橋梁下部結構精細化設計探討

粟 洪

(廣州市市政工程設計研究院)

1 前 言

近年來我國處于道路建設的高峰期，高速公路快速發展、城市道路等級不斷提高，導致橋梁、隧道等構造物的比重不斷提高，設計單位生產任務重、時間緊，而橋梁下部結構由于受上部結構、地形、地質、地震等多種因素的影響，國內各單位均無系統的橋梁下部結構標準圖，因此更容易出現設計因人而異以及考慮不周的情況，從而導致工程質量事故的發生。

2 橋梁下部結構設計細節研究

2.1 橋臺

(1)橋臺背墻傾斜角度

為了減少模板以及標準化生產，裝配式結構預制時并不考慮橋梁縱坡的影響，而是在主梁架設時通過旋轉相應坡度放置來實現橋面縱坡，因此，橋臺背墻必須設計為一定的傾斜角度，以保證橋臺背墻與主梁梁端縫隙e 上下一致，從而保證伸縮裝置安裝能夠順利進行并利于伸縮裝置維持在最佳工作狀態。

(2)橋臺背墻混凝土是否應設計為后澆

當上部結構為現澆預應力混凝土主梁時，橋臺背墻的混凝土施工應滯后于主梁施工，待主梁縱向預應力鋼束全部張拉完畢后再澆筑，否則橋臺端無法進行鋼束張拉。

當上部結構為預制主梁且橋梁處在大縱坡時，若澆筑完橋臺背墻再架設預制梁，會產生如下問題:

①背墻的存在壓縮了主梁架設時的縱向操作空間，采用兜底吊架梁時主梁容易碰撞到背墻;

②由于施工不可避免地存在誤差，主梁就位往往無法達到設計上的要求，最終很難保證就位后的主梁梁端與背墻前緣線之間的距離相等。當伸縮裝置安裝工作難以進行時，施工人員一般會采用剃鑿背墻或主梁梁端的方法來完成伸縮裝置的安裝，這樣一來雖然表面上解決了伸縮裝置的安裝工作，但橋臺背墻前緣處和主梁梁端卻遭到了破壞，給橋梁質量埋下了隱患。

對于橋梁處在平坡或縱坡很小的情況，選擇先澆筑還是后澆筑橋臺背墻對伸縮裝置安裝是沒有影響的，同時采用架橋機施工時，一般也不存在主梁與橋臺背墻的沖撞問題。

(3)耳墻厚度

臺后填土較高，一般均需要在道路兩側設置防撞護欄，以保證行車安全。

橋臺耳墻外邊緣線一般與背墻外邊緣線平齊，防撞護欄與耳墻在平面位置上必然存在重疊，確定耳墻厚度時除了需要滿足受力要求以外，還需在構造上滿足防撞護欄下伸鋼筋錨固的需要(要求耳墻厚度≥防樁欄底寬)。從受力角度看，耳墻除了承受土壓力以外，還受到從防撞護欄傳遞過來的汽車撞擊力(偶然荷載)作用，因此應適當加大耳墻厚度。

橋梁外側一般采用F 型混凝土防撞欄，底寬500 mm，因此建議耳墻厚度取500 mm，既可以滿足受力需要，又能滿足錨固構造要求。

2.2 擋塊、墊石

橋梁上部結構采用預制梁時，若橋面橫坡通過旋轉預制梁成坡，存在梁底位置隨橫坡變化的問題。

預制梁繞橋面中點旋轉后，結構中心線也相應旋轉，在保持頂板橫向位置不變時，梁底偏移水平值近似為梁高×橫坡，支座中心線也跟著偏移相同距離。以30 m 預制梁，旋轉2%橫坡為例，梁底、支座中心線均偏移水平值約6 cm。對下部結構設計將產生以下影響:

