橋梁下部結構選型與設計

摘 要：橋梁下部結構是橋梁整體的重要組成部分，因此，下部結構的選型與設計直接關系到整個橋梁工程的造價、周期和質量。為了充分保障通行車輛人員的安全，需要選擇合理的下部結構形式，并在設計上下功夫。

關鍵詞：橋梁；下部結構；選型；設計

0 前言

隨著經濟建設力度的加大，橋梁建設規模也越來越大，并在交通運輸中發揮重要的作用，在整個橋梁工程中，下部結構起著重要的支撐作用，因此，其結構選型與設計到位與否，直接關系到橋梁的穩定性和正常使用。本文將簡單敘述幾種常見的橋梁下部結構，并在此基礎上其選型與設計重點。

1 橋梁下部結構選型

橋梁下部結構指上部結構與地基之間的連接部分，負責傳遞由上至下的負荷，在下部結構選型與設計過程中，首先需要考慮的問題就是地質結構、水文流速、河床性質等因素對下部結構的影響，橋梁下部結構選型的主要依據即是上述影響因素。

1.1 橋臺

橋臺結構形式分為輕型橋臺、埋置式橋臺、鋼筋混凝土薄壁橋臺三種。輕型橋臺臺身為直立的薄壁墻，兩側有擋墻，其最大的特點是體積小，比較適合小跨徑橋梁，可與輕型橋墩搭配使用，常見的穩定方法是在橋臺下部設置鋼筋混凝土支撐梁，利用錨栓連接上部結構與橋臺，形成一個四鉸框架系統。埋置式橋臺主體所承受的土壓最小，臺身由混凝土和片石組成，適用于路基填土高度大于5m的橋梁，可以將臺身埋進錐形護坡內來增強穩定性[1]。鋼筋混凝土薄壁橋臺構造最為復雜，施工難度也最大，鋼筋用量較多，適用于填土較低或河床較窄的軟底地基，一般通過在豎直小墻和扶壁之間設置臺頂，并將其作為橋梁支撐結構。

1.2 橋墩

橋墩結構形式分為輕型橋墩和重力式橋墩兩種，輕型橋墩又可分為構架式橋墩、空心橋墩、樁柱式橋墩、薄壁式橋墩四種，這四種輕型橋墩的最大特點是基礎工作量小，施工進度較快，但是適用的橋梁類型不同。構架式橋墩對地基的要求較小，適合的范圍也較寬，空心橋墩表面與重力橋墩類似，是一種中空的橋墩種類，主要適用于高橋梁建設，樁柱式橋墩為就地灌注混凝土而成，施工難度較小，薄壁式橋墩借助橋跨結構來連接剛性橋墩與柔性橋墩，并以此形成一種相對靜定的結構，此時的剛性橋墩能夠承受大部分的水平力，并改善柔性橋墩的受力。重力式橋墩多為實體結構，鋼筋用量較少，不適合水流流速較大或泥沙含量較多的河流[2]。

2 橋梁下部結構設計

下部結構選型確定后，下一步的設計重點就是計算，包括蓋梁內力計算、橋臺內力計算、橋墩內力計算。

2.1 蓋梁內力計算

如果橋梁荷載是對稱布置的，一般按照杠桿原理進行內力計算，如果橋梁荷載是非對稱布置（偏心布置）的，則需要依據偏心受壓原理進行內力計算，不論是何種計算方式，都需要取最大值進行控制涉及，這兩種算法僅是不同布載狀況下的內力計算，并不涉及不利狀況下的內力計算[3]。

2.2 橋臺內力計算

橋臺內力計算除了需要考慮與橋墩的相似受力外，還要考慮豎向荷載土壓、搭板自重、負摩阻力等，因此，設計計算時需要注意以下幾點：（1）軟土地基上帶基樁的鋼筋混凝土薄壁橋臺內力計算需按照深層考慮分析；（2）軟基路段橋臺應當盡量與路線呈正交形式分布，并在合理的位置設置伸縮縫，縮短受拉區長度，控制臺身的豎向裂縫和斜向裂縫。計算埋置式橋臺土壓力時一般是從沖刷線起，對于土質較差的情況，需要反復驗算，確定深層土對樁水平力的影響。當橋頭路基出現沉降或滑動時，需要另外進行驗算，這是因為路基沉降過大會加大豎向土壓力的負摩阻力，造成樁基開裂或不均勻下沉，最終導致路基失穩，此外，路基滑動會使橋臺承受更多的水平土壓力，并遠遠超過計算值，對于處于填溝段或路基附近有溝壑的橋臺，需要尤其注意滑動驗算[4]。

2.3 橋墩內力計算

橋墩墩樁頂的最大豎向力計算比較簡單，重點和難點集中在水平力計算方面，一般需要運用集成剛度法原理進行計算，也就是將多種水平力在全聯墩臺上進行分配，最后根據彎矩、對應豎向力進行截面內力計算，這里的水平力涵蓋橋面汽車制動力、梁體混凝土收縮、徐變等產生的水平力。

3 樁筋及樁長設計注意事項

3.1 樁基截面配筋

理論上應當根據樁內彎矩包絡圖進行樁基面配筋計算和布置，一般是在最大彎矩處配筋，并從樁頂一直延伸到彎矩一般以上長度位置看，其余部分為混凝土，如果是軟基，樁主基需要穿過軟土層。

3.2 軟土地質條件下的橋梁樁基計算

如果橋梁樁基所在區域為軟土地質環境，則不能簡單的按照常規方法進行計算，需要結合實際受力特點進行分析，并采用“假設有效樁長”的計算方法進行計算，對于軟土地質條件，應當謹慎采用最大彎矩配筋方法，以免位置判斷錯誤，導致配筋長度不符[5]。

3.3 特殊環境下的計算

如果樁基變形較大，需要考慮樁土的受力特點，分析樁基受力模式時，應當結合整體體系進行計算。山嶺重丘區的橋墩多裸露于陡邊坡上，樁基多嵌入巖土中，計算嵌巖深度時需要分析有效的嵌巖深度和受力所需的水平寬度，只有綜合考慮嵌巖作用的影響因素才能確保結構的安全性和經濟性。

4 結語

在橋梁設計過程中，下部結構選型和設計方案是兩項重點內容，對整個橋梁建設質量的影響較大。在確定橋梁下部結構形式時，應當注重符合工程實際需求，并遵循安全耐用的原則，盡量選擇工程造價低、維護簡便的下部結構形式。下部結構設計時，應當結合當地的水文、地質條件，并考慮溫度和地震等外界因素的影響作用，只有善于總結經驗，敢于創新，才能不斷提高橋梁下部結構設計質量和使用效果。

參考文獻：

[1]王淑濤，趙樂，徐亮.抗震新理念下常規橋梁下部結構優化設計探討[J].公路交通科技（應用技術版），2012（06）：346-349.

[2]劉海峰，毛小東，李清朋.第十三屆冬運會速滑館屋蓋結構選型與設計[J].建筑結構，2013（S1）：305-310.

[3]張煒煌.超深基槽重力式碼頭結構選型與設計關鍵技術[J].水運工程，2014（04）：52-56.

[4]胡文軍，李華云，肖海珠.基于考慮無縫線路軌道力的鐵路橋梁下部結構剛度控制研究[J].高速鐵路技術，2015（01）：32-37.

[5]崔如平，崔煥杰.基于公路橋梁下部結構施工技術的探討[J].企業技術開發，2015（06）：157-158.