试析桥梁的下部结构设计.pdf

与 建 材装 饰2015 年 2 月 试析桥梁的下部结构设计 唐俊龙 （湖南 长沙410000） 摘要： 作为桥梁整体的重要组成部分， 桥梁下部结构选型与设计工作的到位与否， 直接影响着整个桥梁工程的质量、 造价、 建设周期以及后期使用。为了确保桥梁安全、 稳定， 并能充分保障通行车辆与人员安全， 达到节约建设资金的目的， 必须恰当选择桥梁下部结构形式， 合理设计桥梁下部结构。本文简单概叙了下部结构， 并简要分析了桥台、 桥墩的结构选 型与结构设计， 以供同仁参考。 关键词： 桥梁； 下部； 结构设计 中图分类号： U442.5文献标识码： A 文章编号： 1673-0038 （2015） 08-0026-02 引 言 桥梁的下部结构与桥梁整体的质量安全、 成本、 施工期限和 使用情况密不可分。最近几年， 常常发生桥面裂开事件， 这就是 由于使用分离式下部结构时， 沉降不均匀造成的。所以桥梁下部 结构的设计现在受到越来越多的关注与考虑。在整个桥梁的设 计过程中， 下部结构的设计对桥梁的整体设计有着较大的影响， 下部结构的选型， 关系到桥梁的整体外形是否比较统一， 外形是 否比较美观。桥梁的下部结构在设计时要考虑多个方面：安全 性、 经济性、 施工要求、 工程期限、 外形美观、 交通要求、 后期维护 工作等。 1 桥梁下部结构选用类型 所谓下部结构， 是指支撑桥梁上部结构并将其荷载传递至地 基的桥墩、 桥台以及基础的总称， 其目的在于实现共同受力。在 设计桥梁下部结构时，必须综合考虑结构受力、地质结构与条 件、 水文流速以及河床性质等诸多因素对桥梁的影响力。一般桥 梁下部结构选用主要考虑以下几个方面： 1.1 桥台结构形式 一般而言， 在实际设计过程中桥台多采用轻型桥台、 埋置式 桥台以及钢筋混凝土薄壁桥台三种构造形式，其各自特点及适 用范围见表 1。 1.2 桥墩结构形式 一般而言， 桥墩主要分为重力式桥墩与轻型桥墩， 其各自特 点如表 2 所示。 1.3 注意事项 淤如果河流的填土比较低， 且河流流域比较窄， 这种情况下， 为了降低成本， 缩短桥的长度， 就可以在离河较近的地区使用钢 筋混凝土制成的薄壁墩台， 并且在墩台下面放置支撑物， 让整个 桥梁成为一个框架， 保持它的稳定性。于对于柔性排架式墩台， 采用预制桩打入的墩台基桩处理方式比较合理。盂埋置式桩柱 式桥台是将桥台埋在岸上的锥子形状的护坡里，这种桥台分为 单排桩式和双排桩式， 采用该型式桥台， 为保证路基稳定性， 不 能过多地压缩桥长。榆柱子形状的桥墩适应性好， 有利于施工， 它是地质基础较软时最适用的一种桩基， 常见的有两种： a.带盖 梁单排桩柱式桥墩， 一般用于简支梁桥； b.不带盖梁独柱式桥墩 或排柱式桥墩， 用于连续现浇箱梁。虞在选择墩台时需要注意以 下问题： a.在选用墩台时， 应该尽量减少桩根的数量， 以减少因为 软基位移而造成的影响，最终达到建造效果，也能尽量控制成 本。b.如果桩柱底部接近基岩的话， 那么桥梁的承载能力也就接 近设计的要求了， 在这种情况下， 就无须继续深入了。但当承载 力不足时， 应考虑改用摩擦桩代替岩柱桩。 类型特点适用范围稳定措施 轻型桥台 圬工体积小、 结构简 单， 台身为直立的薄 壁墙、 两侧均有用于 档土的侧墙 适用于小跨径桥 梁； 与轻型桥墩搭 配适用时， 其桥跨 孔数臆3， 桥梁整体 长度臆20m， 单孔跨 径13m 验算桥台基础的滑动稳定 性， 当达不到要求时， 在两桥 台下部设置钢筋混凝土来支 撑梁， 利用锚栓与桥台来连 接上部结构， 构成一个四铰 框架结构系统， 同时借助两 端后台的土压力来保持系统 稳定 埋置式桥 台 优点是圬工体积小， 自重轻。但溜坡伸 入了桥孔， 压缩河 道， 有时需增加河长 适用于桥头为浅 滩， 溜坡受冲刷较 小， 填土高度在 10m 以下的中等跨径的 多跨桥 将台身埋进锥形护坡内， 反 复、 准确验算坡面强度、 主动 土压力。