墩的具体形式；为了节约成本，优先考虑使用混凝土结构垫墩；若上部结构支反力过大，地基承载力较为薄弱，混凝土垫墩将不适用。

4.混凝土垫墩的使用范围

4.1使用范围概述

混凝土垫墩的使用有一定的局限性，当支反力过大时，混凝土垫墩的强度将不能满足要求；由于影响混凝土垫墩强度的因素有很多，因此确定混凝土垫墩的最大承载力是实际工作中的困难。由以上的计算过程可知，影响混凝土垫墩强度的决定性因素，是其自身的抗冲切能力。而影响混凝土垫墩抗冲切承载力的因素主要有：

4.1.1混凝土垫墩上方柱的规格和钢板的尺寸

由于混凝土垫墩上方预埋钢板，当柱的尺寸和钢板的尺寸相差不多时，钢板可以当成是刚性结构；当柱的尺寸太小时，钢板就不能假设成刚性结构，混凝土上方受压面积将会减小，柱对混凝土的冲切力将会变大。

4.1.2混凝土垫墩的有效高度

在一定的范围内，混凝土垫墩的有效高度越大，垫墩的抗冲切承载力也就越大。

4.2混凝土结构垫墩最大承载力公式推导

综上所述，影响混凝土强度的决定性因素是其自身的抗冲切承载力；根据公式，对于立柱底面长边尺寸和短边尺寸相差不多的结构，可以设计成底面为正方形的垫墩，并能求出混凝土垫墩抗冲切时的最大承载能力；当支反力低于此承载能力时，认为可以采用混凝土垫墩，然后验算混凝土局部受压，并配置钢筋。

5.结语

鉴于混凝土垫墩的经济性，在垫墩选择时，应优先考虑使用混凝土结构垫墩。通过5．2节最后推导出的公式可见，决定混凝土结构垫墩最大承载力的因素是混凝土强度等级、地基承载力和垫墩的有效高度。实际工程项目中，可利用己知的支反力和地基承载力算出垫墩最小底面尺寸，根据施工要求得出垫墩高度；混凝土强度等级一定的条件下，根据公式可以快速得出采用混凝土结构垫墩的最大承载力，若承载力大于其要承担的支反力，则可以选用混凝土结构垫墩；反之，采用钢结构墩。[科]