桥梁下部结构选型及设计的探讨

桥梁下部结构选型及设计的探讨

鱼铁军

摘要：在桥梁设计的过程中，下部结构的考虑是否得当，对工程造价、工程质量及后期使用影响较大，介绍了几种常见的桥梁下部结构形式，分析了不同结构形式的受力的特点，对桥梁墩、台的形式选择及结构设计中的一些问题进行了初步探讨。

关键词：桥梁下部结构；结构选型；设计与计算

1桥台结构型式选用

1.1轻型桥台

轻型桥台的特点是，台身体积较小，台身为直立的薄壁墙，台身两侧设有翼墙（用于挡土），可以将侧墙做成斜坡。在两桥台下部设置钢筋混凝土支撑梁，上部结构与桥台通过锚栓连接，构成四铰框架结构系统，并借助两端台后的土压力来保持稳定。

1.2钢筋混凝土薄壁桥台

薄壁轻型桥台常用的形式有悬臂式、扶壁式、撑墙式、及箱式等。这种桥台是由带扶壁的前墙和侧墙以及水平底板构成。挡土墙由前墙和间距为2.5~3.5m的扶壁组成。

1.3埋置式桥台

埋置式桥台常用形式为肋板式桥台、桩柱式桥台和框架式桥台。是将台身埋在锥形护坡中，这样桥台所受的土压力大为减小，桥台的体积也就得到相应减小。但是由于台前护坡是用片石（或混凝土）作表面防护的一种永久性设施，存在着被洪水冲毁而使台身裸露的可能，故设计时必须进行强度和稳定性验算。

2桥墩结构型式选用

2.1柱式桥墩

带盖梁单排桩柱式桥墩是用能承受弯矩的盖梁来代替实体式桥墩上的墩帽，当采用群桩基础时，需在桩顶设置承台，使各桩共同受力，并通过它使柱与桩相连（一般适用于简支梁桥或先简支后连续的连续梁桥）。

2.2重力式实体桥墩

靠自身恒载（包括桥垮结构恒载）来平衡外力（偏心力矩）和保证桥墩的稳定（抗倾覆稳定和抗滑稳定）。因此污工体积较大，阻水面积增大，抗冲击力较差，不宜用在流速大并挟有大量泥沙的河流。对地基承载力的要求高。墩身多做成实体式的，不配钢筋，多用块石或片石混凝土砌筑。

2.3钢筋混凝土薄壁墩

钢筋混凝土薄壁墩又可分为单肢薄壁墩和双肢薄壁墩两种形式。前者墩身重量较轻，可节约污工材料，适用于地质条件较差时的简支梁桥上;后者适用于墩梁固结的连续刚构桥上（多用于互通式立交的跨线桥上）。

2.4选用墩台时的注意事项

2.4.1为了减少软基位移对结构的影响，尽可能减少超静定个数，适当加大桩间距，减少桩的根数。

2.4.2软土地基的桥梁，由于软土的变形对构造物的危害极大且难以预料，尤其是蠕动变形对结构的危害是致命的，直接影响到结构的耐久性。对可能对构造物产生不利影响的区域，应根据软土的物理力学指标、软土厚度，进行相应的软基处理，以避免软土的水平向变形对桩基产生附加水平力，并消除蠕动隐患。

2.4.3软土地基由于强度低、易变形，桩基的最大弯矩点和弯矩零点可能因受到各种不可预见因素的影响而变化。

3下部结构设计计算

为了减少软土地基位移对超静定结构的影响，上部结构多采用标准梁的先简支后连续的构造，这样整个工程的设计计算工作就集中于下部结构的选用和计算，因而下部结构内力计算方法的选择是否正确，考虑因素是否全面，直接关系到整个工程的造价及安全，为此在下部结构的设计过程中，一般进行下列计算：

3.1盖梁内力计算

3.1.1当荷载对称布置时，按照杠杆法进行计算。

3.1.2当荷载偏心布置时，按照偏心受压进行计算，两种布载情况的内力取大值控制设计。这种算法仅为两种布载状况下的内力计算，不是各截面最不利状况的内力计算，计算所得内力存在不安全的因素。

