橋梁下部結(jié)構(gòu)選型與設(shè)計(jì)

摘 要：橋梁下部結(jié)構(gòu)是橋梁整體的重要組成部分，因此，下部結(jié)構(gòu)的選型與設(shè)計(jì)直接關(guān)系到整個(gè)橋梁工程的造價(jià)、周期和質(zhì)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(jié)構(gòu)形式，并在設(shè)計(jì)上下功夫。

關(guān)鍵詞：橋梁；下部結(jié)構(gòu)；選型；設(shè)計(jì)

0 前言

隨著經(jīng)濟(jì)建設(shè)力度的加大，橋梁建設(shè)規(guī)模也越來(lái)越大，并在交通運(yùn)輸中發(fā)揮重要的作用，在整個(gè)橋梁工程中，下部結(jié)構(gòu)起著重要的支撐作用，因此，其結(jié)構(gòu)選型與設(shè)計(jì)到位與否，直接關(guān)系到橋梁的穩(wěn)定性和正常使用。本文將簡(jiǎn)單敘述幾種常見的橋梁下部結(jié)構(gòu)，并在此基礎(chǔ)上其選型與設(shè)計(jì)重點(diǎn)。

1 橋梁下部結(jié)構(gòu)選型

橋梁下部結(jié)構(gòu)指上部結(jié)構(gòu)與地基之間的連接部分，負(fù)責(zé)傳遞由上至下的負(fù)荷，在下部結(jié)構(gòu)選型與設(shè)計(jì)過(guò)程中，首先需要考慮的問(wèn)題就是地質(zhì)結(jié)構(gòu)、水文流速、河床性質(zhì)等因素對(duì)下部結(jié)構(gòu)的影響，橋梁下部結(jié)構(gòu)選型的主要依據(jù)即是上述影響因素。

1.1 橋臺(tái)

橋臺(tái)結(jié)構(gòu)形式分為輕型橋臺(tái)、埋置式橋臺(tái)、鋼筋混凝土薄壁橋臺(tái)三種。輕型橋臺(tái)臺(tái)身為直立的薄壁墻，兩側(cè)有擋墻，其最大的特點(diǎn)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(wěn)定方法是在橋臺(tái)下部設(shè)置鋼筋混凝土支撐梁，利用錨栓連接上部結(jié)構(gòu)與橋臺(tái)，形成一個(gè)四鉸框架系統(tǒng)。埋置式橋臺(tái)主體所承受的土壓最小，臺(tái)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(tái)身埋進(jìn)錐形護(hù)坡內(nèi)來(lái)增強(qiáng)穩(wěn)定性[1]。鋼筋混凝土薄壁橋臺(tái)構(gòu)造最為復(fù)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(guò)在豎直小墻和扶壁之間設(shè)置臺(tái)頂，并將其作為橋梁支撐結(jié)構(gòu)。

1.2 橋墩

橋墩結(jié)構(gòu)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(gòu)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(diǎn)是基礎(chǔ)工作量小，施工進(jìn)度較快，但是適用的橋梁類型不同。構(gòu)架式橋墩對(duì)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(shè)，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(jié)構(gòu)來(lái)連接剛性橋墩與柔性橋墩，并以此形成一種相對(duì)靜定的結(jié)構(gòu)，此時(shí)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(shí)體結(jié)構(gòu)，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(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

下部結(jié)構(gòu)選型確定后，下一步的設(shè)計(jì)重點(diǎn)就是計(jì)算，包括蓋梁內(nèi)力計(jì)算、橋臺(tái)內(nèi)力計(jì)算、橋墩內(nèi)力計(jì)算。

