討論橋梁下部結構的選型及設計

羅余良

中鐵十二局集團第一工程有限公司（030022）

0 前言

在橋梁的整體設計中,下部結構的選型對整個橋梁設計方案有較大影響。合理的選型將使上下部結構的造型協(xié)調一致，輕巧美觀。橋梁下部結構應滿足交通需求、安全耐久、造價低、維修養(yǎng)護少、施工方便、工期短、與周圍環(huán)境協(xié)調和造型美觀等原則。對于城市立交橋，在橋梁細部結構的造型上將比一般公路結構有更高的要求。另外,橋梁下部結構的設計與結構受力、水文、地質構造等密切相關,同時應考慮地震、溫度影響力等作用。這就需要設計者善于結合工程實際不斷探索和總結,提高下部結構的設計質量及使用效果,使其選擇與布設能夠更加合理、經(jīng)濟。

1 橋墩結構形式

橋墩按其構造可以分為實體橋墩，空心橋墩，柱式排架樁墩，柔性墩和框架墩等五種類型。按墩身橫截面可分為矩形、圓形等。在工程中常遇到的橋墩有如下幾種形式：

1.1 柱式橋墩

帶蓋梁單排樁柱式橋墩是用能承受彎矩的蓋梁來代替實體式橋墩上的墩帽，當采用群樁基礎時，需在樁頂設置承臺，使各樁共同受力，并通過它使柱與樁相連(一般適用于簡支梁橋或先簡支后連續(xù)的連續(xù)梁橋)。

1.2 重力式實體橋墩

靠自身恒載(包括橋垮結構恒載)來平衡外力(偏心力矩)和保證橋墩的穩(wěn)定(抗傾覆穩(wěn)定和抗滑穩(wěn)定)。因體積較大，阻水面積增大,抗沖擊力較差,不宜用在流速大并有大量泥沙的河流。對地基承載力的要求高,墩身多做成實體式的,不配鋼筋,多用素混凝土或片石混凝土砌筑。

1.3 鋼筋混凝土薄壁墩

鋼筋混凝土薄壁墩又可分為單肢薄壁墩和雙肢薄壁墩兩種形式。前者墩身重量較輕,可節(jié)約材料,適用于地質條件較差時的簡支梁橋上;后者適用于墩梁固結的連續(xù)剛構橋上(多用于互通式立交的跨線橋上)。

2 橋臺結構形式

橋梁橋臺可以分為重力式橋臺和輕型橋臺,除了這兩種以外，還有組合式橋臺和承拉式橋臺等等，主要介紹如下兩種：

2.1 輕型橋臺

輕型橋臺的特點是,臺身體積較小,自重較小，臺身為直立的薄壁墻,臺身兩側設有翼墻(用于擋土),可以將側墻做成斜坡。在兩橋臺下部設置鋼筋混凝土支撐梁，上部結構與橋臺通過錨栓連接,構成四鉸框架結構系統(tǒng),并借助兩端臺后的土壓力來保持穩(wěn)定。它借助于結構的整體剛度和材料強度承受外力,為在軟土地基上建筑橋臺提供了經(jīng)濟可行的途徑。

2.2 鋼筋混凝土薄壁橋臺

薄壁輕型橋臺常用的形式有懸臂式、扶壁式、撐墻式及箱式等。這種橋臺是由帶扶壁的前墻和側墻以及水平底板構成。擋土墻由前墻和間距為2.5～3.5m的扶壁組成。

3 下部結構設計計算

為了減少軟土地基位移對超靜定結構的影響,上部結構多采用標準梁的先簡支后連續(xù)的構造,這樣整個工程的設計計算工作就集中于下部結構的選用和計算,因而下部結構內力計算方法的選擇是否正確,考慮因素是否全面,直接關系到整個工程的造價高低及安全與否,為此在下部結構的設計過程中,一般進行下列計算：

3.1 橋墩內力計算

墩樁頂?shù)淖畲筘Q向力計算非常簡單,這里不再敘述;墩樁頂水平力計算，運用柔性墩理論中的集成剛度法，將橋面汽車制動力及梁體混凝土收縮、徐變、溫差、地震產生的水平力在全聯(lián)墩臺進行分配,最后根據(jù)不同組合的墩樁頂水平力、彎矩及對應墩樁頂豎向力進行樁基各截面內力計算。

對于橫向陡邊坡上的橋墩設計,同一墩位2個(或3個)墩柱存在較懸殊的無支長度差異,因剛度差異造成橋墩橫向受力分配的不均勻。

3.2 橋臺內力計算

橋臺除了受與橋墩相似的荷載之外,豎向荷載還增加了土壓力、負摩阻力、搭板自重等荷載;水平荷載增加了土壓力,其影響復雜,設計時需注意以下幾點：

1)內力計算應注意的問題。①軟土地基上帶基樁的鋼筋混凝土薄壁橋臺土壓力計算按深層考慮。②軟基路段橋臺應盡量設置為與路線正交的形式,減小臺身長度,在適當?shù)奈恢迷O置伸縮縫,以縮短受拉區(qū)長度,減小臺身砼的收縮變形量,抑制臺身的豎向斜向裂縫的發(fā)生。

2)埋置式橋臺土壓力一般是以原地面或一般沖刷線起計算的,對較差土質,需要進行驗算,確定是否考慮地面以下臺后深層土對樁水平力的影響。

3)橋頭路基沉降、滑動驗算。首先,路基沉降過大、橋頭跳車、臺背和梁端過早損壞,加大豎向土壓力及負摩阻力,造成橋臺蓋梁開裂及樁基不均勻下沉、路面開裂及路基滲水，導致路基失穩(wěn)。其次,由于路基滑動使橋臺所承受的水平土壓力已遠大于計算值,對于橋頭高路基和處于改河、填溝段或路基外不遠處有溝、河的,更要注意深層滑動的驗算。

4 結束語

墩臺是橋梁的重要結構之一,支撐著橋梁上部結構的荷載，并將它傳遞給地基基礎。此外，還要承受臨時荷載，在某種情況下需要臨時加固和補強。所以橋梁墩臺本身應該具有足夠的強度、剛度和穩(wěn)定性，對地基的承載力和沉降量，地基間摩擦阻力等也要提出一定的要求。因此，橋梁墩臺的設計與結構受力及其選型都是很值得探討的。

[1]JTG D60-2004,公路橋涵設計通用規(guī)范[S].

[2]江祖銘.公路橋涵設計手冊(墩臺與基礎)[S].北京：人民交通出版社,1997,6.

[3]邵旭東.橋梁工程[M].北京：人民交通出版社,1986,6.

[4]凌治平.基礎工程[M].北京：人民交通出版社,1990,12.