橋梁下部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與施工探討

繆學(xué)勇

（蘭州有色冶金設(shè)計(jì)研究院有限公司，甘肅 蘭州 730000）

1 橋梁下部結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)類型

1.1 樁基礎(chǔ)

樁基礎(chǔ)是指很多根打入土中的樁和連接樁頂?shù)某信_(tái)形成的基礎(chǔ)，外力通過承臺(tái)向各個(gè)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(chǔ)屬于深基礎(chǔ)的一部分。

1.2 沉井基礎(chǔ)

沉井基礎(chǔ)也是一種深基礎(chǔ)類型，具有較大的剛性和穩(wěn)定性。對(duì)比樁基，沉井基礎(chǔ)在荷載作用下可以達(dá)到顯著的抗震性能。如果橋梁對(duì)基礎(chǔ)承載力要求較高，并對(duì)基礎(chǔ)變位比較敏感，就可以利用沉井基礎(chǔ)。

1.3 預(yù)制樁基礎(chǔ)

預(yù)制樁基礎(chǔ)是主要用于橋梁的一種深基礎(chǔ)，管柱外形類似管樁，其區(qū)別在于：管柱一般直徑較大，最下端一節(jié)制成開口狀，在一般情況下，靠專門設(shè)備強(qiáng)迫振動(dòng)或扭動(dòng)，并輔以管內(nèi)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(jī)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(qiáng)迫下沉，其壁較薄。

2 橋梁下部結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)

2.1 橋臺(tái)構(gòu)造

2.1.1 橋臺(tái)構(gòu)造的樣式

①輕型橋臺(tái)。針對(duì)小跨度的橋梁，主要是利用輕型橋臺(tái)，共同使用小型橋墩，孔數(shù)通常在3個(gè)以內(nèi)，橋梁整體長(zhǎng)度控制在20m以內(nèi)，單孔跨度在13m以內(nèi)。橋臺(tái)臺(tái)身是豎直的，整體墻面厚度較小，在兩側(cè)可以設(shè)置擋土墻面。在橋臺(tái)下邊可以利用鋼筋混凝土材料設(shè)置支撐梁，上面的構(gòu)造可以連接錨栓和橋臺(tái)，因此，建立四鉸框架構(gòu)架體系的同時(shí)可以承受兩邊臺(tái)面的土壓力，可以維持整個(gè)系統(tǒng)的恒定性。

②埋置式橋臺(tái)。埋置式橋臺(tái)是指在錐形護(hù)坡立面埋入臺(tái)身，可分為單排和雙排兩種樁式。利用這種橋臺(tái)可以降低土壓力、減小臺(tái)身體積，但埋置式橋臺(tái)也有不足之處，如利用片石和混凝土等保護(hù)臺(tái)身很容易被洪水沖毀，最終在外暴露臺(tái)面。在設(shè)計(jì)階段需要保障坡面強(qiáng)度，通過保障計(jì)算結(jié)果的精確性，才可以有序開展施工。如果橋臺(tái)路基填土高度≥5m，可以結(jié)合梁式上部構(gòu)造埋置式橋頭共同應(yīng)用。

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

2.1.2 橋臺(tái)構(gòu)造的設(shè)計(jì)

在橋臺(tái)設(shè)計(jì)階段，很多橋梁利用重力式U型臺(tái)、柱式臺(tái)、肋板臺(tái)等。利用重力式U型臺(tái)的過程中，設(shè)計(jì)人員應(yīng)綜合考慮地理因素，U型臺(tái)高度控制在10m以內(nèi)。如果臺(tái)面填土數(shù)量較多或連接長(zhǎng)度較長(zhǎng)并超過了規(guī)定值，不能選用重力式U型臺(tái)，連接長(zhǎng)度要控制在150m以內(nèi)，后面臺(tái)面填土高度控制在5m范圍內(nèi)。當(dāng)前，雖然廣泛利用埋置式肋板臺(tái)，但要保證高度在12m以內(nèi)。此外，肋板式橋臺(tái)承載力較大，具有很強(qiáng)的水平剛度，因此，在軟土地基和山區(qū)的橋梁工程中經(jīng)常利用肋板式橋臺(tái)。