2.1 蓋梁內(nèi)力計(jì)算

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

2.2 橋臺(tái)內(nèi)力計(jì)算

橋臺(tái)內(nèi)力計(jì)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(fù)摩阻力等，因此，設(shè)計(jì)計(jì)算時(shí)需要注意以下幾點(diǎn)：（1）軟土地基上帶基樁的鋼筋混凝土薄壁橋臺(tái)內(nèi)力計(jì)算需按照深層考慮分析；（2）軟基路段橋臺(tái)應(yīng)當(dāng)盡量與路線呈正交形式分布，并在合理的位置設(shè)置伸縮縫，縮短受拉區(qū)長(zhǎng)度，控制臺(tái)身的豎向裂縫和斜向裂縫。計(jì)算埋置式橋臺(tái)土壓力時(shí)一般是從沖刷線起，對(duì)于土質(zhì)較差的情況，需要反復(fù)驗(yàn)算，確定深層土對(duì)樁水平力的影響。當(dāng)橋頭路基出現(xiàn)沉降或滑動(dòng)時(shí)，需要另外進(jìn)行驗(yàn)算，這是因?yàn)槁坊两颠^(guò)大會(huì)加大豎向土壓力的負(fù)摩阻力，造成樁基開裂或不均勻下沉，最終導(dǎo)致路基失穩(wěn)，此外，路基滑動(dòng)會(huì)使橋臺(tái)承受更多的水平土壓力，并遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)計(jì)算值，對(duì)于處于填溝段或路基附近有溝壑的橋臺(tái)，需要尤其注意滑動(dòng)驗(yàn)算[4]。

2.3 橋墩內(nèi)力計(jì)算

橋墩墩樁頂?shù)淖畲筘Q向力計(jì)算比較簡(jiǎn)單，重點(diǎn)和難點(diǎn)集中在水平力計(jì)算方面，一般需要運(yùn)用集成剛度法原理進(jìn)行計(jì)算，也就是將多種水平力在全聯(lián)墩臺(tái)上進(jìn)行分配，最后根據(jù)彎矩、對(duì)應(yīng)豎向力進(jìn)行截面內(nèi)力計(jì)算，這里的水平力涵蓋橋面汽車制動(dòng)力、梁體混凝土收縮、徐變等產(chǎn)生的水平力。

3 樁筋及樁長(zhǎng)設(shè)計(jì)注意事項(xiàng)

3.1 樁基截面配筋

理論上應(yīng)當(dāng)根據(jù)樁內(nèi)彎矩包絡(luò)圖進(jìn)行樁基面配筋計(jì)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(zhǎng)度位置看，其余部分為混凝土，如果是軟基，樁主基需要穿過(guò)軟土層。

3.2 軟土地質(zhì)條件下的橋梁樁基計(jì)算

如果橋梁樁基所在區(qū)域?yàn)檐浲恋刭|(zhì)環(huán)境，則不能簡(jiǎn)單的按照常規(guī)方法進(jìn)行計(jì)算，需要結(jié)合實(shí)際受力特點(diǎn)進(jìn)行分析，并采用“假設(shè)有效樁長(zhǎng)”的計(jì)算方法進(jìn)行計(jì)算，對(duì)于軟土地質(zhì)條件，應(yīng)當(dāng)謹(jǐn)慎采用最大彎矩配筋方法，以免位置判斷錯(cuò)誤，導(dǎo)致配筋長(zhǎng)度不符[5]。

3.3 特殊環(huán)境下的計(jì)算

如果樁基變形較大，需要考慮樁土的受力特點(diǎn)，分析樁基受力模式時(shí)，應(yīng)當(dāng)結(jié)合整體體系進(jìn)行計(jì)算。山嶺重丘區(qū)的橋墩多裸露于陡邊坡上，樁基多嵌入巖土中，計(jì)算嵌巖深度時(shí)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(jié)構(gòu)的安全性和經(jīng)濟(jì)性。

4 結(jié)語(yǔ)

在橋梁設(shè)計(jì)過(guò)程中，下部結(jié)構(gòu)選型和設(shè)計(jì)方案是兩項(xiàng)重點(diǎn)內(nèi)容，對(duì)整個(gè)橋梁建設(shè)質(zhì)量的影響較大。在確定橋梁下部結(jié)構(gòu)形式時(shí)，應(yīng)當(dāng)注重符合工程實(shí)際需求，并遵循安全耐用的原則，盡量選擇工程造價(jià)低、維護(hù)簡(jiǎn)便的下部結(jié)構(gòu)形式。下部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)當(dāng)結(jié)合當(dāng)?shù)氐乃?、地質(zhì)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(jié)經(jīng)驗(yàn)，敢于創(chuàng)新，才能不斷提高橋梁下部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)質(zhì)量和使用效果。

參考文獻(xiàn)：

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