维普资讯 http://www.cqvip.com ２００７年第３期 黑龙江交通科技 Ｎｏ．３，２００７ （总第１５７期） ＨＥＬＬＯＮＧｄｌＡＮＧ ｄｌＡＯＴＯＮＧ ＫＥＪＩ （Ｓｕｍ Ｎｏ．１５７） 浅谈桥梁下部结构的选型及设计 史国良 （青海省公路局） 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 中圈分类号：ｕ４４２．５ 文献标识码：Ｃ 文章编号：１００８—３３８３（２００７）０３—００５８—０２ １桥台结构型式选用 两种形式。前者墩身重量较轻，可节约圬工材料，适用于地 １．１轻型桥台 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 轻型桥台的特点是，台身体积较小，台身为直立的薄壁 构桥上（多用于互通式立交的跨线桥上）。 墙，台身两侧设有翼墙（用于挡土），可以将侧墙做成斜坡。 ２．４选用墩台时的注意事项 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 （１）为了减少软基位移对结构的影响，尽可能减少超静 锚栓连接，构成四铰框架结构系统，并借助两端台后的土压 定个数，适当加大桩间距，减少桩的根数。 力来保持稳定。这种桥台适用于小跨径桥梁，桥跨孔数与轻 （２）软土地基的桥梁，由于软土的变形对构造物的危害 型桥墩配合使用时不宜超过三孔，且桥梁全长不宜大于 极大且难以预料，尤其是蠕动变形对结构的危害是致命的， ２０ ｍ，单孔跨径不宜大于１３ ｍ。 直接影响到结构的耐久性。对可能对构造物产生不利影响 １．２钢筋混凝土薄壁桥台 的区域，应根据软土的物理力学指标、软土厚度，进行相应的 薄壁轻型桥台常用的形式有悬臂式、扶壁式、撑墙式、及 软基处理，以避免软土的水平向变形对桩基产生附加水平 箱式等。这种桥台是由带扶壁的前墙和侧墙以及水平底板 力，并消除蠕动隐患。 构成。挡土墙由前墙和间距为２．５—３．５ ｍ的扶壁组成。台 （３）软土地基由于强度低、易变形，桩基的最大弯矩点 顶由竖直小墙和支于扶壁上的水平板构成，用于支承桥跨结 和弯矩零点可能因受到各种不可预见因素的影响而变化。 构。相对于重力式桥台而言，可减少圬工体积４０％一５０％， 桩基设计除了在承载力上留有余地外，桩基受弯剪的范围也 同时因自重减轻而减少了对地基的压应力，适用于软土地 应考虑留有更大的余地，一般在软土层内不应减少桩基的配 基，但其构造和施工均较复杂，且用钢量较多。 筋量，更不能在该区段设置素混凝土桩。 １．３埋置式桥台 （４）处于软土地质条件下的跨河桥梁，桥台应尽量远离 埋置式桥台常用形式为肋板式桥台、桩柱式桥台和框架 陡边坡河岸，这样可以消除台前凌空面，减少了由于靠河岸 式桥台。是将台身埋在锥形护坡中，这样桥台所受的土压力 一侧凌空面与台后的土压力差对桩基产生的不利影响。相 大为减小，桥台的体积也就得到相应减小。但是由于台前护 对靠近陡边坡河岸设置短桥而言，长桥有较大的台前土体压 坡是用片石（或混凝土）作表面防护的一种永久性设施，存 力，对台后填土起到了反压护道的作用，避免了土体变形对 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 桩基产生附加力，减少了蠕动变形发生的可能性，在结构可 度和稳定性验算。埋置式桥台可用于路基填土高度在５ １１１ 靠度方面有明显优势，同时削弱了桥头跳车现象。 以上的桥台，并与跨径为１６ ｍ和２０ ｍ的梁（板）式上部结构 （５）在桥台结构的选择上，宜采用抗水平荷载能力强的 配合应用。 桥台形式。柱式桥台水平抗推刚度较小，在水平力作用下变 ２桥墩结构型式选用 形较大，在深软土地质条件下不宜采用。即使桥台附近的软 ２．