桥梁下部结构设计若干问题探究

我国经济发展日益突飞猛进，交通建设也得到迅猛发展。各种各样的大中桥、特大桥逐渐增多，而桥梁的下部结构也越来越被关注。桥梁下部结构考虑是否得当对工程造价、质量、工期及后期使用影响非常大。近年来，分离式下部结构的桥梁由于不均匀沉降引起的桥面开裂现象时有发生。为此，在桥梁整体设计中，必须考虑桥梁下部结构的各个因素，实现整个桥梁设计的优化。

1 桥梁下部结构型式选用

钢筋混凝土薄壁墩台在填土较低以及河床较窄的情况下，为了缩短桥长、节约成本，不使台前锥坡压缩河床，可使用离河较近墩台身直立的桩基薄壁墩台，并设置支撑梁在墩台下面，整个桥梁组成框架结构系统，同时利用两端台后的被动土压力来维持稳定。

埋置式桩柱式桥台该型式桥台设于岸上台身埋入锥形护坡中，有单排桩柱式与双排桩框架式两种。采用该型式桥台，为保证路基稳定性，不能过多地压缩桥长，不少工程对此有深刻的教训。1.3柱式桥墩本型式桥墩有施工的简便性和较广的适应性，在软基中是很好的选择型式。分为：①带盖梁单排桩柱式桥墩，一般用于简支梁桥;②不带盖梁独柱式桥墩或排柱式桥墩，用于连续现浇箱梁。

在选用墩台的时候，要考虑如下两方面：①为了降低结构受到软基位移的影响，在最大程度上缩减超静定个数，适当地减少桩根数，同时加大桩距。②在桩底同基层表面相近时，承载力与设计规定接近，就不需要再伸入基岩;如果没有充足的承载力，那么我们可以加大桩径再算，最好把嵌岩柱桩换成摩擦桩。

2 桥墩的设计

桥墩按其构造可分为实体墩、空心墩、柱式墩、框架墩等;按其受力特点可分为刚性墩和柔性墩;按其施工工艺可分为就地砌筑或浇筑桥墩、预制安装桥墩;按其截面形状可分为矩形、圆形、圆端形、尖端形及各种截面组合而成的空心桥墩。墩身侧面可垂直，也可以是斜坡式或台阶式。

2.1 桥墩的适用性

实体式重力墩自身刚度大，具有较强的防撞能力，但同时存在阻水面积大的缺陷，比较适合修建在地基承载力较高，覆盖层较薄，基岩埋深较浅的地基上。实体式轻型墩台圬工体积较小，抗冲击力较差不宜用在流速大并夹有大量泥沙的河流或可能有船舶、冰块、漂流物撞击的河流中，一般用于中小桥梁上。

薄壁空心墩一般采用强度高、墩身壁较薄的钢筋混凝土构件。这种构件由于削减了墩身自重，减小了软弱地基的负荷，减小了自身的截面尺寸，使结构在外观上变得更加轻盈。

柱式桥墩是目前公路桥梁中广泛采用的桥墩形式。它具有线条简捷、明快、美观，既节省材料数量又方便施工的特点，适用于桥梁宽度较大的城市桥梁和立交桥。设计人员应根据桥宽的需要以及地物地貌条件，把独柱、双柱和多柱等进行任意的组合。

2.2 设计中应当注意的事项

高度于40m的桥墩多采用柱式墩(最常用)和Y型薄壁墩。前者有圆柱与方柱之分。外观质量在圆柱施工中不难控制，和桩基也方便衔接，大多应用于平原地区。从美观而言，方柱有视线诱导性和棱角，和上构梁体协调，相对美观。以受力角度来讲，在方柱与圆柱有相等截面积的条件下，方柱抗弯刚度要比圆柱大，受力较于圆柱更优。体系是连续刚构时，方柱能够经过对两个方向的尺寸进行调整，从而调整墩柱的刚度，满足调整墩柱受力的需要。圆柱为各向同性，进行调整，其效果相对较差。方柱的缺点是墩柱和桩基间要经过桩帽连接，加之山区桥梁地面横坡较陡，不仅增加了工程数量和柱帽结构，而且加大了挖方工程量。在设计中，选用方柱或圆柱要综合考虑墩高、地形和上构结构形式。Y型墩薄壁是独柱双支座的一种墩型，相对美观却施工较复杂。由于墩高较矮时，既不美观又未有简便施工，很少使用。墩高较高时，Y型薄壁墩施工仅要一套模板，搭一个支架，在有大量模板需求和地面横坡相对陡的山区桥梁，Y型薄壁墩有明显势此外使用双柱墩时，因两个墩柱高度相差大，线刚度EI，L差距大造成一个墩两个墩柱受力有很大的不同，使用Y型薄壁墩就可避免以上缺陷。有人提出上部的Y型承托节约材料相对不多，施工也麻烦，最好设计成实体，这也是可以考虑的。无论外形怎样，在墩高较高时，使用Y型墩薄壁是相对适合的。

