試析橋梁的下部結(jié)構(gòu)設(shè)計

唐俊龍

（湖南　長沙　410000）

試析橋梁的下部結(jié)構(gòu)設(shè)計

唐俊龍

（湖南長沙410000）

作為橋梁整體的重要組成部分，橋梁下部結(jié)構(gòu)選型與設(shè)計工作的到位與否，直接影響著整個橋梁工程的質(zhì)量、造價、建設(shè)周期以及后期使用。為了確保橋梁安全、穩(wěn)定，并能充分保障通行車輛與人員安全，達(dá)到節(jié)約建設(shè)資金的目的，必須恰當(dāng)選擇橋梁下部結(jié)構(gòu)形式，合理設(shè)計橋梁下部結(jié)構(gòu)。本文簡單概敘了下部結(jié)構(gòu)，并簡要分析了橋臺、橋墩的結(jié)構(gòu)選型與結(jié)構(gòu)設(shè)計，以供同仁參考。

橋梁；下部；結(jié)構(gòu)設(shè)計

引言

橋梁的下部結(jié)構(gòu)與橋梁整體的質(zhì)量安全、成本、施工期限和使用情況密不可分。最近幾年，常常發(fā)生橋面裂開事件，這就是由于使用分離式下部結(jié)構(gòu)時，沉降不均勻造成的。所以橋梁下部結(jié)構(gòu)的設(shè)計現(xiàn)在受到越來越多的關(guān)注與考慮。在整個橋梁的設(shè)計過程中，下部結(jié)構(gòu)的設(shè)計對橋梁的整體設(shè)計有著較大的影響，下部結(jié)構(gòu)的選型，關(guān)系到橋梁的整體外形是否比較統(tǒng)一，外形是否比較美觀。橋梁的下部結(jié)構(gòu)在設(shè)計時要考慮多個方面：安全性、經(jīng)濟性、施工要求、工程期限、外形美觀、交通要求、后期維護(hù)工作等。

1　橋梁下部結(jié)構(gòu)選用類型

所謂下部結(jié)構(gòu)，是指支撐橋梁上部結(jié)構(gòu)并將其荷載傳遞至地基的橋墩、橋臺以及基礎(chǔ)的總稱，其目的在于實現(xiàn)共同受力。在設(shè)計橋梁下部結(jié)構(gòu)時，必須綜合考慮結(jié)構(gòu)受力、地質(zhì)結(jié)構(gòu)與條件、水文流速以及河床性質(zhì)等諸多因素對橋梁的影響力。一般橋梁下部結(jié)構(gòu)選用主要考慮以下幾個方面：

1.1橋臺結(jié)構(gòu)形式

一般而言，在實際設(shè)計過程中橋臺多采用輕型橋臺、埋置式橋臺以及鋼筋混凝土薄壁橋臺三種構(gòu)造形式，其各自特點及適用范圍見表1。

1.2橋墩結(jié)構(gòu)形式

一般而言，橋墩主要分為重力式橋墩與輕型橋墩，其各自特點如表2所示。

1.3注意事項

①如果河流的填土比較低，且河流流域比較窄，這種情況下，為了降低成本，縮短橋的長度，就可以在離河較近的地區(qū)使用鋼筋混凝土制成的薄壁墩臺，并且在墩臺下面放置支撐物，讓整個橋梁成為一個框架，保持它的穩(wěn)定性。②對于柔性排架式墩臺，采用預(yù)制樁打入的墩臺基樁處理方式比較合理。③埋置式樁柱式橋臺是將橋臺埋在岸上的錐子形狀的護(hù)坡里，這種橋臺分為單排樁式和雙排樁式，采用該型式橋臺，為保證路基穩(wěn)定性，不能過多地壓縮橋長。④柱子形狀的橋墩適應(yīng)性好，有利于施工，它是地質(zhì)基礎(chǔ)較軟時最適用的一種樁基，常見的有兩種：a.帶蓋梁單排樁柱式橋墩，一般用于簡支梁橋；b.不帶蓋梁獨柱式橋墩或排柱式橋墩，用于連續(xù)現(xiàn)澆箱梁。⑤在選擇墩臺時需要注意以下問題：a.在選用墩臺時，應(yīng)該盡量減少樁根的數(shù)量，以減少因為軟基位移而造成的影響，最終達(dá)到建造效果，也能盡量控制成本。b.如果樁柱底部接近基巖的話，那么橋梁的承載能力也就接近設(shè)計的要求了，在這種情況下，就無須繼續(xù)深入了。但當(dāng)承載力不足時，應(yīng)考慮改用摩擦樁代替巖柱樁。

表1　橋臺結(jié)構(gòu)形式分析

表2　鉆孔灌注樁施工存在問題分析

2　橋梁下部結(jié)構(gòu)的設(shè)計

在設(shè)計橋梁下部結(jié)構(gòu)時，設(shè)計人員一定要從實際出發(fā)的原則，實地考察地址、地貌情況，兼顧到橋梁的施工的難易度，不僅要保障橋梁的質(zhì)量還要注意節(jié)約工程造價，減少工期，同時也能兼顧到美觀。

