橋梁下部結構設計與施工探討

繆學勇

（蘭州有色冶金設計研究院有限公司，甘肅 蘭州 730000）

1 橋梁下部結構的基礎類型

1.1 樁基礎

樁基礎是指很多根打入土中的樁和連接樁頂的承臺形成的基礎，外力通過承臺向各個樁頭分配，再通過樁身和樁端向周圍土和樁端深土層傳遞外力，因此，樁基礎屬于深基礎的一部分。

1.2 沉井基礎

沉井基礎也是一種深基礎類型，具有較大的剛性和穩定性。對比樁基，沉井基礎在荷載作用下可以達到顯著的抗震性能。如果橋梁對基礎承載力要求較高，并對基礎變位比較敏感，就可以利用沉井基礎。

1.3 預制樁基礎

預制樁基礎是主要用于橋梁的一種深基礎，管柱外形類似管樁，其區別在于：管柱一般直徑較大，最下端一節制成開口狀，在一般情況下，靠專門設備強迫振動或扭動，并輔以管內排土而下沉，如落于基巖，可以通過鑿巖使錨固于巖盤；而管樁直徑一般較小，樁尖制成閉合端，常用打樁機具打入土中，一般較難通過硬層或障礙，更不能錨固于基巖。大型管柱的外形又類似圓形沉井，但沉井主要是靠自重下沉，其壁較厚，而管柱是靠外力強迫下沉，其壁較薄。

2 橋梁下部結構的設計

2.1 橋臺構造

2.1.1 橋臺構造的樣式

①輕型橋臺。針對小跨度的橋梁，主要是利用輕型橋臺，共同使用小型橋墩，孔數通常在3個以內，橋梁整體長度控制在20m以內，單孔跨度在13m以內。橋臺臺身是豎直的，整體墻面厚度較小，在兩側可以設置擋土墻面。在橋臺下邊可以利用鋼筋混凝土材料設置支撐梁，上面的構造可以連接錨栓和橋臺，因此，建立四鉸框架構架體系的同時可以承受兩邊臺面的土壓力，可以維持整個系統的恒定性。

②埋置式橋臺。埋置式橋臺是指在錐形護坡立面埋入臺身，可分為單排和雙排兩種樁式。利用這種橋臺可以降低土壓力、減小臺身體積，但埋置式橋臺也有不足之處，如利用片石和混凝土等保護臺身很容易被洪水沖毀，最終在外暴露臺面。在設計階段需要保障坡面強度，通過保障計算結果的精確性，才可以有序開展施工。如果橋臺路基填土高度≥5m，可以結合梁式上部構造埋置式橋頭共同應用。

③鋼筋混凝土薄壁橋臺。鋼筋混凝土薄壁橋臺主要包括撐墻式、扶壁式和箱式三種形式，構造組成部分主要包括扶壁的墻、前墻和水平底面。在臺面頂部主要是利用豎立墻和支撐扶墻的水平板，可以對橋跨構造起到支持作用。通常是軟底地基中鋼筋混凝土薄壁橋臺，但整體結構比較復雜，操作難度較大，同時，需要利用較多的鋼筋材料。

2.1.2 橋臺構造的設計

在橋臺設計階段，很多橋梁利用重力式U型臺、柱式臺、肋板臺等。利用重力式U型臺的過程中，設計人員應綜合考慮地理因素，U型臺高度控制在10m以內。如果臺面填土數量較多或連接長度較長并超過了規定值，不能選用重力式U型臺，連接長度要控制在150m以內，后面臺面填土高度控制在5m范圍內。當前，雖然廣泛利用埋置式肋板臺，但要保證高度在12m以內。此外，肋板式橋臺承載力較大，具有很強的水平剛度，因此，在軟土地基和山區的橋梁工程中經常利用肋板式橋臺。

2.2 橋墩部分

2.2.1 橋墩類型

①重力式橋墩。重力式橋墩結構的主要材料為石砌和混凝土，整體橋墩截面較大，并且可以承受水平和豎向的外力，同時，可以保證施工便利性，維持整體結構的堅固性和耐用性。但是，重力式橋墩具有較大的圬工量和阻水面，在大流速和含沙量較多的河流中不適合利用重力式橋墩，因為重力式橋墩通常是實體結構，所以，用的鋼筋量比較少，主要是用混凝土和石頭等材料。