(1)支座墊石位置

由于裝配式橋梁，梁底調平塊隨主梁一起預制，而不是現場澆注，故無法根據墊石完工后位置調整梁底調平塊，因此墩臺設計時支座墊石中心線必須隨梁底偏移6 cm，否則預制梁底調平塊將與支座墊石形成錯位，造成支座偏心受壓，甚至無法安裝。

(2)擋塊位置與厚度

為了避免梁體旋轉以后主梁安放出現偏差，應對下部結構進行調整，有以下兩種處理方式:

方式一橋墩中心線與橋面中線保持一致，此時蓋梁左、右側擋塊必須按不等寬制作(即d ＜c)，才能滿足梁體旋轉以后的安放。

方式二:橋墩中心線與橋面中線不一致，平移至梁底中點，此時c≈d，相當于將下部結構整體進行了移動。

嚴格來說，預制梁旋轉后，為了保證擋塊與預制梁側面間隙上下一致，左、右側擋塊坡率應設計成不一致，假設預制梁側面坡率為1:n，逆時針旋轉i%的坡度，則左側擋塊坡率應為1 +n×i%:n，右側擋塊坡率應為1－n×i%:n。由于擋塊頂一般高出梁底約30 cm，預制梁旋轉坡度一般不超過2%，擋塊按側面坡率為1:n 設計時，誤差僅為6 mm，因此可以不考慮旋轉影響。

采用方式一應注意保證擋塊最小寬度滿足抗震的要求，當預制梁梁高、旋轉坡度較大時，梁底水平偏移量較大，采用方式一可能就不太合適，可采用方式二，但應注意方式二中樁位的變化。

2.3 樁柱墩

當橋梁采用樁柱式墩時，其橫向墩柱高差常由橫向地形控制，下面以雙柱墩為例，分2 種情況探討如何根據地形條件合理確定墩底標高。

(1)橫向地形較平緩

各墩柱墩底可設在同一個高程，方便設計與施工，同時又不致引起較大面積開挖。

(2)橫向地形較陡峭

山區公路橋梁設計時，常常遇到橋梁橫向地形起伏較大的情況，為了保護原地形的穩定性或盡量少破壞原地形，通常將柱式墩各墩高設計為不等高。由于兩側墩柱高度差別較大，對應樁基樁端深度也會不一致，此時樁基應特殊設計。

2.4 樁基

(1)樁頂箍筋加密段長度

對于地質情況良好的岸上樁基，樁頂箍筋加密段長度一般取樁頂以下3～5D(D 為樁基直徑)的范圍，就可以滿足受力需要。而對于以下幾種情況，為了保證樁基安全，樁頂箍筋加密段長度應在原有基礎上適當加長:

情況一:水中樁基

樁頂箍筋加密段長度應考慮沖刷深度(包含一般沖刷與局部沖刷)以及淤泥等較差土質的影響，適當加長，從樁頂加密至淤泥層層底(或沖刷線)以下3～5D(D 為樁基直徑)。

情況二:樁頂露出地面

對于高樁承臺中的樁基，樁頂露出地面，此時應保證樁基外露部分的箍筋全部加密，并再向下加密3～5D 范圍。

(2)樁基有效樁長

樁端承載力計算時，存在“有效樁長”的概念，對于水中樁基，“有效樁長”從局部沖刷線以下起算;地形陡峭處樁基，施工時常需在樁基附近設置施工平臺，平臺開挖區域附近的土體受到擾動，一般無法按設計要求提供足夠的摩阻力，“有效樁長”應不考慮該部分樁基長度。

3 結 語

本文對橋梁下部結構設計中需要注意的一些細節問題進行了歸納與總結，其中很多內容都涉及到施工方面，這就表明設計方案需要充分考慮施工的順序與可行性，切忌拋開施工做設計，不結合橋位處實際情況而盲目套用設計圖紙，否則必將產生工程的安全隱患以及較多的設計變更。最后希望本文地探討能夠為設計人員在今后橋梁下部結構精細化設計上提供一些啟發與參考。

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