桥梁下部结构设计要点

桥梁下部结构设计要点

作者：程晨

来源：《科学与财富》2014年第11期

摘 要：桥梁在横跨大江大河上做出了很大的贡献，桥梁下部结构的设计对整个桥梁工程有着很重要的影响。下部结构设计的是否合理，直接影响桥梁的造价、工程质量、建筑工期以及使用状况。本文首先说明了桥梁下部结构类型的选择，然后分析了桥梁下部结构的内力计算，最后探讨了下部结构的配筋设计。

关键词：桥梁；下部结构；桥台；墩台；配筋 一、桥梁下部结构类型的选择 （一）桥台的结构型式的选择

桥台一般指的是位于桥梁两端并与路基相连接的支撑上部结构与承受桥头填土侧压力的构造物。有以下四种型式： 1、实体式桥台

重力式桥台根据桥台高度、地形条件以及桥梁跨径的不同，可以有一字式桥台、八字式桥台、U形桥台等。其中U形桥台的构造较为简单，在平面上呈现U字形，基底承压面积较大，应力比较少，但其缺点是桥台内的填土容易积水。 2、轻型桥台

轻型桥台有箱式、撑墙式、悬臂式、扶壁式等多种型式。通常情况下，用模板较多的是箱式与撑墙式。而使用钢与混凝土较多的是悬臂式。支撑梁轻型桥台少跨或者单跨的小跨径桥，在条件允许的情形下，可以在台和墩之间或者轻型桥台间，设立三到五根不等支撑梁。支撑梁设在河床铺砌线或者冲刷线一下的地方。 3、埋置式桥台

埋置式桥台有后倾式和直立式两种。前者台身重心向后，使之平衡台后填土时的倾覆力；后者无需设翼墙，台身置于台前溜坡内，由路堤和台帽两端耳墙衔接。埋置式桥台圬工较省，但由于溜坡深入桥孔，缩减了河道，通常就需要增加桥的长度，比较适合在桥头浅滩使用。 4、组合式桥台

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组合桥台有两种，过梁式与锚定板式。桥墩和桥台的受力一样，桥台与挡土墙用梁结合在一起的是过梁式组合桥台；锚定板式又分为两种形式，结合式与分离式。前者的台身和锚定板结构结合在一起，台身在做了挡土板的同时又做了立柱；后者台身与挡土结构、锚定板是分开的，台身承受上部结构传来的水平力与竖向力。 （二）桥墩结构型式选用 1、柱式桥墩

柱式桥墩是目前公路桥梁中广泛采用的桥墩形式，其自重轻，结构稳定性好，施工方便、快捷，外观轻颖美观。主要形式分为：

（1）带盖梁单排桩柱式桥墩，用能承受弯矩的盖梁来代替实体式桥墩上的墩帽，当采用桩基础时，应在桩顶设置承台，使各桩共同受力，并通过它使柱与桩相连，一般适用于上部结构为简支梁桥或先简支后连续的连续梁桥；

（2）不带盖梁独柱式桥墩或排柱式桥墩，主要应用于连续现浇箱梁。 2、重力式桥墩

重力式桥墩利用自身恒载（包括桥垮结构恒载）来平衡外力（偏心力矩）和保证桥墩的稳定（抗倾覆稳定和抗滑稳定）。实体墩身对地基的承载力要求较高，墩身实体可以不采用钢筋，而用天然石材、片石混凝土砌筑。由于重力式桥墩污工体积较大，阻水面积增大，抗冲击力较差，因而不宜用在流速大并挟有大量泥沙的河流。 3、钢筋混凝土薄壁墩

钢筋混凝土薄壁墩可分为单肢薄壁墩和双肢薄壁墩两种形式。前者墩身重量较轻，可节约污工材料，适用于地质条件较差时的简支梁桥上；后者适用于墩梁固结的连续钢构桥上，多用于互通式立交的跨线桥上。 二、桥梁下部结构内力计算

一般在软土地基上，上布结构多采用组合形式，即先简支后连续构造。这样下部结构受力就变的复杂，考虑的因素就会比较多，考虑的必须全面。因此，下部结构的内力计算直接影响整个桥梁的受力，影响工程的安危。以下为必须计算内容。 （一）盖梁的内力计算