②輕型橋墩。輕型橋墩不會產生較多的圬工量，因為基礎工作量比較輕，可以快速完成施工任務，有利于提高整體施工效率。輕型橋墩的構造包括構造式橋墩、空心橋墩、樁柱式橋墩和薄壁式橋墩等。構造式橋墩利用地基面積比較小，應用范圍較廣。空心橋墩與重力式橋墩的外表相似，實心橋墩立面是空的，通過連接預制零件共同建設，也可以在施工現場直接澆筑混凝土。薄壁式橋墩在施工中利用橋跨結構通過鉸連接柔性橋墩和鄰近的剛性橋墩，形成跨超靜定結構，利用橋墩承擔整體結構的縱向力和水平力，優化柔性橋墩受力性。

2.2.2 橋墩結構的設計

選用Y型薄壁墩和柱式墩，柱式墩又分為方柱和圓柱。圓柱施工過程比較簡單，因此，在平原地區廣泛應用；方柱存在棱角，可以提高整體結構的美觀性。分析受力方面，如果圓柱截面積與方柱截面積相同，圓柱比方柱的抗彎能力更強，方柱比圓柱的受力效果更好。但是，方柱需要通過帽連接墩柱與樁基之間，如果是在山區施工，橋梁橫坡比較陡峭，將會增加工程量和挖方量。在設計橋墩的過程中，設計人員需要綜合考慮地形、墩高等因素。Y型薄壁墩具有美觀性優勢，但施工過程比較復雜，如果墩高較高，采用Y型薄壁墩施工模式，施工單位只需利用一套模板和支架，所以，在山區橋梁建設工程中適合利用Y型薄壁墩；如果橋墩高度較低，不利于橋墩的美觀性，則不適合利用Y型薄壁墩。

2.2.3 橋墩與路幅的關系

山區高速公路有整體式路基，也有分離式路基，道路更加關注環保和削減占地，因此，更多地區選用整體式路基設計模式，在中長地道等選用分離式路基。整體式路基的雙幅度橋下構通常根據分幅獨自完成設計，呈現出雙幅四柱。高墩長橋的整體式下構適合利用雙幅兩柱。對比雙幅四柱形式，如果橋墩截面積和橫向寬度合理，那么，整體式下構橫向和縱向剛度應是分幅的2倍以上，一方面，可以削減開挖；另一方面，可以削減墩頂變位。當整體式下構帽梁跨度比較大時，綜合考慮車輛雙向行進階段的扭矩影響，需要設置堅實帽梁。要求設計人員綜合考慮地質條件、墩高、水文等因素，確定是否利用整體式下構或分幅下構。

2.3 下部結構配筋的設計

蓋梁配筋需要采取科學的計算方法，設計人員應詳細掌握橋梁結構布局，設計出科學的配筋方案。蓋梁結構在配筋設計過程中需要綜合防止裂縫和沉降等病害，合理選用鋼筋的使用位置、形狀、型號等。例如，在蓋梁抗剪設計中，要明確規定混凝土和箍筋承擔剪力的比例，保障各個結構受力的均衡性。樁基各個截面的配筋需要根據樁內彎矩包絡圖完成計算布置。軟基需要在軟土層中穿過樁主筋。如果樁基發生變形，需要計算綜合樁基特征和受力條件，利用整體體系綜合設計樁的受力模式。

3 橋梁下部結構施工要點

3.1 橋臺施工

3.1.1 基坑開挖

完成基坑測量后，可以綜合利用人工開挖和機械開挖，工作人員可利用機械設備開挖基坑，預留一段距離。為了避免擾動地基結構，保證土基的承載力，可以采用人工開挖方式繼續開挖基坑。在橋梁下部結構施工過程中，開挖工作完成后需鑿除樁頂位置。工作人員要及時清理雜物，落實整平處理工作，通過澆筑混凝土形成底模。

