橋梁下部結構的設計探討

摘要：隨著我國社會經濟的不斷發展，科學技術的迅速進步，使得我國內部各項基礎設施建設得到了大幅度的提高，而交通建設作為我國的基礎設施重點建設項目之一，在發展的過程中，存在著許多的問題和不足。本文作者通過對橋梁下部結構設計進行探討，希望為橋梁設計事業微盡綿力。

關鍵詞：橋梁；下部結構；設計

一、橋梁下部結構設計中型式的選擇

對于橋梁下部結構設計中型式的選擇，要采用空間理論對橋梁的整體進行充分的分析，并要考慮到受力的綜合性情況，以概率統計理論為基礎的極限狀態設計理論，進一步的反映出橋梁設計規劃，使橋梁設計的安全度達到最為安全的保證。

1.橋梁下部結構設計中的鋼筋混凝土墩臺

在對橋梁下部結構進行設計過程中選用鋼筋混凝土墩臺時，是在填土不高、河床不寬的條件下進行的，主要是為了能夠在建筑的過程中能夠減少時間、節省造價，這種型式通常情況下都會在墩臺的下方設置支撐梁，以此來穩定整個橋墩的穩定性，并且保持受重力的平衡。

2.橋梁下部結構設計中的柔性排架式墩臺

在對橋梁下部結構進行設計過程中選用柔性排架式墩臺時，是我國當前在進行橋梁建設中應用較為少見的，已經逐漸的被新型式的建筑取締，但是，在許多較為老式的多孔小跨徑橋還在應用。

3.橋梁下部結構設計中的埋置式樁柱橋臺

在對橋梁下部結構進行設計過程中選用埋置式樁柱橋臺時，一般都是設置在岸上，使得橋臺的身體能夠埋入錐形的護坡中，通常情況下有兩種：一種是單排樁柱式橋臺；另一種是雙排樁柱式橋臺。

4.橋梁下部結構設計中的柱式橋墩

在對橋梁下部結構進行設計過程中選用柱式橋墩時，都會考慮到橋梁建設的主體結構型式，在應用的時候要充分的認清軟硬基，一般分為帶蓋梁單排樁柱式橋墩和不帶蓋梁單排樁柱式橋墩。

二、橋梁下部的結構設計

1.橋墩 高度小于40m的橋墩多采用柱式墩（最常用）和Y型薄壁墩，前者有圓柱與方柱之分。外觀質量在圓柱施工中不難控制，和樁基也方便銜接，大多應用于平原地區。從美觀而言，方柱有視線誘導性和棱角，和上構梁體協調，相對美觀。以受力角度來講，在方柱與圓柱有相等截面積的條件下，方柱抗彎剛度要比圓柱大，受力較于圓柱更優。體系是連續剛構時，方柱能夠經過對兩個方向的尺寸進行調整，從而調整墩柱的剛度，滿足調整墩柱受力的需要。圓柱為各向同性，進行調整，其效果相對較差。方柱的缺點是墩柱和樁基間要經過樁帽連接，加之山區橋梁地面橫坡較陡，不僅增加了工程數量和柱帽結構，而且加大了挖方工程量。在設計中，選用方柱或圓柱要綜合考慮墩高、地形和上構結構形式。Y型墩薄壁是獨柱雙支座的一種墩型，相對美觀卻施工較復雜。由于墩高較矮時，既不美觀又未有簡便施工，很少使用。墩高較高時，Y型薄壁墩施工僅要一套模板，搭一個支架，在有大量模板需求和地面橫坡相對陡的山區橋梁，Y型薄壁墩有明顯優勢。此外使用雙柱墩時，因兩個墩柱高度相差大，線剛度EI/L差距大，造成一個墩兩個墩柱受力有很大的不同，使用Y型薄壁墩就可避免以上缺陷。有人提出上部的Y型承托節約材料相對不多，施工也麻煩，最好設計成實體，這也是可以考慮的。無論外形怎樣，在墩高較高時，使用Y型墩薄壁是相對適合的。