根据《墩台设计手册》，墩台内力计算方式通常按照杠杆法计算。布载方式是按照组合最不利进行组合的，当荷载处于对称位置时采用杠杆法，若处于偏心位置时，采用偏心压力法计

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算，设计值取两种布载的较大值。这两种布载不一定是荷载最不利组合状态，因此仍然存在不安全因素。正确做法是根据结构力学画出每个截面的内力影响线，再利用进行最不利组合计算，计算结果包括每个截面最值，再根据内力包络图进行配筋。也有假设活载直接作用在墩台上，而不考虑活载和二期恒载的横向分布进行计算，不过这种计算方法缺乏实际依据。 （二）桥墩内力计算

桥墩主要是受压，对于刚构也有受拉和弯矩作用。墩顶水平力采用柔性墩的刚度进行计算，即将桥路面汽车制动力、混凝土收缩、徐变温差地震产生的水平力分配到桥墩上进行计算。最后根据不同组合，计算出墩顶水平力、竖向力、弯矩，并计算出各个断面的最大值、最小值。

（三）桥台内力计算

桥台内力计算除了要计算最大竖向力、水平力弯矩外，还要计算桥台台背土压力、负摩阻力以及桥台搭板重力，其中水平土压力影响复杂。土压力的计算要根据桥台形式而定，对于钢筋混凝土薄壁桥台，其计算按照深基础考虑。埋置式桥台则按照填土掐原地面线或者是冲刷线为准，对于土质较差的区域还应该进行土质验算。同时地震土压力对桥台的影响也是不容忽视，而且地震影响随桥梁等级增大而增加。地震力的计算不需要考虑活载作用，地震力组合对桥墩的影响比桥台大。因此，更需要注意，不要遗漏。 （四）墩台路基沉降验算

一方面，路基沉降过大。桥台搭板处跳车严重，使得台背处过早损坏；桥台盖梁出现裂缝及桩基不均匀沉降，使得路面开裂及路基渗水，从而路基失稳。另一方面，路基发生较大位移。路基错位使得桥台严重破坏，此时桥台的有效受力面积减小，所承受水平土压力已远大于正常计算，因此危险性更大。因此，更需要注意深层滑动验算。在计算中，若这两方面得不到满足，就需要采取有效措施进行处理，如混凝土灌注桩、喷粉桩等效果较好。 三、桥梁下部结构的配筋 （一）配筋方法的选择

桥梁下部结构配筋，包括盖梁配筋、桥梁配筋、桩基础配筋以及桥台配筋。配筋是根据内力计算进行分配的，那么配筋方法在设计中也是值得注意的。在设计中，假设受压区混凝土不受拉力，钢筋是完全弹性的，受拉区混凝土完全线形变化。主要方法有极限法和容许应力法应用分析，但是实际是按照承载力极限状态设计的。实际上，极限法是根据等截面简支梁实验所得，其实际适用面是很狭窄的。根据实际情况，容许应力法还是需要得到广泛应用的，设计者应该多留意进行合理选择。 （二）盖梁的配筋

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盖梁的配筋原理不能完全套用极限法，因为极限法的实验基础是等截面连续梁。盖梁抗弯钢筋要根据裂缝宽度进行配筋，盖梁抗剪钢筋设计是根据钢筋与混凝土的承受剪力分配情况而定的。因此，抗剪钢筋的配置往往需要进行大量的计算，给梁内布筋带来了困难。配筋只能是通过试配筋进行多次调整，让混凝土与箍筋承担更多的比例，使配筋自由度大一点。同时，盖梁受剪力大于弯矩。因此，一定要保证抗剪筋有富余，以满足抗剪要求。 （三）桩基础配筋

桩基础配筋设计目前统一采用极限法进行桩体抗弯筋设计，具体计算根据相关规范进行。很多桩出现裂缝现象，对于桩体抗裂钢筋的配筋还没有统一的观点，有待进一步研究。桩基截面配筋是根据桩基弯矩包络图进行布置配筋的，一般桩基有一定长度的素面混凝土段，桩的竖向主筋根据桩弯矩决定其长度。对于摩擦灌注桩，不管从受力还是造价或是施工，个人觉得桩基伸入至软土层比较合理。首先，节省钢筋，钢筋笼的数量取决于桩长。再次，可以减少桩基底部断桩事故的发生，同时钢筋笼益通到底，只能采用扁担桩进行处理。■ 参考文献

[1] 史名录. 探索桥梁下部的结构设计[J].江西建材，2011（03） [2] 白琳. 浅谈公路桥梁下部结构设计[J].北方交通，2010（04）