城市立交桥桥墩设计关键点分析

城市立交桥桥墩设计关键点分析

乔志超

深圳市综合交通设计研究院有限公司 广东深圳 518001

摘要:随着城市化建设进程不断发展，交通基础设施建设正在从强调功能的粗放式建设阶段，转变为同时兼顾功能和品质的精细化建设阶段。城市立交桥是城市交通基础设施的重要组成部分，甚至可以成为一座城市的名片。该文从工程设计角度出发，对城市立交桥桥墩设计所需要考虑的因素进行分析，提出城市立交桥桥墩设计的关键点以及桥墩预制装配化的发展趋势。

关键词：立交桥；桥墩设计；预制装配；设计关键点

现如今，我国经济社会发展迅速，各行各业在工业及信息现代化进程中得以迅速发展。我国在交通基础设施建设领域，一方面取得了令人瞩目的成就，尤其是城市桥梁建设方面取得了傲人的成果，积累了丰富的建设经验；另一方面当前很多桥梁建设依旧采用较为传统的现浇施工工艺，施工期间对环境和市民生活造成很大影响，因此需要对桥梁的建造方法进行创新和改革，通过预制装配法对桥梁桥墩进行建造施工。

1 城市立交桥桥墩设计需考虑的因素

有别于城际公路桥梁，城市立交桥受用地、景观、路网等因素控制，一般多采用中小跨径桥梁。中小跨径桥梁的特点是桥墩较多，这也造成了城市桥梁墩柱林立，影响了城市和道路的通透性，给市民造成了压抑的出行体验，同时密集的墩柱与城市景观格格不入。

城市立交由于转向、掉头等需求，存在较多的小半径曲线段，小半径曲线桥梁结构倾覆风险大大增加。近年来，我国发生多起城市桥梁倾覆事故，固然超载是主要原因，但桥梁结构设计时仍可通过采取一定的措施减少类似事故的发生。

从以上分析可以看出，在进行城市立交桥设计时，不仅要关注结构强度设计，还要关注景观造型设计和抗倾覆设计。

2 城市立交桥桥墩设计的关键点

2.1 桥墩强度设计

桥墩的强度设计是桥墩设计的主要内容。通常桥墩设计的强度和桥墩长度、材质等相关指标具有密切关联性。在桥墩设计期间，尤其是在设计高度比较大的桥墩结构时，要严格遵从桥梁结构设计方面的相关规范和标准。

对于高墩设计，长细比大于17.5时需充分考虑竖向荷载作用下由构件挠曲引起的二阶弯矩，桥墩长细比越大二阶弯矩越大，是桥墩强度设计时不可忽略的一项次内力。当桥墩长细比大于30时，桥墩构件由材料破坏变为失稳破坏，此时难以进行设计，因此在桥墩设计时，要注意科学确定桥墩的三维尺寸，确保不超出桥墩强度设计范围。

2.2 桥墩景观设计

一般来说桥墩景观设计需要考虑如下因素：墩高、墩厚、造型和色彩。

墩高通常在路线总体确定之后也就确定了，留给桥梁设计的空间并不大。但是墩高对于桥梁景观的影响不言而喻，墩高过低会让人觉得桥梁是压抑和死板的。尽管墩高是否压抑是很主观的感受，但仍可通过总结实际经验得到墩高与跨径的合理比例作为设计参考，即L/H<5，其中L代表桥梁跨径，H代表墩高。

墩厚是指桥墩顺桥向的尺寸，桥墩景观设计中的墩厚设计是在满足强度的基础上，根据视觉经验对墩厚进行合理调整。一般来说，对于实体护栏梁桥墩厚控制在护栏和梁高之和的0.25~0.5倍之间，对于镂空式护栏梁桥墩厚控制在梁高的0.5~0.7倍之间，视觉体验是比较舒适的。

造型和色彩设计是为了桥墩的外观品质和环境协调性，让生硬的钢筋混凝土结构更好地融入到城市大景观之中。尽管好的桥墩造型各不相同，但是其中的造型元素却是共通的，总结来说包括以下几个方面：曲线、棱角、视觉冲击。简单举例来说，曲线的运用包括圆角、曲线变截面等，棱角包括墩身刻槽、折面造型等（如图1），视觉冲击则是以一种反常规的姿态来展现造型，如下小上大的花瓶墩、超长悬臂的预应力盖梁等。

图1棱角造型案例 图2 全局乳白色、局部苹果绿色彩案例

色彩设计是城市桥梁实现环境协调的关键因素，色彩设计包括全局色彩和局部色彩。根据实际经验，城市桥梁经典的全局色彩有灰色、乳白色和米黄色等，局部色彩有苹果绿、浅驼色、天蓝色等。

2.3 抗倾覆设计

实际桥梁设计工作中主要通过以下两点来判断抗倾覆能力：一是作用基本组合下各单向受压支座是否处于受压状态；二是作用标准组合下稳定效应是否不小于失稳效应的2.5倍。

1. 避免采用独柱单支座桥墩。全国各地发生的多起桥梁倾覆事故已经证明独柱单支座桥梁存在这严重的倾覆问题。

2. 结合桥墩造型设计，尽量拉大墩顶支座间距。支座间距越大，上部结构质心与倾覆轴距离越大，相应的稳定效应也越大。

3. 弯桥桥墩设置一定的预偏心。考虑到弯桥的弯扭耦合作用，设计时应将桥墩向曲线外侧偏移一定距离，使曲线内外侧支座反力趋于均衡，避免内侧支座脱空。

4. 设置墩梁固结。适用于独柱且没有条件设置盖梁的桥墩。

3 桥墩预制装配发展趋势

在进行桥墩设计与施工时，传统的现场浇筑施工手段存在着技术落后、施工效率低等弊端，还会对生态环境、市民生活和城市交通造成影响。2016年2月，《中共中央国务院关于进一步加强城市规划建设管理工作的若干意见》提出大力推广装配式建筑，减少建筑垃圾和扬尘污染，缩短建造工期，提升工程质量，制定装配式建筑设计、施工和验收规范。为了更好地推广和应用桥墩预制装配技术，全国各地相继出台相关规范和技术规程等地方标准。其中上海市《预制拼装桥墩技术规程》、山东省《城市轨道交通桥墩预制拼装技术规程》和吉林省《装配式混凝土桥墩技术标准》是较早出台的一批桥墩预制拼装技术规程。近两年，天津市发布了《预制拼装桥墩设计规程》征求意见稿，浙江省出台了《预制拼装桥墩设计与施工技术规范》。

随着桥墩预制装配技术的应用越来越广泛，经验积累越来越丰富，在未来的桥梁建设中一定能实现全装配化，从而减少桥梁建设领域的碳排放量，实现“十四五”期间碳排放控制目标，助力我国经济社会可持续发展。

4 结论

城市立交桥桥墩设计需要考虑的因素包括强度、景观和抗倾覆。

桥墩强度设计需要严格执行相关桥梁规范和标准，并注意高墩的三维尺寸设计，确保桥墩长细比不超出强度设计范围。

桥墩景观设计包括墩高、墩厚、造型和色彩等方面的精细化设计。

桥墩抗倾覆设计应避免独柱单支座，拉大墩顶支座间距，设置桥墩预偏心和墩梁固结。

桥墩预制装配技术已发布多个地方性标准，为设计工作提供了有力的技术支撑。

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