3.2桥墩内力计算

墩桩顶的最大竖向力计算非常简单，这里不再叙述；墩桩顶水平力计算，运用柔性墩理论中的集成刚度法，将桥面汽车制动力及梁体混凝土收缩、徐变、温差、地震产生的水平力在全联墩台进行分配，最后根据不同组合的墩桩顶水平力、弯矩及对应墩桩顶竖向力进行桩基各截面内力计算。

对于横向陡边坡上的桥墩设计，同一墩位2个（3个）墩柱存在较悬殊的无支长度差异，因刚度差异造成桥墩横桥向受力分配的不均匀。

3.3桥台内力计算

桥台除了受与桥墩相似的荷载之外，竖向荷载还增加了土压力、负摩阻力、搭板自重等荷载；水平荷载增加了土压力，其影响复杂，设计时需注意以下几点：

3.3.1内力计算应注意的问题。a.软土地基上带基桩的钢筋混凝土薄壁桥台土压力计算按深层考虑。b.软基路段桥台应尽量设置为与路线正交的形式，减小台身长度，在适当的位置设置伸缩缝，以缩短受拉区长度，减小台身砼的收缩变形量，抑制台身的竖向、斜向裂缝的发生。

3.3.2埋置式桥台土压力一般是以原地面或一般冲刷线起计算的，对较差土质，需要进行验算，确定是否考虑地面以下台后深层土对桩水平力的影响。

3.3.3桥头路基沉降、滑动验算。首先，路基沉降过大、桥头跳车、台背和梁端过早损坏，加大竖向土压力及负摩阻力，造成桥台盖梁开裂及桩基不均匀下沉、路面开裂及路基渗水，促使路基失稳。其次，由于路基滑动使桥台所承受的水平土压力已远大于计算值，对于桥头高路基和处于改河、填沟段或路基外不远处有沟、河的，更要注意深层滑动的验算。

3.4桩筋及桩长设计注意事项

3.4.1对于桩基各截面的配筋，从理论上来说应根据桩内弯矩包络图进行计算布置。通常是根据最大负弯矩处进行配筋，从桩顶一直伸到最大负弯矩一半处以下一定锚固长度位置，减少一半配筋再一直伸至弯矩为零以下一定锚固长度位置，再以下为素混凝土，对于软基，桩主筋最好穿过软土层。

3.4.2软土地质条件下的桥梁桩基计算不能简单的采用常规计算方法，而应根据实际的受力特点加以分析。就计算方法而言，用"假设有效桩长"，计算桩的最大弯矩及弯矩零点进行配筋的常规方法，在软土地质条件下应慎重采用，以免造成最大弯矩及弯矩零点位置判断的错误，导致配筋长度的不足。

3.4.3在桩基变形较大的情况下，计算应同时考虑桩土特性及受力条件，以整体体系来分析桩的受力模式。

3.4.4山岭重丘区的桥墩多处于基岩裸露的陡边坡上，桩基多为嵌岩桩。陡边坡上嵌岩桩的嵌岩深度必须考虑两个方面的内容：一是能起到嵌岩作用的嵌岩深度；二是岩石能满足嵌固受力要求所必须的水平宽度。嵌岩深度的确定对结构的安全性和经济性具有非常重要的意义。

结束语

在桥梁总体设计中，下部结构的形式选择对整个设计方案的确定有着较大影响。确定桥梁下部结构应遵循安全耐久、满足使用的要求，同时造价较低，维修养护方便，与周围景观相协调等原则。另外，桥梁下部结构的设计与结构受力、水文、地质构造等密切相关，同时应考虑地震、温度影响力等作用。这就需要设计者善于结合工程实际不断探索和总结，提高下部结构的设计质量及使用效果，使其选择与布设能够更加合理、经济。

参考文献

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[2]江祖铭.公路桥涵设计手册(墩台与基础)[S].北京：人民交通出版社，1997，6.

[3]邵容光.结构设计原理[M].北京：人民交通出版社，1986，6.

[4]凌治平.基础工程[M].北京：人民交通出版社，1990，12.

作者简介：鱼铁军（1973~），男，新疆公路规划勘察设计研究院，职称：助理工程师。