王 宏 民

(山西省交通科學(xué)研究院，山西 太原 030006)

高速公路薄壁式橋臺(tái)和扶壁式橋臺(tái)的比較

王 宏 民

(山西省交通科學(xué)研究院，山西 太原 030006)

從設(shè)計(jì)和施工兩個(gè)方面對目前高速公路單孔橋梁常用的薄壁式橋臺(tái)和扶壁式橋臺(tái)進(jìn)行了綜合性比較，并結(jié)合山西省的實(shí)際情況，對橋臺(tái)形式的發(fā)展方向作了研究，以促進(jìn)公路橋梁的快速發(fā)展。

薄壁臺(tái)，扶壁臺(tái)，使用條件，結(jié)構(gòu)形式

改革開放以來，隨著我國基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的蓬勃發(fā)展，我省公路橋梁建設(shè)事業(yè)也取得了矚目成績，橋梁的數(shù)量和形式都有了飛速的發(fā)展，下部墩臺(tái)的結(jié)構(gòu)形式也是多種多樣，就目前情況看，高速公路單孔橋梁常用的橋臺(tái)形式主要有圓柱式、肋板式、薄壁式、扶壁式和重力式五大類，但圓柱式和肋板式橋臺(tái)由于受臺(tái)前錐坡的影響，對孔徑壓縮比較大，泄洪和通行能力大打折扣，重力式橋臺(tái)自身重力大對地基要求高，使用條件受限，故目前被廣泛采用的單孔橋梁橋臺(tái)形式為薄壁和扶壁式兩種，多用于高速公路通道橋。

1 使用條件比較

1.1 地質(zhì)條件

普通地質(zhì)條件下薄壁式和扶壁式橋臺(tái)都是比較適用的，兩種橋臺(tái)均承受臺(tái)后較大的土壓力，橋臺(tái)基礎(chǔ)可采用鉆孔灌注樁基礎(chǔ)或者擴(kuò)大基礎(chǔ)。但對于軟土地基扶壁式橋臺(tái)具有很大的優(yōu)越性，雙排或者多排群樁基礎(chǔ)可有效的抵抗臺(tái)后高填土產(chǎn)生的土壓力和不均勻沉降，避免臺(tái)身沿縱向開裂和傾覆破壞，而薄壁式橋臺(tái)為單排樁基礎(chǔ)，在軟土條件下很容易產(chǎn)生水平位移和沉降。

1.2 橋位、橋形條件

選擇單孔橋梁跨越的障礙物一般都不是很大，高速公路設(shè)計(jì)中多為小溝小河或者是縣鄉(xiāng)道路，較小的跨徑比較經(jīng)濟(jì)合理，采用臺(tái)前為豎直面的薄壁和扶壁式橋臺(tái)消除了臺(tái)前錐坡對橋下孔徑的侵占，橋下空間得到了充分有效的利用，既滿足了使用功能，又節(jié)約了工程造價(jià)。橋梁跨徑一般控制在20 m以內(nèi)，上部結(jié)構(gòu)為8 m，10 m，13 m，16 m空心板，較小的梁高有利于橋下凈空的要求，特殊地段可采用20 m空心板或者小箱梁，如孔徑大，上部荷載和結(jié)構(gòu)尺寸將大幅增加，直接導(dǎo)致橋臺(tái)結(jié)構(gòu)尺寸的加大和橋下凈空的減小，技術(shù)上、經(jīng)濟(jì)上均不再合理。

1.3 臺(tái)后填土高度

根據(jù)計(jì)算分析和以往工程實(shí)踐證明，當(dāng)橋臺(tái)后填土高度小于5 m，上部跨徑小于16 m時(shí)，選用薄壁式橋臺(tái)技術(shù)可行、經(jīng)濟(jì)合理，當(dāng)填土高度大于5 m，跨徑大于16 m時(shí)，傳統(tǒng)薄壁臺(tái)經(jīng)常在臺(tái)身處產(chǎn)生橫向裂縫，此時(shí)選用扶壁式橋臺(tái)比較安全。

2 結(jié)構(gòu)形式比較

2.1 構(gòu)造尺寸比較

薄壁臺(tái)和扶壁臺(tái)的結(jié)構(gòu)尺寸如圖1，圖2所示，兩者在臺(tái)帽、耳背墻、牛腿、臺(tái)身、承臺(tái)高度和樁基直徑上尺寸基本相同或相近，差異很小。主要區(qū)別在于薄壁臺(tái)在承臺(tái)底設(shè)有支撐梁，樁基為單排構(gòu)造，而扶壁臺(tái)在臺(tái)身后設(shè)有梯形扶壁，樁基礎(chǔ)為雙排群樁，承臺(tái)體積相差很大。

