關(guān)于橋梁下部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的討論

文/蘆可琪、傅國(guó)寧 中國(guó)聯(lián)合工程公司 浙江杭州 310052

關(guān)于橋梁下部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的討論

文/蘆可琪、傅國(guó)寧 中國(guó)聯(lián)合工程公司 浙江杭州 310052

橋梁工程下部結(jié)構(gòu)是整個(gè)工程的基礎(chǔ)，要保證橋梁工程的設(shè)計(jì)質(zhì)量就要做好橋梁工程下部結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)工作。本文從橋梁下部結(jié)構(gòu)型式選用、橋梁下部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要點(diǎn)以及下部結(jié)構(gòu)內(nèi)力計(jì)算三個(gè)方面來(lái)對(duì)橋梁下部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)進(jìn)行討論。

橋梁；下部結(jié)構(gòu)；設(shè)計(jì)

隨著交通行業(yè)的不斷發(fā)展，一座座常規(guī)橋梁、非常規(guī)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(xiàn)，橋梁下部結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)對(duì)裝個(gè)橋梁工程有著很重要的影響。結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的是否合理，直接影響橋梁的造價(jià)、工程質(zhì)量、建筑工期以及使用狀況。

1、橋梁下部結(jié)構(gòu)型式選用

1.1 鋼筋混凝土薄壁墩臺(tái)

在填土較低以及河床較窄的情況下，為了縮短橋長(zhǎng)、節(jié)約成本，不使臺(tái)前錐坡壓縮河床，可使用離河較近墩臺(tái)身直立的樁基薄壁墩臺(tái)，并設(shè)置支撐梁在墩臺(tái)下面，整個(gè)橋梁組成框架結(jié)構(gòu)系統(tǒng)，同時(shí)利用兩端臺(tái)后的被動(dòng)土壓力來(lái)維持穩(wěn)定。

1.2 埋置式樁柱式橋臺(tái)

該型式橋臺(tái)設(shè)于岸上臺(tái)身埋入錐形護(hù)坡中，有單排樁柱式與雙排樁框架式兩種。采用該型式橋臺(tái)，為保證路基穩(wěn)定性，不能過(guò)多地壓縮橋長(zhǎng)，不少工程對(duì)此有深刻的教訓(xùn)。

1.3 柱式橋墩

本型式橋墩有施工的簡(jiǎn)便性和較廣的適應(yīng)性，在軟基中是很好的選擇型式。分為：（1）帶蓋梁?jiǎn)闻艠吨綐蚨?，一般用于?jiǎn)支梁橋；（2）不帶蓋梁獨(dú)柱式橋墩或排柱式橋墩，用于連續(xù)現(xiàn)澆箱梁。

在選用墩臺(tái)的時(shí)候，要考慮如下兩方面：

①為了降低結(jié)構(gòu)受到軟基位移的影響，在最大程度上縮減超靜定個(gè)數(shù)，適當(dāng)?shù)販p少樁根數(shù)，同時(shí)加大樁距。②在樁底同基層表面相近時(shí)，承載力與設(shè)計(jì)規(guī)定接近，就不需要再伸入基巖；如果沒(méi)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(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要點(diǎn)

2.1 橋墩的設(shè)計(jì)

對(duì)于高度不超過(guò)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(dú)柱雙支座橋梁墩型結(jié)構(gòu)，可被應(yīng)用于平原橋梁項(xiàng)目以及山區(qū)橋梁項(xiàng)目中，Y型薄壁墩雖然能夠提升橋梁的美觀(guān)度，但也會(huì)導(dǎo)致施工難度大大增加。Y型薄壁墩結(jié)構(gòu)主要應(yīng)用于高橋墩形式中，若是將Y型薄壁墩結(jié)構(gòu)應(yīng)用于矮橋墩之中，不僅會(huì)降低橋梁的美觀(guān)性，同時(shí)還會(huì)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(guān)質(zhì)量角度上分析，使用圓柱橋墩的作業(yè)施工難度要遠(yuǎn)小于方柱橋墩，同時(shí)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(qū)橋梁施工經(jīng)常使用的一種設(shè)計(jì)方式；從美觀(guān)角度上來(lái)看，相比于圓柱，方柱具有更強(qiáng)的美觀(guān)性，同時(shí)可以與上構(gòu)梁體協(xié)調(diào)配合；從受力角度上來(lái)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(shí)受力弱于方柱。