根据实际情况可合 理选择桩式 （单排、 双排） 和 锥坡防护形式 钢筋混凝 土薄壁桥 台 成本较低， 施工便 捷， 能减少桥梁跨 径， 外形简洁美观 对地基承载力不 高， 适用于填土较 低、 河床较窄的软 底地基 由竖直小墙与支于扶壁上的 水平板构成台顶， 用以支撑 桥跨结构； 由前墙与间距 2.53.5m 的扶壁组成挡土墙 表 1 桥台结构形式分析 类型特点适用性 重力式桥墩 施工方便、 坚 固耐用、 圬工 量较大、 阻水 面较大 基于重力式桥墩多为实体结构， 主要采用石砌与混 凝土， 钢筋使用量较少， 阻水面较大， 不适宜设于水 流流速较大、 泥沙含量较多的河流， 且对地基承载 力要求较高 轻 型 桥 墩 构架式桥墩 圬工体积小、 基础工程量较 小、 施工进度 较快、 施工效 率较高 对地基要求较小， 适用范围较宽 空心桥墩 表面看上去是重力式桥墩， 实际上是中空的薄壁 墩， 主要适用于高桥墩 桩柱式桥墩 通过拼装预制构件或者就地灌筑混凝土而成， 墩身 大于 7m 时， 可设置柱系梁， 当墩身高度大于 1.5 倍 桩距， 应设置桩系梁 薄壁式桥墩 借助桥跨结构将各种柔性桥墩与邻近的刚性桥墩 用铰有效连接起来， 从而形成一种跨超静定的结 构， 此时的刚性桥墩能够有效承担整体桥梁的纵向 水平力， 很好改善柔性桥墩的受力性 表 2 钻孔灌注桩施工存在问题分析 规划与设计 26 与 建 材装 饰2015 年 2 月 2 桥梁下部结构的设计 在设计桥梁下部结构时，设计人员一定要从实际出发的原 则， 实地考察地址、 地貌情况， 兼顾到桥梁的施工的难易度， 不仅 要保障桥梁的质量还要注意节约工程造价， 减少工期， 同时也能 兼顾到美观。 2.1 桥墩的设计 在设计桥高低于 40m 的桥梁时，往往使用柱式桥墩与 Y 型 薄壁墩。柱式桥墩主要是由圆柱墩与方柱墩组成， 这两种桥墩在 平原地区比较多见。从外观的角度来说， 方柱墩可以协调上部结 构与下部结构， 使之较为统一， 看起来比较美观， 且从受力角度 来看， 方柱墩的抗弯刚度要远远大于圆柱墩。Y 型薄壁墩在实际 应用时主要是以独柱双支座的形式出现的， 它的施工难度较大， 较为复杂， 但其外形美观。Y 型薄壁墩在地形陡峭的山区运用较 多， 因为在其建造过程中， 施工队伍只需要搭建一个支架， 准备 一套末端就可以建成， 在山区有着非常便利的优势。桥墩的选择 具体如何还是需要根据实际的环境条件分析，再由设计人员设 计选择。 2.2 高墩的设计 对于大于 50m 的桥墩我们不仅仅考虑强度，还需进行稳定 性的计算。因为公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规 范 中有关偏心受压柱的说明指出了： 当 10/h跃30 时， 构件就从材 料的损坏变成了稳定性的损坏。 在这个条件中， 10 指的是受压柱 的有效长度， 在 0.52 这个范围间， 桥墩的高度有变动的话， 应该 怎么选取是和桥梁的上部结构的重量、具体施工状况和上部构 造与桥墩的链接有关系的。桥墩的厚度在 2m 以上的时候， 成本 就会增加， 所以， 在桥墩的类型选择上， 空心墩比实体的更具优 势。但使用空心桥墩也注意到： 当桥墩的高度大于 65m 时， 那么 桥梁就需要适度的放坡， 以确定桥梁的安全稳定， 同时对建筑材 料却会造成较大的浪费。 2.3 桥墩与路幅 我国现如今大力开发西部地区高速公路的建设， 设计者眼光 也是展望的更为长远， 对于山区的高速公路的选址， 路线会更注 重减少对土地的侵占已达到不破坏当地生态环境的目的，所以 选择整体式路基较为普遍， 但当遇到隧道时， 分离式路基才会被 采用。在设计整体式路基的桥梁时， 一般选用双幅桥， 双幅桥的 下部结构按照分幅来单独进行设计。而桥墩高的长桥， 一般选用 双幅两柱的整体式路基。比起双幅四柱， 双幅两柱可以减少施工 工作量。 2.4 桥台的设计 对桥台进行设计的时候， 上文提到的埋置式桥台为重力式桥 台其中的一种类型。 现我国桥梁设计中大多采用到的为重力式 U 型台和埋置式肋板台。设计重力式 U 型台的时候需要将地理状 况等因素考虑在内， 其设计高度应该维持在 10m 范围， 且翼墙尾 端上部伸入路堤不小于 0.75m， 填土高度不应大于 5m。 埋置式肋 板台的应用更为广泛， 但是填土高度应该低于 10m。且群桩肋板 式桥台能够承受的水平荷载很大， 并且其水平可抗刚度也较强， 因此在软土以及山区建造桥梁时经常被采用。 3 结束语 总的说来， 在桥梁的整个施工过程中， 下部结构的设计与 选型对于桥梁的质量安全、 经济建设具有重要作用。为了提升 桥梁运行的安全性、 可靠性及耐久性， 广大桥梁设计人员不仅 要充分掌握桥梁的设计理念、 计算方法以及工艺流程， 还应具 备一定的地理、 地质基础知识。设计出更为科学、 合理、 可行、 实 用的方案的同时还得加大自我创新意识， 从而推动我国桥梁工 程建设的顺利、 快速发展， 使中国桥梁迅速赶上发达国家的最 先进水平。 参考文献 1罗余良.讨论桥梁下部结构的选型及设计J.河南建材， 2010 （1） ： 126 127. 2史国良.浅谈桥梁下部结