１柱式桥墩 土进行了改善土体特性的软基处理，由于软基处理可靠度以 （１）带盖梁单排桩柱式桥墩是用能承受弯矩的盖梁来 及时效等方面的原因，也难以保证桩基不承受土体附加力， 代替实体式桥墩上的墩帽，当采用群桩基础时，需在桩顶设 柱式桥台的使用仍应慎重。群桩基础肋板式桥台水平抗推 置承台，使各桩共同受力，并通过它使柱与桩相连（一般适 刚度较大，抵抗水平荷载的能力较强，在软土地质上被广泛 用于简支梁桥或先简支后连续的连续梁桥）； 应用，效果较好。 （２）不带盖梁独柱式桥墩或排柱式桥墩（一般适用于连 ３下部结构设计计算 续现浇箱梁）。 为了减少软土地基位移对超静定结构的影响，上部结构 ２．２重力式实体桥墩 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 靠自身恒载（包括桥垮结构恒载）来平衡外力（偏心力 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 矩）和保证桥墩的稳定（抗倾覆稳定和抗滑稳定）。因此圬 力计算方法的选择是否正确，考虑因素是否全面，直接关系 工体积较大，阻水面积增大，抗冲击力较差，不宜用在流速大 到整个工程的造价及安全，为此在下部结构的设计过程中， 并挟有大量泥沙的河流。对地基承载力的要求高，墩身多做 一般进行下列计算。 成实体式的，不配钢筋，多用块石或片石混凝土砌筑。 ３．１盖梁内力计算 ２．３钢筋混凝土薄壁墩 （１）当荷载对称布置时，按照杠杆法进行计算； 钢筋混凝土薄壁墩又可分为单肢薄壁墩和双肢薄壁墩 （２）当荷载偏心布置时，按照偏心受压进行计算，两种 ・５８・ 维普资讯 http://www.cqvip.com 第３期 浅谈桥梁下部结构的选型及设计 总第１５７期 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。内力计算的正确方法应该 先画出截面内力影响线，再对影响线用杠杆法及偏心法进行 最不利横向布载，求出各截面内力最大、最小值，根据内力包 络图进行结构配筋。盖梁的抗弯配筋主要由裂缝宽度控制。 剪力设计对混凝土与箍筋承担剪力比例作了明确规定，这样 梁体往往需要设置大量斜剪力钢筋，给梁内布筋带来困难， 配筋时经常通过多设箍筋，让混凝土与箍筋承担更多比例的 剪力，使配筋自由度更大。盖梁配筋要注意“强剪弱弯”，大 部分梁体的破坏是由于剪力不足造成的，对抗弯钢筋满足要 （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。台后一定要选用透水、强 度高、稳定性好的材料，否则渗水后摩擦角及粘结力下降，自 重增加，台后实际受土压力远远大于设计值，使桥台产生滑 移、失稳。 （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 求即可，但对抗剪钢筋一般留有富余，这样偏于安全。 沟段或路基外不远处有沟、河的，更要注意深层滑动的验算。 ３．２桥墩内力计算 ３．４桩筋及桩长设计注意事项 墩桩顶的最大竖向力计算非常简单，这里不再叙述；墩 （１）对于桩基各截面的配筋，从理论上来说应根据桩内 桩顶水平力计算，运用柔性墩理论中的集成刚度法，将桥面 弯矩包络图进行计算布置。通常是根据最大负弯矩处进行 汽车制动力及梁体混凝土收缩、徐变、温差、地震产生的水平 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 力在全联墩台进行分配，最后根据不同组合的墩桩顶水平 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 力、弯矩及对应墩桩顶竖向力进行桩基各截面内力计算。 位置，再以下为素混凝土，对于软基，桩主筋最好穿过软土 （１）对于横向陡边坡上的桥墩设计，同一墩位２个（３ 层。 