2.2 橋墩以及路幅的設(shè)計(jì)

對(duì)于修建于山區(qū)地帶的橋梁來(lái)說(shuō)，整體式路基是其主要的路基形式。同時(shí)雙幅橋也是山區(qū)地帶橋梁項(xiàng)目常選用的設(shè)計(jì)方式之一。在開(kāi)展雙幅橋橋梁下部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)工作時(shí)，一般需要開(kāi)展單獨(dú)、分幅設(shè)計(jì)，即為雙幅四柱。如果橋梁的長(zhǎng)度較大，同時(shí)橋墩相對(duì)較高時(shí)，需考慮采取雙幅兩柱這一常見(jiàn)的整體式路基形式。但總體來(lái)說(shuō)，在橋墩的選擇上，仍需設(shè)計(jì)人員綜合考慮山區(qū)的實(shí)際地理環(huán)境來(lái)選擇合適的橋墩。

2.3 橋臺(tái)的設(shè)計(jì)

一般來(lái)說(shuō)，建設(shè)于山地的橋梁項(xiàng)目往往會(huì)選擇使用U型臺(tái)作為其橋臺(tái)。設(shè)計(jì)人員在設(shè)計(jì)使用U型臺(tái)時(shí)，需要對(duì)U型臺(tái)高度進(jìn)行嚴(yán)格的控制，要求其落差不得超過(guò)10m，另外臺(tái)后填土高度不得超過(guò)5m，聯(lián)長(zhǎng)高度不得超過(guò)150m，埋置式肋板臺(tái)高度不得超過(guò)12m。

2.4 下部結(jié)構(gòu)配筋設(shè)計(jì)

(1)蓋梁配筋設(shè)計(jì)

①等截面連續(xù)梁可以用極限法，但不能完全套用，負(fù)彎矩處需留有富余。②變截面連續(xù)蓋梁只能使用容許應(yīng)力法。③蓋梁的抗彎配筋，兩種方法均不控制設(shè)計(jì)，主要由裂縫寬度控制。④抗剪設(shè)計(jì)，兩種方法都對(duì)混凝土與箍筋承擔(dān)剪力比例作了明確規(guī)定。這樣梁體往往需要設(shè)置大量斜剪力筋給梁內(nèi)布筋帶來(lái)困難，配筋時(shí)可以通過(guò)多設(shè)箍筋，讓混凝土與箍筋承擔(dān)更多的比例，使配筋自由度大一點(diǎn)。⑤蓋梁配筋要注意“強(qiáng)剪弱彎”，大部分梁體破壞是由剪力不足造成的，對(duì)抗彎筋滿(mǎn)足要求即可，而抗剪筋一般留有富余。⑥施工階段應(yīng)力計(jì)算多用容許應(yīng)力法。

(2)樁筋及樁長(zhǎng)設(shè)計(jì)注意事項(xiàng)

①樁筋設(shè)計(jì)目前均采用極限法進(jìn)行樁體抗彎筋設(shè)計(jì)，這在規(guī)范中已有詳細(xì)公式。對(duì)樁體抗裂還沒(méi)有明確要求，目前說(shuō)法不一，有待進(jìn)一步研討。對(duì)于基樁各截面的配筋，從理論上講，應(yīng)根據(jù)樁內(nèi)彎矩包絡(luò)圖進(jìn)行計(jì)算布置。通常是根據(jù)最大彎矩處進(jìn)行配筋，從樁頂一直伸到最大彎矩一半處下一定錨固長(zhǎng)位置，減少一半配筋再一直伸至彎矩為零下一定錨固長(zhǎng)位置，再下為素混凝土段，對(duì)于軟基，樁主筋最好穿過(guò)軟土層。②樁長(zhǎng)設(shè)計(jì)樁長(zhǎng)計(jì)算不同于樁基配筋，仍采用容許應(yīng)力法，最大豎向力應(yīng)按容許應(yīng)力法要求計(jì)算，不需考慮極限荷載組合系數(shù)。