3.1.2 混凝土澆筑

在橋臺施工中應重視澆筑施工，如果選用的混凝土和易性較差，需要做好混凝土振搗工作。同時，減少澆筑時間，在短期內快速完成澆筑任務，提高澆筑過程的連續性，完成澆筑工作后要立即覆蓋塑料薄膜。

3.1.3 安裝鋼筋骨架和模板

在橋臺施工過程中，施工單位要根據施工要求選擇鋼筋，按照設計方案安裝鋼筋。在安裝鋼筋的過程中，施工單位要注意錯開鋼筋的接頭，鋼筋接頭截面積控制在總截面積50%的范圍內。在搭接鋼筋之前，施工人員需向一側彎折鋼筋搭接端，統一鋼筋接合軸線。鋼筋綁扎工作完成后，施工單位要根據設計資料確定橋頭主筋的位置和尺寸。在安裝模板的過程中，施工單位要提前分析鋼筋的尺寸、軸線部位等，嚴格控制保護層厚度。

3.2 臺身建造

在臺身混凝土施工中，施工單位需根據設計圖紙標出的位置放樣基線，工作人員檢查確定符合要求后即可架設臺身模板。目前，臺身模板主要是利用大體積鋼模，在實際施工前需要提前清理模板內表面，同時，選擇有針對性的預防措施，保證混凝土外表面質量。施工單位要利用雙面膠粘合模板，避免發生漏漿問題，同時，利用鋼管架支持外表。如果臺身較高，可以分段施工，在分段施工中要綜合上下段的密合度，埋設拉桿錨固鋼筋。施工單位需集中攪拌混凝土，用專用車運輸到工作地點，在澆灌混凝土的過程中需利用梭槽或吊車吊料斗，控制澆筑厚度在50cm以上，合理調配混凝土澆筑過程，保證振搗的密實度，澆灌完成后需鑿毛處理，提高后續施工的便利性，保證混凝土結構的一體化。待混凝土凝固后，立即開展養護工作，養護工作需維持7d以上。

4 橋梁下部結構現場安全施工管理措施

4.1 施工組織與技術準備

施工單位應建立領導小組，并安排專業的安全員，同時，制定有針對性的安全措施，定期分析橋梁下部結構安全施工形勢，及時解決橋梁下部結構施工中存在的問題，排除施工中的安全隱患。

施工單位要掌握施工技術要求和質量驗收標準，尤其要強制性地學習相關規范標準規程，梳理強制性的條文等，對于橋梁下部結構施工提供指導。開展方案交底和分項技術交底工作，培訓特殊操作工種。

4.2 安全施工措施

在施工現場，施工人員要統一佩戴安全帽，高空作業需嚴格安裝防護措施，同時，利用護欄模式，如果施工條件不合理，施工單位要利用安全帶、防護網等防護措施。在高空作業中，施工單位要在平臺四周設置護欄，保證連接的牢固性，同時，設置移動平面和制動設備。此外，需要保證防護網強度，避免發生墜落事故。規避在大風天氣下開展高空作業。

4.3 文明施工措施

施工單位應利用征地內的建設用地，不能侵占耕地，完成施工任務后可以繼續復耕和造地。在橋梁下部結構施工中，需要防護水資源，避免改變水資源的流向和流量。如果橋梁下部結構施工改變了匯水狀態，可以采用集中排水方式，根據設計的排水系統施工，防止水土流失。

5 質量通病的預防措施

5.1 麻面

處理麻面問題需要做好清理工作，提高表面的平整度和光滑性。為了保證鋼模接縫的嚴密性，避免發生漏漿問題，施工單位要均勻地涂刷脫模劑，并保證混凝土振搗的密實度，嚴格控制拆模時間。

5.2 離析

施工單位要在模板接縫部位設置密封條，避免發生漏漿問題，避免在混凝土入模之前發生離析問題。

6 結語

在橋梁工程施工中，橋梁下部結構設計與施工發揮著重要作用。因此，需要保證橋梁下部結構設計科學合理以及施工質量，嚴格按照設計方案開展施工，提高橋梁下部結構施工質量，保證整體工程質量，促進橋梁事業發展。