扶壁式橋臺分析

尤文剛

(遼寧省交通規劃設計院路橋二所，遼寧 沈陽 110166)

0 引言

近年來，隨著城鎮化的不斷發展，市政道路建設突飛猛進，作為道路組成的市政橋梁建設也進行的如火如荼，城市通道橋與分離式橋大量涌現，其占比不容忽視，重要性也日益突顯。相比一般高速公路通道橋與分離式橋，市政橋要求往往更高，主要體現在美觀與凈空需求，這主要是由橋梁所處位置環境決定的。隨著凈空需求的加大，以及受限于城市用地的規劃，市政橋梁建設無法避免的面臨著高填深挖現象，隨著橋臺臺身的增高，臺后土壓力的加大，傳統的輕型橋臺已不能滿足要求，這就對橋梁下部結構尤其是橋臺的選型提出了更高要求。

滿足交通需求、安全耐久、與周圍環境及上部結構協調一致、造型美觀等是對市政橋梁的基本要求。在市政橋梁的設計中，橋臺的選型直接影響著橋梁結構的設計方案，比如肋板臺與鋼筋混凝土薄壁臺，在滿足同樣交通需求的前提下，對上部結構的孔徑及孔數就有不同的影響，進而直接影響結構的整體造價。筆者結合工程實例，對其中一種橋臺形式——扶壁式橋臺進行了分析。

1 工程背景

本工程位于沈撫新城，上跨汽博大街，為汽博大街下穿城際鐵路的引線工程。本橋臨近且左右平行于城際鐵路框構橋，框構橋箱身正截面(框構橋有較小交角)如圖1所示。

圖1 框構橋箱身正截面圖（單位：cm）

從美觀角度出發，本橋最佳方案為采取同樣的框構結構，然而框構結構施工復雜，造價高，經濟方面不滿足要求，從而只能放棄。受限于鐵路框構橋的斷面尺寸及凈空需求，兼顧美觀要求，最終本橋方案敲定為上部結構為四孔鋼筋混凝土不等高連續板，下部結構為扶壁式臺與薄壁墩。本文重點分析本橋橋臺形式:扶壁臺。

2 扶壁臺

2.1 扶壁臺與傳統輕型薄壁臺的區別、關聯

傳統輕型薄壁橋臺由臺帽、薄壁、承臺、單排樁基、地下支撐梁組成。其受力模式清晰，主要是由橋臺、上部梁板及地下支撐梁組成穩定的四鉸剛架，從而使全橋形成一個整體，共同受力。輕型薄壁橋臺多由鋼筋混凝土材料構成，利用結構材料本身的抗彎能力來減少圬工量，進而達到使橋臺輕型化的目的。且薄壁臺臺身具有擋土功能，因此在避免臺身填土溜坡對通行孔徑的擠占、縮小橋孔、節約成本等方面有著明顯優勢。然而，工程實踐證明，當橋頭填土高度大于5 m，上部結構跨徑大于10 m時，傳統輕型薄壁橋臺經常在臺身處產生橫向裂縫。而本橋橋頭填土約8.5 m，上部結構孔徑大于10 m，因此傳統的輕型薄壁臺已經不能滿足本橋設計要求，而只能選擇另一種輕型橋臺形式:扶壁臺。

扶壁式臺由擋墻演變而來，此種擋墻常見于引道工程兩側有著很大挖方，填土較高處，具有很好的擋土作用。因此，扶壁式橋臺先天最大特點:擋土。在組合耳墻或裙墻的情況下，可以很好的擋住橋梁縱向及橫向的填土，如果有需要，耳墻也可以換成圬工側墻以達到更好的收坡擋土效果。

扶壁臺主要由臺帽、扶壁、胸墻、承臺、群樁組成，可視具體情況組合設置耳墻、側墻、錐坡、裙墻等。因本橋橋臺橋外橫向順接擋墻，故取消耳墻、裙墻、錐坡等的設置，本橋扶壁臺一般構造見圖2。

由扶壁臺的構成及圖2我們不難發現，扶壁臺結合有傳統輕型薄壁臺及肋板臺的特點。胸墻相當于薄壁臺的臺身，除了承受上部結構荷載及臺后土壓力外，還能通過對臺后填土的阻擋來實現不侵占通行孔徑，節約空間和造價。而肋板(扶壁)的設置可以增加胸墻的抗彎剛度，減小結構的彎曲變形，避免結構出現裂縫，使得胸墻高度，即扶壁臺適用高度較傳統輕型薄壁臺有很大提高。雙排樁基礎(群樁)則大大提高了橋臺結構的抗傾覆及抗推剛度，增加了結構的穩定性。