3、下部結(jié)構(gòu)內(nèi)力計(jì)算

3.1 蓋梁內(nèi)力計(jì)算

《墩臺(tái)設(shè)計(jì)手冊(cè)》中算例對(duì)墩臺(tái)內(nèi)力按下列方式計(jì)算；當(dāng)荷載對(duì)稱(chēng)布置時(shí)，按杠桿法計(jì)算，當(dāng)荷載偏心布置，按偏心壓力法計(jì)算，兩種布載狀況的內(nèi)力取大值控制設(shè)計(jì)。但這種算法僅為兩種布載狀況下的內(nèi)力計(jì)算，不是各截面最不利狀態(tài)的內(nèi)力計(jì)算，所算內(nèi)力存在著不安全因素。較適宜做法應(yīng)先得出各截內(nèi)力影響線(xiàn)，再對(duì)應(yīng)影響線(xiàn)用杠桿法及偏心法進(jìn)行最不利橫向布載，求出各截面內(nèi)力最大、最小值，然后根據(jù)內(nèi)力包絡(luò)圖進(jìn)行結(jié)構(gòu)配筋。

3.2 橋墩內(nèi)力計(jì)算

墩樁頂?shù)淖畲筘Q向力計(jì)算同上；墩樁頂水平力計(jì)算，運(yùn)用柔性墩理論中的集成剛度法，將橋面汽車(chē)制動(dòng)力及梁體混凝土收縮、徐變、溫差、地震產(chǎn)生的水平力在全聯(lián)墩臺(tái)進(jìn)行分配；最后根據(jù)不同組合的墩樁頂水平力、彎距及對(duì)應(yīng)樁頂豎向力進(jìn)行樁基各截面內(nèi)力計(jì)算。

3.3 橋臺(tái)內(nèi)力計(jì)算

(1) 鋼筋混凝土薄壁臺(tái)土壓力計(jì)算

軟土地基上帶基樁的薄壁臺(tái)土壓力計(jì)算要按承臺(tái)底面以下一定深度考慮。

(2) 埋置式橋臺(tái)土壓力計(jì)算

土壓力一般是以填土前原地面或沖刷線(xiàn)起算的，對(duì)較差土質(zhì)，需根據(jù)實(shí)際土質(zhì)驗(yàn)算，確定是否考慮地面以下臺(tái)后深層土對(duì)樁水平壓力的影響。臺(tái)后應(yīng)選用透水、強(qiáng)度高、穩(wěn)定性好的材料，否則滲水后摩擦角及粘結(jié)力下降，自重增加，臺(tái)實(shí)際受土壓力大于設(shè)計(jì)值，使橋臺(tái)失穩(wěn)。

(3) 搭板對(duì)土壓力影響

設(shè)搭板橋臺(tái)還應(yīng)考慮搭板作用后活載土壓力改變對(duì)橋臺(tái)有利的影響。

(4) 橋頭路基沉降、滑動(dòng)驗(yàn)算

①路基沉降過(guò)大：橋頭跳車(chē)，臺(tái)背和梁端過(guò)早損壞；加大豎向土壓力及負(fù)摩阻力，橋臺(tái)蓋梁開(kāi)裂及村莊琪不均勻下沉： 路面開(kāi)裂及路基滲水，促使路基失穩(wěn)。②路基滑動(dòng)： 導(dǎo)致橋臺(tái)嚴(yán)重破壞此時(shí)橋臺(tái)所承受水平土壓力已遠(yuǎn)大于正常計(jì)算，對(duì)于橋頭路基加寬或處于改河、填溝段或路基外不遠(yuǎn)有溝、河的，更要注意深層滑動(dòng)驗(yàn)算。上述兩項(xiàng)如不滿(mǎn)足要求，須采用切實(shí)可靠措施進(jìn)行處理。

綜上所述，橋梁工程項(xiàng)目建設(shè)中，其設(shè)計(jì)人員應(yīng)當(dāng)善于對(duì)相關(guān)的工程實(shí)際情況進(jìn)行總結(jié)，尤其針對(duì)其可能產(chǎn)生的問(wèn)題進(jìn)行分析與解決。不斷提升我國(guó)建筑工程施工質(zhì)量與水平。

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

[2]孫小龍.整體式橋臺(tái)橋梁受力性能研究[D].哈爾濱：東北林業(yè)大學(xué)，2014.