个）墩柱存在较悬殊的无支长度差异，因刚度差异造成桥墩 （２）软土地质条件下的桥梁桩基计算不能简单的采用 横桥向受力分配的不均匀。设计时在考虑柔性墩纵向力的 常规计算方法，而应根据实际的受力特点加以分析。就计算 分配的同时，还应进行力的横桥向分析。 方法而言，用“假设有效桩长”，计算桩的最大弯矩及弯矩零 （２）在山岭区连续大纵坡路段，如采用柔性墩结构，因 点进行配筋的常规方法，在软土地质条件下应慎重采用，以 车辆长期单向行驶造成的桥梁累积变位是设计必须考虑的 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 问题。增加桥梁的刚度是提高桥梁变位的有效措施，但必须 的不足。 以增加投资为代价，所以在设计中应综合考虑。 （３）在桩基变形较大的情况下，计算应同时考虑桩土特 ３．３桥台内力计算 性及受力条件，以整体体系来分析桩的受力模式。当桩基水 桥台除了受与桥墩相似的荷载之外，竖向荷载还增加了 平变形量超出“ｍ”法的限制范围时，地基土抗力系数ｍ值 土压力、负摩阻力、搭板自重等荷载；水平荷载增加了土压 宜采用实测值。由于“ｍ”法基本假定与大变形量桩基受力 力，其影响复杂，设计时需注意以下几点。 模式存在偏差，也可以考虑其他更接近于该类桩基受力模式 （１）内力计算应注意的问题。 的计算方法进行对比计算。 ①软土地基上带基桩的钢筋混凝土薄壁桥台土压力计 （４）山岭重丘区的桥墩多处于基岩裸露的陡边坡上，桩 算按深层考虑； 基多为嵌岩桩。陡边坡上嵌岩桩的嵌岩深度必须考虑两个 ②软基路段桥台应尽量设置为与路线正交的形式，减小台 方面的内容：①能起到嵌岩作用的嵌岩深度；②岩石能满足 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 嵌固受力要求所必须的水平宽度。嵌岩深度的确定对结构 身混凝土的收缩变形量，抑制台身的竖向、斜向裂缝的发生； 的安全性和经济性具有非常重要的意义。 ③在桥台的承台或基础顶面应设置一定数量的支撑粱， ４结束语 削减基础及下部结构的自由长度，降低结构自身的弯矩，提 在桥梁总体设计中，下部结构的形式选择对整个设计方 高结构承载能力； 案的确定有着较大影响。确定桥梁下部结构应遵循安全耐 ④软基段落的中、小桥。台前台后均应进行一定长度的 久、满足使用的要求，同时造价较低。维修养护方便，与周围 软基处理过渡，避免因为桥头软基滑移或由施工过程不对称 景观相协调等原则。另外。桥梁下部结构的设计与结构受 加载引发的其他附加荷载对桥台及桩基产生挤压，造成桥台 力、水文、地质构造等因素影响，同时应考虑地震、温度影响 水平开裂； 力等作用。这就需要设计者善于结合工程实际不断探索和 ⑤在薄壁墩台的拉应力区，应配置受拉钢筋；尤其是在 总结，提高下部结构的设计质量及使用效果，使其选择与布 靠近台身底部（１／４—１／３）Ｈ附近，要根据实际受力情况增配 设能够更加合理、经济。 钢筋，同时，水平钢筋与竖向钢筋搭接处应点焊成网格状。 收稿日期：２０ｏ６—１２—２１ （上接第５７页） 紧的情况下，设计、施工时考虑采用“一孔一浇”，设计、施工 道过长可能造成的堵孔开槽事件及由其带来的有效预应力 方案具有明显的优越性，即在相同施工时间的情况下可节省 分布。 支架、模板投入近２／３；在相同的投入、工作面允许的情况 ６结束语 下，可缩短工期近２／３。本互通现浇箱梁匝道桥采用“一孔 支架现浇预应力连续箱梁无论采用“一孔一浇”还是 一浇”法施工较“一联一浇”法施工，在保证质量、安全的情 “一联一浇”，都是比较成熟的施工工艺，其在质量、安全方 况下，降低成本、减少投入、缩短工期，在同类型的桥梁设计、 面均可得到较好的控制和保障，但对于支架高（高度大于 施工中有一定的借鉴作用，供同行设计、施工时参考。 ７ ｍ）、桥面宽、支架、模板用量大，工程量大、工作面多、工期 收稿日期：２００６—１２—０３ ・５９・