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(jié)構(gòu)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(shí)，可以保證施工便利性，維持整體結(jié)構(gòu)的堅(jiān)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?yàn)橹亓κ綐蚨胀ǔＪ菍?shí)體結(jié)構(gòu)，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(huì)產(chǎn)生較多的圬工量，因?yàn)榛A(chǔ)工作量比較輕，可以快速完成施工任務(wù)，有利于提高整體施工效率。輕型橋墩的構(gòu)造包括構(gòu)造式橋墩、空心橋墩、樁柱式橋墩和薄壁式橋墩等。構(gòu)造式橋墩利用地基面積比較小，應(yīng)用范圍較廣?？招臉蚨张c重力式橋墩的外表相似，實(shí)心橋墩立面是空的，通過連接預(yù)制零件共同建設(shè)，也可以在施工現(xiàn)場(chǎng)直接澆筑混凝土。薄壁式橋墩在施工中利用橋跨結(jié)構(gòu)通過鉸連接柔性橋墩和鄰近的剛性橋墩，形成跨超靜定結(jié)構(gòu)，利用橋墩承擔(dān)整體結(jié)構(gòu)的縱向力和水平力，優(yōu)化柔性橋墩受力性。

2.2.2 橋墩結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)

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(jiǎn)單，因此，在平原地區(qū)廣泛應(yīng)用；方柱存在棱角，可以提高整體結(jié)構(gòu)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(qiáng)，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(qū)施工，橋梁橫坡比較陡峭，將會(huì)增加工程量和挖方量。在設(shè)計(jì)橋墩的過程中，設(shè)計(jì)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(yōu)勢(shì)，但施工過程比較復(fù)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(qū)橋梁建設(shè)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(guān)系

山區(qū)高速公路有整體式路基，也有分離式路基，道路更加關(guān)注環(huán)保和削減占地，因此，更多地區(qū)選用整體式路基設(shè)計(jì)模式，在中長(zhǎng)地道等選用分離式路基。整體式路基的雙幅度橋下構(gòu)通常根據(jù)分幅獨(dú)自完成設(shè)計(jì)，呈現(xiàn)出雙幅四柱。高墩長(zhǎng)橋的整體式下構(gòu)適合利用雙幅兩柱。對(duì)比雙幅四柱形式，如果橋墩截面積和橫向?qū)挾群侠?，那么，整體式下構(gòu)橫向和縱向剛度應(yīng)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(dāng)整體式下構(gòu)帽梁跨度比較大時(shí)，綜合考慮車輛雙向行進(jìn)階段的扭矩影響，需要設(shè)置堅(jiān)實(shí)帽梁。要求設(shè)計(jì)人員綜合考慮地質(zhì)條件、墩高、水文等因素，確定是否利用整體式下構(gòu)或分幅下構(gòu)。

2.3 下部結(jié)構(gòu)配筋的設(shè)計(jì)

蓋梁配筋需要采取科學(xué)的計(jì)算方法，設(shè)計(jì)人員應(yīng)詳細(xì)掌握橋梁結(jié)構(gòu)布局，設(shè)計(jì)出科學(xué)的配筋方案。蓋梁結(jié)構(gòu)在配筋設(shè)計(jì)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(hào)等。例如，在蓋梁抗剪設(shè)計(jì)中，要明確規(guī)定混凝土和箍筋承擔(dān)剪力的比例，保障各個(gè)結(jié)構(gòu)受力的均衡性。樁基各個(gè)截面的配筋需要根據(jù)樁內(nèi)彎矩包絡(luò)圖完成計(jì)算布置。軟基需要在軟土層中穿過樁主筋。如果樁基發(fā)生變形，需要計(jì)算綜合樁基特征和受力條件，利用整體體系綜合設(shè)計(jì)樁的受力模式。

3 橋梁下部結(jié)構(gòu)施工要點(diǎn)

3.1 橋臺(tái)施工

3.1.1 基坑開挖

完成基坑測(cè)量后，可以綜合利用人工開挖和機(jī)械開挖，工作人員可利用機(jī)械設(shè)備開挖基坑，預(yù)留一段距離。為了避免擾動(dòng)地基結(jié)構(gòu)，保證土基的承載力，可以采用人工開挖方式繼續(xù)開挖基坑。在橋梁下部結(jié)構(gòu)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(shí)清理雜物，落實(shí)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(tái)施工中應(yīng)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(shí)，減少澆筑時(shí)間，在短期內(nèi)快速完成澆筑任務(wù)，提高澆筑過程的連續(xù)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(tái)施工過程中，施工單位要根據(jù)施工要求選擇鋼筋，按照設(shè)計(jì)方案安裝鋼筋。在安裝鋼筋的過程中，施工單位要注意錯(cuò)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(nèi)。在搭接鋼筋之前，施工人員需向一側(cè)彎折鋼筋搭接端，統(tǒng)一鋼筋接合軸線。鋼筋綁扎工作完成后，施工單位要根據(jù)設(shè)計(jì)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(yán)格控制保護(hù)層厚度。