2.2 扶壁臺主要構件及其受力分析

2.2.1 臺帽

臺帽由胸墻與扶壁支撐，考慮到與鐵路框構橋橋臺處外觀一致，本橋臺帽不設挑檐，胸墻邊與臺帽邊齊平。因為本橋支座與扶壁對應設置，所以，本橋臺帽不受力，僅有傳力作用，所以設計中按構造配筋配置即可。其傳遞的力主要有臺帽上部結構橫載及活載。

2.2.2 扶壁與胸墻

圖2 扶壁臺一般構造圖

施工過程中，二者應同時澆筑，故二者受力密不可分，相互影響。扶壁和胸墻的高度取決于填土高，底部位于承臺頂，厚度可根據填土高度、扶壁間距，經計算分析確定。本橋扶壁厚度借鑒肋板臺情況，根據填土高8.5 m，設置為100 cm厚，而胸墻取為與扶壁同厚，配筋根據計算分析確定。扶壁與胸墻的受力計算分析有兩種模式:考慮胸墻與扶壁共同作用的變截面T形懸臂梁模式;考慮扶壁單獨作用的變截面矩形懸臂梁模式。

1)扶壁與胸墻共同受力。將胸墻按扶壁間距等分為兩部分，則豎向就形成變截面的T形懸臂梁，扶壁為T梁腹板，胸墻為T梁翼板。此變截面懸臂T梁受力主要有:橫向分配后計算所得的上部結構橫載與活載產生的豎向力及彎矩，臺后土壓力產生的水平力與彎矩，受力模式見圖3。計算中T梁翼緣(胸墻)的計算寬度及相關驗算要求按現行JTG D62-2004公路鋼筋混凝土及預應力混凝土橋涵設計規范中T形截面梁的相關要求進行即可，計算過程此處不再贅述。2)扶壁單獨受力。將扶壁作為單獨受力構件，豎向為變截面矩形截面。受力主要有:上部結構荷載的垂直力與彎矩，扶壁受到的臺后土壓力，胸墻受到的土壓力亦分配到扶壁上，此時胸墻相當于扶壁的附加受力截面，但不參與提供抗力，僅將其受到的土壓力分配到扶壁上，故此模式相對保守。其受力模式見圖3。計算中矩形截面的相關驗算要求按現行JTG D62-2004公路鋼筋混凝土及預應力混凝土橋涵設計規范中矩形截面梁的相關要求進行即可，計算過程此處不再贅述。至于胸墻的橫向配筋計算，可取胸墻底處豎向1 m寬為計算單元，以扶壁為支撐點形成連續結構，將胸墻底部高度處凈土壓力以均布力的方式加在此結構上面。計算圖示見圖3。

2.2.3 承臺與樁基

上部荷載以不同的方式組合，作用到承臺底中心，進而驗算承臺與樁基礎的受力與配筋，同時求得單樁最大樁頂力。作用在承臺上的力主要有:承臺上部結構及活載產生的豎向力與彎矩，臺后填土產生的水平力與彎矩，承臺上部填土產生的豎向土壓力等;承臺與樁基計算模式見圖4。計算中相關驗算要求按現行JTG D62-2004公路鋼筋混凝土及預應力混凝土橋涵設計規范中梁與樁基承臺的相關要求進行即可，計算過程此處不再贅述。

在此值得一提的是扶壁臺單樁最大支反力的差別，因為臺后填土產生的巨大水平力及彎矩，再加上支座處結構重力及胸墻自重對承臺中心產生的彎矩，順橋向前后排樁的樁頂力相差很大，以本橋為例，計算后所得前排樁頂力為4 365 kN，而后排樁頂力僅1 854 kN，因此，在選取樁長時，對后排樁而言會造成一定浪費。當然，在填土高一定的情況下，通過調整扶壁間距、樁基礎排距，可以使前后排樁頂反力趨于均勻，當然，此舉會造成承臺順橋向尺寸加大，可綜合比較后選擇合適方案。

圖3 扶壁與胸墻計算模式示意圖

圖4 樁基與承臺計算示意圖

3 結語

扶壁式臺結合了傳統輕型薄壁臺與肋板臺的優點，能很好的解決特定情況下橋臺結構的合理選型。在橋梁設計過程中，下部結構的形式直接影響著整個設計方案的確定，橋址環境千變萬化，只有在設計過程中，通過不斷探索、總結，才能選擇更加合理、經濟的下部結構形式，進而提高整體結構的設計質量與使用效果。

[1] JTG D62-2004，公路鋼筋混凝土及預應力混凝土橋涵設計規范[S].