關于橋梁下部結構設計的討論

文/蘆可琪、傅國寧 中國聯合工程公司 浙江杭州 310052

關于橋梁下部結構設計的討論

文/蘆可琪、傅國寧 中國聯合工程公司 浙江杭州 310052

橋梁工程下部結構是整個工程的基礎，要保證橋梁工程的設計質量就要做好橋梁工程下部結構的設計工作。本文從橋梁下部結構型式選用、橋梁下部結構設計要點以及下部結構內力計算三個方面來對橋梁下部結構設計進行討論。

橋梁；下部結構；設計

隨著交通行業的不斷發展，一座座常規橋梁、非常規橋梁如雨后春筍般拔地而起。橋梁在橫跨大江大河上做出了很大的貢獻，橋梁下部結構的設計對裝個橋梁工程有著很重要的影響。結構設計的是否合理，直接影響橋梁的造價、工程質量、建筑工期以及使用狀況。

1、橋梁下部結構型式選用

1.1 鋼筋混凝土薄壁墩臺

在填土較低以及河床較窄的情況下，為了縮短橋長、節約成本，不使臺前錐坡壓縮河床，可使用離河較近墩臺身直立的樁基薄壁墩臺，并設置支撐梁在墩臺下面，整個橋梁組成框架結構系統，同時利用兩端臺后的被動土壓力來維持穩定。

1.2 埋置式樁柱式橋臺

該型式橋臺設于岸上臺身埋入錐形護坡中，有單排樁柱式與雙排樁框架式兩種。采用該型式橋臺，為保證路基穩定性，不能過多地壓縮橋長，不少工程對此有深刻的教訓。

1.3 柱式橋墩

本型式橋墩有施工的簡便性和較廣的適應性，在軟基中是很好的選擇型式。分為：（1）帶蓋梁單排樁柱式橋墩，一般用于簡支梁橋；（2）不帶蓋梁獨柱式橋墩或排柱式橋墩，用于連續現澆箱梁。

在選用墩臺的時候，要考慮如下兩方面：

①為了降低結構受到軟基位移的影響，在最大程度上縮減超靜定個數，適當地減少樁根數，同時加大樁距。②在樁底同基層表面相近時，承載力與設計規定接近，就不需要再伸入基巖；如果沒有充足的承載力，那么我們可以加大樁徑再算，最好把嵌巖柱樁換成摩擦樁。

2、橋梁下部結構設計要點

2.1 橋墩的設計

對于高度不超過40m的橋墩，需使用Y型薄壁墩或柱式墩。其中Y型薄壁墩是一種獨柱雙支座橋梁墩型結構，可被應用于平原橋梁項目以及山區橋梁項目中，Y型薄壁墩雖然能夠提升橋梁的美觀度，但也會導致施工難度大大增加。Y型薄壁墩結構主要應用于高橋墩形式中，若是將Y型薄壁墩結構應用于矮橋墩之中，不僅會降低橋梁的美觀性，同時還會大大提升施工難度。柱式墩一般可以被劃分為方柱墩和圓柱墩兩種。從外觀質量角度上分析，使用圓柱橋墩的作業施工難度要遠小于方柱橋墩，同時也更有利于圓柱以及樁基之間的銜接。圓柱橋墩是平原地區橋梁施工經常使用的一種設計方式；從美觀角度上來看，相比于圓柱，方柱具有更強的美觀性，同時可以與上構梁體協調配合；從受力角度上來看，基于相同截面積的情況下圓柱所具有的抗彎剛度小于方柱，同時受力弱于方柱。

2.2 橋墩以及路幅的設計

對于修建于山區地帶的橋梁來說，整體式路基是其主要的路基形式。同時雙幅橋也是山區地帶橋梁項目常選用的設計方式之一。在開展雙幅橋橋梁下部結構設計工作時，一般需要開展單獨、分幅設計，即為雙幅四柱。如果橋梁的長度較大，同時橋墩相對較高時，需考慮采取雙幅兩柱這一常見的整體式路基形式。但總體來說，在橋墩的選擇上，仍需設計人員綜合考慮山區的實際地理環境來選擇合適的橋墩。