3.2 臺(tái)身建造

在臺(tái)身混凝土施工中，施工單位需根據(jù)設(shè)計(jì)圖紙標(biāo)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(shè)臺(tái)身模板。目前，臺(tái)身模板主要是利用大體積鋼模，在實(shí)際施工前需要提前清理模板內(nèi)表面，同時(shí)，選擇有針對(duì)性的預(yù)防措施，保證混凝土外表面質(zhì)量。施工單位要利用雙面膠粘合模板，避免發(fā)生漏漿問題，同時(shí)，利用鋼管架支持外表。如果臺(tái)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(shè)拉桿錨固鋼筋。施工單位需集中攪拌混凝土，用專用車運(yùn)輸?shù)焦ぷ鞯攸c(diǎn)，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(diào)配混凝土澆筑過程，保證振搗的密實(shí)度，澆灌完成后需鑿毛處理，提高后續(xù)施工的便利性，保證混凝土結(jié)構(gòu)的一體化。待混凝土凝固后，立即開展養(yǎng)護(hù)工作，養(yǎng)護(hù)工作需維持7d以上。

4 橋梁下部結(jié)構(gòu)現(xiàn)場(chǎng)安全施工管理措施

4.1 施工組織與技術(shù)準(zhǔn)備

施工單位應(yīng)建立領(lǐng)導(dǎo)小組，并安排專業(yè)的安全員，同時(shí)，制定有針對(duì)性的安全措施，定期分析橋梁下部結(jié)構(gòu)安全施工形勢(shì)，及時(shí)解決橋梁下部結(jié)構(gòu)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(shù)要求和質(zhì)量驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)，尤其要強(qiáng)制性地學(xué)習(xí)相關(guān)規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)規(guī)程，梳理強(qiáng)制性的條文等，對(duì)于橋梁下部結(jié)構(gòu)施工提供指導(dǎo)。開展方案交底和分項(xiàng)技術(shù)交底工作，培訓(xùn)特殊操作工種。

4.2 安全施工措施

在施工現(xiàn)場(chǎng)，施工人員要統(tǒng)一佩戴安全帽，高空作業(yè)需嚴(yán)格安裝防護(hù)措施，同時(shí)，利用護(hù)欄模式，如果施工條件不合理，施工單位要利用安全帶、防護(hù)網(wǎng)等防護(hù)措施。在高空作業(yè)中，施工單位要在平臺(tái)四周設(shè)置護(hù)欄，保證連接的牢固性，同時(shí)，設(shè)置移動(dòng)平面和制動(dòng)設(shè)備。此外，需要保證防護(hù)網(wǎng)強(qiáng)度，避免發(fā)生墜落事故。規(guī)避在大風(fēng)天氣下開展高空作業(yè)。

4.3 文明施工措施

施工單位應(yīng)利用征地內(nèi)的建設(shè)用地，不能侵占耕地，完成施工任務(wù)后可以繼續(xù)復(fù)耕和造地。在橋梁下部結(jié)構(gòu)施工中，需要防護(hù)水資源，避免改變水資源的流向和流量。如果橋梁下部結(jié)構(gòu)施工改變了匯水狀態(tài)，可以采用集中排水方式，根據(jù)設(shè)計(jì)的排水系統(tǒng)施工，防止水土流失。

5 質(zhì)量通病的預(yù)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(yán)密性，避免發(fā)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(shí)度，嚴(yán)格控制拆模時(shí)間。

5.2 離析

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

6 結(jié)語(yǔ)

在橋梁工程施工中，橋梁下部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與施工發(fā)揮著重要作用。因此，需要保證橋梁下部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)科學(xué)合理以及施工質(zhì)量，嚴(yán)格按照設(shè)計(jì)方案開展施工，提高橋梁下部結(jié)構(gòu)施工質(zhì)量，保證整體工程質(zhì)量，促進(jìn)橋梁事業(yè)發(fā)展。