2.高墩 通常強度控制矮橋墩的設計，然而，在有相對高的墩高的時候，一定要想到橋墩的穩定問題。“當l0/h>30時，構件已由材料破壞變為失穩破壞。這是《公路鋼筋混凝土及預應力混凝土橋涵設計規范》（JTGD62-2004）中關于偏心受壓柱條文說明5.3.10條指出的。其中，l0是受壓柱的有效長度，在0.5到2倍墩高范圍內變化時，到底如何取值，這和上構重量、施工情況以及墩柱的支承剛度也就是上構與墩柱的連接方式有關。眾多的計算實驗說明對于多跨T梁橋（先簡支后連續以及先簡支后剛構）而言，l0=1.2-1.43l是墩柱的有效長度，其高度是l，當l=40m同使用矩形截面的情況下，h≥1.2-1.43×40/30=1.6-1.907m，在h=50m時，h≥2-2.383m。墩厚在兩米以上時，實心矩形截面的經濟性會減少，因此能夠取得一個結論，即墩柱為材料破壞時，使用實心矩形截面，它的高度最好在50m以下，然而墩高在50m以上時，最好使用空心薄壁墩截面。使用空心薄壁墩，墩高大于65m左右時順橋向要考慮放坡，由于在采用等寬尺寸的情況時，即便是有可操作的施工條件，然而為了確保橋墩的穩定性，帽梁與墩柱勢必會加大尺寸，這樣一來，將浪費相對大的材料。

3.橋墩與路幅的關系 山區高速公路既有整體式路基也有分離式路基。當前，路線選線注重的理念是環保，注重的是減少占地，大多設置的是整體式路基，只有中長隧道等采用分離式路基。整體式路基的雙幅橋，通常下構按分幅單獨設計，也就是雙幅四柱。至于高墩長橋，整體式下構也就是雙幅兩柱是一種相對較好的選擇。相比于雙幅四柱，若橋墩截面積和橫向寬度相當，整體式下構橫向與縱向剛度為分幅設置的2倍以上，不僅能夠減少開挖而且可以減少墩頂變位。顯然，整體式下構帽梁跨度相對大時，鑒于車輛雙向行駛時扭矩影響，要設置較強大的帽梁。一座橋到底使用整體式下構抑或是分幅下構，要綜合考慮諸如地質、墩高和水文等多種因素。

4.橋臺 山區高速公路橋梁橋臺通常使用重力式U型臺（最常用）、肋板臺以及樁柱式臺。山區橋梁U臺的明顯特點是橫向，縱向橫坡陡。在設計時按照地形分臺階，U臺的高度最好控制在10m。因為樁柱式橋臺抗推剛度小，在聯長較長，臺后填土高度相對高時，最好不使用，通常聯長以及臺后填土高度最好分別控制在150米以內以及5m以下。埋置式肋板臺的適應范圍較廣，然而，最好不要高于12m。山區高速公路橋梁縱向地形較陡，通常不可以設置錐坡，此時使用樁柱式或肋板臺會有很大的約束性。在沒有較好地質時，將產生U臺下設置樁基的狀況。

三、施工中下部結構技術問題的處理

1.樁長變更

地質鉆探資料僅反映局部地質情況，加之鉆探描述與實際樁孔地質有所出入。因此，樁底碰到巖面難以鉆進，地質較好時，應允許對樁長進行變更，但必須要求設計人員、監理人員根據巖層實際強度調整計算，設計者既不能輕易變更樁長，又要避免過于保守，在滿足承載力情況下應進行樁長調整，以便節約成本。

2.沉淀層厚度指標選用分析

a）不要對沉淀層要求的太小，施工中難以控制。

b）清底系數m0值對樁長影響較大，以0.3d～0.4d為宜，個別樁底沉淀層厚度超標的，澆筑前可用反循環清孔法進行清孔。

3.斷樁處理

樁底設素混凝土段對底層斷樁處理有很大幫助，對于上層斷樁，可用挖孔接樁法處理，對于中層斷樁，有的樁不允許澆筑失敗，應重點控制。

4.橫系梁、承臺功能討論

橫系梁的主要功能是為了聯結墩柱時調偏，同時增大樁的橫向整體性，橋墩不高時，可以取消；較高時，也可將系梁提到施工水位以上，減少圍堰費用和困難。承臺的主要作用是聯結群樁，有些群樁承臺結構可考慮用大直徑的獨樁結構代替，以降低工程造價。

四、結語

對于橋梁的設計，是橋梁建設過程中的一個重要環節，是保證橋梁達到預期目的的重要手段。特別是對橋梁下部結構設計，更是所有設計之中的重中之重，是橋梁承載力的體現，是橋梁保證安全建設的一項重要內容。因此，重視公路橋梁下部結構設計對于現實生活具有重要的意義。

參考文獻：

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[2]邵容光. 結構設計原理[M ] 北京： 人民交通出版社， 1986.

[3]馬爾立. 公路橋梁墩臺設計與施工[M ] 北京： 人民交通出版.2003.