3 桥台的设计

桥台按其形式可划分为重力式桥台、轻型桥台、框架式桥台、组合式桥台和承拉桥台。

3.1 桥台的适用性

由于桥台形式多样化，下面就常用类型桥台的适用性作一简述，以供设计人员参考。U形桥台构造简单，基底承压面大，应力较小，但圬工体积大，台内填土易积水、结冰、冻胀，使桥台结构产生裂缝。因此要注意中间填料要采用渗水性较好的土夯填，并做好台背排水。

八字式和一字式桥台适用河岸稳定，桥台不高，河床压缩小的中小跨径桥梁，对于跨越人工河道的桥梁及立交桥亦可采用。薄壁式桥台同薄壁式桥墩类同，可依据桥台高度、地基强度和土质等因素选定。

4 墩台基础设计

4.1 基础资料的调查

在墩台基础设计之前，除了应掌握有关全桥的资料，包括上部结构形式、跨径、荷载、墩台结构等及国家颁发的桥梁设计、施工技术规范外，还应注意地质、水文资料的搜集和分析，重视土质、建筑材料的调查和试验。根据桥梁工程规模、重要性及架桥地点工程地质、水文条件的具体情况和设计阶段确定取舍。

4.2 墩台基础类型

基础根据埋置深度分为浅基础和深基础。一般将埋置深度在5 m以内者称为浅基础;由于浅层土质不良，须把基础埋置于较深的良好地层上，埋置深度超过5 m者称为深基础。基础埋置在土层内深度虽较浅(不足5 m)，但在水下部分较深，如深水中桥墩基础，称为深水基础。除了深水基础，公路桥梁及人工构造物最常用基础类型是天然地基上的浅基础，当需要设置深基础时常采用桩基础或沉井基础。

4.3 软弱地基的处理

在搜集了墩台设计所需资料后，我们根据作用在地基与基础上的计算荷载的不同特性，以及各种荷载出现的几率把作用荷载进行分类，并将实际可能出现的荷载组合起来，确定设计时的计算荷载。之后按其可能出现的最不利荷载组合情况进行验算。确定了基底应力之后，我们即可根据收集到的地质资料选择合适的持力层。如果地基承载力不够时，那么就要对地基进行处理。

人工加固软弱地基按其处理的基本原理大致可归纳为三类。第一类是挖除全部或部分软弱地基土层，换填压缩性低、强度高的土，称为换土或垫层法。第二类是减小土体中的孔隙，使土密实，从而减小土的压缩性，提高强度，有挤(压)密法(如砂桩、夯实、振充碎石桩)，砂井预压固结法。第三类是在土中注入或添加凝胶剂，填充孔隙，增强土颗粒间的联结而达到加固目的，可以称为液灌注加固法。在选择地基处理的方法时，我们不要盲目地进行选择，应通过工程地质勘测和土工试验，根据土层条件，结合上部构造物，当地有关条件及工程费用等，综合考虑决定处理方案。

5 结语

当地基处理完毕后，我们可以说墩台设计的过程结束了，但是一个完善的墩台设计需要有丰富的设计经验，需要熟练掌握各种力学、地质学、水文、气象等方面的知识。同时，桥梁设计者要善于结合工程实际分析问题、解决问题，并坚持在桥梁工程设计中多作总结，以不断提高桥梁下部结构质量及其使用效果。