2.3 橋臺的設計

一般來說，建設于山地的橋梁項目往往會選擇使用U型臺作為其橋臺。設計人員在設計使用U型臺時，需要對U型臺高度進行嚴格的控制，要求其落差不得超過10m，另外臺后填土高度不得超過5m，聯長高度不得超過150m，埋置式肋板臺高度不得超過12m。

2.4 下部結構配筋設計

(1)蓋梁配筋設計

①等截面連續梁可以用極限法，但不能完全套用，負彎矩處需留有富余。②變截面連續蓋梁只能使用容許應力法。③蓋梁的抗彎配筋，兩種方法均不控制設計，主要由裂縫寬度控制。④抗剪設計，兩種方法都對混凝土與箍筋承擔剪力比例作了明確規定。這樣梁體往往需要設置大量斜剪力筋給梁內布筋帶來困難，配筋時可以通過多設箍筋，讓混凝土與箍筋承擔更多的比例，使配筋自由度大一點。⑤蓋梁配筋要注意“強剪弱彎”，大部分梁體破壞是由剪力不足造成的，對抗彎筋滿足要求即可，而抗剪筋一般留有富余。⑥施工階段應力計算多用容許應力法。

(2)樁筋及樁長設計注意事項

①樁筋設計目前均采用極限法進行樁體抗彎筋設計，這在規范中已有詳細公式。對樁體抗裂還沒有明確要求，目前說法不一，有待進一步研討。對于基樁各截面的配筋，從理論上講，應根據樁內彎矩包絡圖進行計算布置。通常是根據最大彎矩處進行配筋，從樁頂一直伸到最大彎矩一半處下一定錨固長位置，減少一半配筋再一直伸至彎矩為零下一定錨固長位置，再下為素混凝土段，對于軟基，樁主筋最好穿過軟土層。②樁長設計樁長計算不同于樁基配筋，仍采用容許應力法，最大豎向力應按容許應力法要求計算，不需考慮極限荷載組合系數。

3、下部結構內力計算

3.1 蓋梁內力計算

《墩臺設計手冊》中算例對墩臺內力按下列方式計算；當荷載對稱布置時，按杠桿法計算，當荷載偏心布置，按偏心壓力法計算，兩種布載狀況的內力取大值控制設計。但這種算法僅為兩種布載狀況下的內力計算，不是各截面最不利狀態的內力計算，所算內力存在著不安全因素。較適宜做法應先得出各截內力影響線，再對應影響線用杠桿法及偏心法進行最不利橫向布載，求出各截面內力最大、最小值，然后根據內力包絡圖進行結構配筋。

3.2 橋墩內力計算

墩樁頂的最大豎向力計算同上；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墩臺進行分配；最后根據不同組合的墩樁頂水平力、彎距及對應樁頂豎向力進行樁基各截面內力計算。

3.3 橋臺內力計算

(1) 鋼筋混凝土薄壁臺土壓力計算

軟土地基上帶基樁的薄壁臺土壓力計算要按承臺底面以下一定深度考慮。

(2) 埋置式橋臺土壓力計算

土壓力一般是以填土前原地面或沖刷線起算的，對較差土質，需根據實際土質驗算，確定是否考慮地面以下臺后深層土對樁水平壓力的影響。臺后應選用透水、強度高、穩定性好的材料，否則滲水后摩擦角及粘結力下降，自重增加，臺實際受土壓力大于設計值，使橋臺失穩。

(3) 搭板對土壓力影響

設搭板橋臺還應考慮搭板作用后活載土壓力改變對橋臺有利的影響。

(4) 橋頭路基沉降、滑動驗算

①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，橋臺蓋梁開裂及村莊琪不均勻下沉： 路面開裂及路基滲水，促使路基失穩。②路基滑動： 導致橋臺嚴重破壞此時橋臺所承受水平土壓力已遠大于正常計算，對于橋頭路基加寬或處于改河、填溝段或路基外不遠有溝、河的，更要注意深層滑動驗算。上述兩項如不滿足要求，須采用切實可靠措施進行處理。

綜上所述，橋梁工程項目建設中，其設計人員應當善于對相關的工程實際情況進行總結，尤其針對其可能產生的問題進行分析與解決。不斷提升我國建筑工程施工質量與水平。

[1]羅余良.討論橋梁下部結構的選型及設計.河南建材，2010，(1).

[2]孫小龍.整體式橋臺橋梁受力性能研究[D].哈爾濱：東北林業大學，2014.