2.2 受力比較

薄壁臺(tái)和扶壁臺(tái)都屬于輕型橋臺(tái)，傳統(tǒng)薄壁臺(tái)通過設(shè)置支撐梁與橋臺(tái)及上部結(jié)構(gòu)形成四鉸框架結(jié)構(gòu)來受力，承受上部荷載和抵抗臺(tái)后土壓力，支撐梁能有效平衡土壓力對樁頂處的彎矩。扶壁式橋臺(tái)是個(gè)空間框架結(jié)構(gòu)，由扶壁式擋土墻演變而來，以群樁承臺(tái)抵抗垂直及水平荷載的共同作用力，通過受力分配后樁頂力和彎矩分?jǐn)偟蕉喔鶚渡?，降低了單樁頂力，減少了彎矩配筋，同時(shí)特有的扶壁構(gòu)造可以通過“后拉”的作用配合臺(tái)身共同抵抗臺(tái)后土壓力，降低了臺(tái)身彎矩，減少了配筋，故扶壁臺(tái)較薄壁臺(tái)可以做的更高。

2.3 工程數(shù)量比較

結(jié)合圖1，圖2中尺寸數(shù)據(jù)，以常見的26 m寬高速公路為例，臺(tái)高5 m，20 m長嵌巖樁基礎(chǔ)，取半幅橋臺(tái)計(jì)算對比，兩者的工程數(shù)量差值如表1所示。

表1 工程數(shù)量對比表

通過計(jì)算對比，同等跨徑、橋臺(tái)高度條件下，半幅扶壁臺(tái)比薄壁臺(tái)僅混凝土數(shù)量上就高出138.8 m3，全橋共高出555.2 m3，單從此點(diǎn)看，薄壁臺(tái)具有明顯優(yōu)勢，節(jié)約工程造價(jià)。

2.4 結(jié)構(gòu)配筋比較

薄壁臺(tái)通過臺(tái)身和樁基承受上部荷載抵抗臺(tái)后土壓力，臺(tái)身底部和樁基頂部承受的彎矩最大，配筋較多；而扶壁臺(tái)由于特有的扶壁構(gòu)造和臺(tái)身共同抵抗土壓力，土壓力對臺(tái)身和樁基產(chǎn)生的水平分力大大減少，群樁基礎(chǔ)又對傳遞下來的豎向和水平荷載進(jìn)行了分?jǐn)?，故臺(tái)身和基礎(chǔ)彎矩較小、配筋較少。

3 施工方法比較

兩種橋臺(tái)都屬于鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，現(xiàn)場支模、現(xiàn)場澆筑混凝土，施工方法比較簡單，差別是扶壁臺(tái)較薄壁臺(tái)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，模板配置較多，樁基數(shù)量翻倍，承臺(tái)體積大，混凝土數(shù)量較多，臺(tái)背回填受多道扶壁影響壓實(shí)施工不方便，大型機(jī)具無法作業(yè)，回填質(zhì)量不容易保證。

4 結(jié)語

通過以上多方面比較，薄壁式橋臺(tái)具有構(gòu)造簡單、受力明確、施工方便、工程量小和造價(jià)低廉的優(yōu)勢，但臺(tái)高不宜大于5 m，在軟土地基等特殊地質(zhì)條件下使用受限。扶壁式橋臺(tái)相對構(gòu)造較多、受力復(fù)雜、施工方便、工程量較大、造價(jià)較高，但臺(tái)高可做到8 m，有效提高了橋下凈空，跨徑適用范圍也更大，且適用于軟土等特殊地質(zhì)條件，基于上述原因我省目前采用較多的還是薄壁式橋臺(tái)，而扶壁臺(tái)則多見于南方地區(qū)。

隨著我國公路交通建設(shè)的蓬勃發(fā)展和科學(xué)技術(shù)的不斷創(chuàng)新，今后會(huì)有更多更合理的橋臺(tái)形式出現(xiàn)，是否可以結(jié)合薄壁臺(tái)和扶壁臺(tái)的優(yōu)缺點(diǎn)折中創(chuàng)造一種新的橋臺(tái)形式，比如鐵路橋中的耳墻式橋臺(tái)和一字形橋臺(tái)，通過將矩形臺(tái)身前豎直面改變?yōu)榇蟊壤逼伦優(yōu)樘菪?，以近似整體肋板的構(gòu)造抵抗土壓力，而自身斜坡侵占跨徑很小，同時(shí)還加厚了臺(tái)身厚度，配合群樁基礎(chǔ)提高抗水平荷載能力，臺(tái)后大耳墻的設(shè)置不僅擋土也平衡了部分土壓力，最大的好處是取消了扶壁構(gòu)造，提高了橋臺(tái)高度，設(shè)計(jì)和施工均比較簡單，可作為一個(gè)比較好的折中方案。

[1] JTG D60—2004，公路橋涵設(shè)計(jì)通用規(guī)范[S].

On comparison between thin-wall pier and buttressed pier on expressways

Wang Hongmin

(ShanxiCommunicationsScienceInstitute,Taiyuan030006,China)

From the design and the construction, the paper has the comprehensive comparison between thin-wall pier and buttressed pier which are commonly used in the single-arch bridges on expressways, and researches the development of the pier forms by combining with the circumstances in Shanxi Province, so as to enhance the speedy development of roads and bridges.

thin-wall pier, buttressed pier, conditions, structural type

2015-06-23

王宏民(1982- )，男，工程師

1009-6825(2015)25-0174-02

U443.21

A