2.1橋墩的設(shè)計

在設(shè)計橋高低于40m的橋梁時，往往使用柱式橋墩與Y型薄壁墩。柱式橋墩主要是由圓柱墩與方柱墩組成，這兩種橋墩在平原地區(qū)比較多見。從外觀的角度來說，方柱墩可以協(xié)調(diào)上部結(jié)構(gòu)與下部結(jié)構(gòu)，使之較為統(tǒng)一，看起來比較美觀，且從受力角度來看，方柱墩的抗彎剛度要遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于圓柱墩。Y型薄壁墩在實際應(yīng)用時主要是以獨柱雙支座的形式出現(xiàn)的，它的施工難度較大，較為復(fù)雜，但其外形美觀。Y型薄壁墩在地形陡峭的山區(qū)運用較多，因為在其建造過程中，施工隊伍只需要搭建一個支架，準(zhǔn)備一套末端就可以建成，在山區(qū)有著非常便利的優(yōu)勢。橋墩的選擇具體如何還是需要根據(jù)實際的環(huán)境條件分析，再由設(shè)計人員設(shè)計選擇。

2.2高墩的設(shè)計

對于大于50m的橋墩我們不僅僅考慮強度，還需進(jìn)行穩(wěn)定性的計算。因為《公路鋼筋混凝土及預(yù)應(yīng)力混凝土橋涵設(shè)計規(guī)范》中有關(guān)偏心受壓柱的說明指出了：當(dāng)10/h＞30時，構(gòu)件就從材料的損壞變成了穩(wěn)定性的損壞。在這個條件中，10指的是受壓柱的有效長度，在0.5～2這個范圍間，橋墩的高度有變動的話，應(yīng)該怎么選取是和橋梁的上部結(jié)構(gòu)的重量、具體施工狀況和上部構(gòu)造與橋墩的鏈接有關(guān)系的。橋墩的厚度在2m以上的時候，成本就會增加，所以，在橋墩的類型選擇上，空心墩比實體的更具優(yōu)勢。但使用空心橋墩也注意到：當(dāng)橋墩的高度大于65m時，那么橋梁就需要適度的放坡，以確定橋梁的安全穩(wěn)定，同時對建筑材料卻會造成較大的浪費。

2.3橋墩與路幅

我國現(xiàn)如今大力開發(fā)西部地區(qū)高速公路的建設(shè)，設(shè)計者眼光也是展望的更為長遠(yuǎn)，對于山區(qū)的高速公路的選址，路線會更注重減少對土地的侵占已達(dá)到不破壞當(dāng)?shù)厣鷳B(tài)環(huán)境的目的，所以選擇整體式路基較為普遍，但當(dāng)遇到隧道時，分離式路基才會被采用。在設(shè)計整體式路基的橋梁時，一般選用雙幅橋，雙幅橋的下部結(jié)構(gòu)按照分幅來單獨進(jìn)行設(shè)計。而橋墩高的長橋，一般選用雙幅兩柱的整體式路基。比起雙幅四柱，雙幅兩柱可以減少施工工作量。

2.4橋臺的設(shè)計

對橋臺進(jìn)行設(shè)計的時候，上文提到的埋置式橋臺為重力式橋臺其中的一種類型?，F(xiàn)我國橋梁設(shè)計中大多采用到的為重力式U型臺和埋置式肋板臺。設(shè)計重力式U型臺的時候需要將地理狀況等因素考慮在內(nèi)，其設(shè)計高度應(yīng)該維持在10m范圍，且翼墻尾端上部伸入路堤不小于0.75m，填土高度不應(yīng)大于5m。埋置式肋板臺的應(yīng)用更為廣泛，但是填土高度應(yīng)該低于10m。且群樁肋板式橋臺能夠承受的水平荷載很大，并且其水平可抗剛度也較強，因此在軟土以及山區(qū)建造橋梁時經(jīng)常被采用。

3　結(jié)束語

總的說來，在橋梁的整個施工過程中，下部結(jié)構(gòu)的設(shè)計與選型對于橋梁的質(zhì)量安全、經(jīng)濟建設(shè)具有重要作用。為了提升橋梁運行的安全性、可靠性及耐久性，廣大橋梁設(shè)計人員不僅要充分掌握橋梁的設(shè)計理念、計算方法以及工藝流程，還應(yīng)具備一定的地理、地質(zhì)基礎(chǔ)知識。設(shè)計出更為科學(xué)、合理、可行、實用的方案的同時還得加大自我創(chuàng)新意識，從而推動我國橋梁工程建設(shè)的順利、快速發(fā)展，使中國橋梁迅速趕上發(fā)達(dá)國家的最先進(jìn)水平。

[1]羅余良.討論橋梁下部結(jié)構(gòu)的選型及設(shè)計[J].河南建材，2010（1）：126～ 127.

[2]史國良.淺談橋梁下部結(jié)構(gòu)的選型及設(shè)計[J].黑龍江交通科技，2007，33（3）：58～59.

[3]于鵬.探討橋梁下部結(jié)構(gòu)的設(shè)計及施工[J].黑龍江交通科技，2013（6）：139.

[4]宋述評，張世友.淺談重力式橋臺[J].黑龍江交通科技，2010（12）：81.

U442.5

A

1673-0038（2015）08-0026-02

2015-2-1

唐俊龍（1988-），男，本科，主要從事項目施工技術(shù)及合約管理工作。