橋梁下部結構設計方法

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引言

橋梁下部結構能在很大程度上影響橋梁的質量、造價與施工工期等，并且很大一部分橋梁事故的發生都與其下部結構設計有著極大的聯系，比如說沉降的程度不同可能引起橋面斷裂或者傾斜的情況發生。在全面的橋梁工程的設計過程中，設計的重點之一便是橋梁下部結構相關設計，如果設計的科學合理，那么整體的橋梁工程安全系數能夠提升許多，并且還能達到控制成本的目的。

一、橋梁下部結構的介紹

(一)橋梁下部組成部分介紹。橋梁的關鍵構成之一便是下部結構，也就是我們平常所說的橋梁墩臺，它是由三方面構成的：一是橋墩，二是橋臺，三是基礎。橋梁的下部結構主要的作用就是將上部結構產生的作用力傳遞到地基，并且橋臺和路堤的連接也需要承受相應的橋頭填土壓力。而墩臺在很大程度上影響著橋梁的高度以及平面上的方位，很容易受到自然環境的影響，比如：地貌、土地質量、氣候以及水文等原因。

(二)我國橋梁下部結構形式。中國現代化橋梁建造的歷史比不是很久遠，但取得的成就確實令世人矚目的。中國解放以后，才興起沉井基礎、管柱基礎以及鉆孔灌注樁基礎等相關橋梁設計與技術。比如說：我國錢塘江大橋就主要運用了相關的氣壓沉箱基礎；我長江之上的武漢長江大橋更是首次運用創新技術——管柱基礎，并且其展現出來的結夠優勢很明顯，很多海外國家相繼引用了這一技術。

上世紀八十年代，中國才開始興建跨海大橋。廈門大橋則第一次創新使用了嵌巖鉆孔灌注樁基礎作為下部結構；而連接我國珠三角地區的主要橋梁虎門大橋運用的是鉆孔灌注樁基礎。東海大橋是中國首座具備世界影響力與關注度的大橋，其主要運用的是鉆孔灌注樁基礎，而部分非通航工段則運用的是鋼管樁基礎，此種基礎形式的使用能夠更好的展現出橋梁的耐久性與安全性，并且能夠使造價和工期保持在合適的范圍內，屬于中國橋梁建筑的經典之作。

二、橋梁下部結構的選型

(一)橋臺結構型式的選擇。通常情況下，橋臺主要被劃分為三類結構形式：一是輕型橋臺，二是埋置式的橋臺，三是鋼混凝土薄壁橋臺；這些不同類型的橋臺有著各自的差異與特征，也就意味著它們的適用范圍有所差別。

(二)橋墩結構型式的選擇。而選擇對應橋墩的基本原則如表1所示：橋高要低于50米，橋梁上部的結構需要設計成先簡后支的T型結構，而對應的橋墩一般使用的是雙柱式或十字墩式的結構，其中運用極為普遍的是單幅雙柱式橋墩。而在一些特殊地貌則需要降低樁基數目，比如在巖溶地區或者樁基施工難度很大的地區通常采用的是單柱單樁的橋墩結構。而那些位于山區或河谷的橋梁建設，需要注意到橋墩的抗撞能力，比如構建剛度強的單柱墩。

表1 橋墩形式的選擇

按照橋墩上部構造與對應高度這一角度來劃分橋墩類型，能夠分為空心薄墩、柱式墩以及雙薄壁墩等。其中，柱式墩是我國普遍運用的橋墩類型，其具備的優勢是重量較輕、穩定性強、施工難度較低以及美觀大方等。

三、橋梁下部結構設計的方法

(一)橋墩與橋臺的設計。關于墩臺設計這方面，首先需要計算好墩臺需要負荷的載量，通過各荷載與外力的相關計算值，科學的計算出墩臺在通常狀況下需要承擔的最大荷載量。庫倫主動土壓力公式測試土壓力所使用的計算方式，但卻不可以使用郎肯土壓力計算方式，在設計過程中要利用好庫倫主動土壓力公式進行計算，因為這兩種土壓力計算方式有著本質上的區別：朗肯理論主要的側重點在于墻后填土每一點破壞，能夠達到的極限狀態；而庫倫理論則的側重點是滑動土體的剛體極限平衡。而墩可能會受到各種荷載的綜合作用，所以拋去對應的恒載外，其他一些荷載的數值是根據具體情況而不斷變化的，并且這些荷載可能會在同一時期發生，也可能分散的出現。

(二)高墩的設計。在相關的橋梁設計當中，針對那些較低的橋墩，設計過程中用首先需要考慮的就是這類橋墩的強度是否符合。針對那些高墩的橋梁來說，設計過程中的側重部分就是橋墩的實際高度、相關的穩定性與墩頂彈性水平位移等方面的計算與驗證。

(三)防撞結構設計。防撞結構的設計主要為了應付流水的撞擊、流冰堆積的流水對橋墩的損害與可能出現的船只撞擊等情況的發生。從流水以及流冰的沖擊方面來說，在冰的厚度超過50cm并且流速超過1m/s的河流中，需要在迎面水流方向構建相應的破冰設施。而對于那些船只來往繁多的河流上，大量船只的往來免不了出現船只碰撞橋墩的情況發生，所以這類環境下的橋墩設計中不只要要求橋墩具備很強的抗撞擊能力，還要設計一些有緩沖作用的構造或者設施，減輕船只對橋墩產生的撞擊力，在很大程度上能夠有效的避免橋墩受損。

(四)耐久性設計。關于橋梁下部耐久性的設計主要包括三方面：一是承臺和墩柱的相關耐久度設計，二是管樁耐久度的相關設計，三是鉆孔樁方面的耐久性設計。不同環境與氣候下對橋梁下部結構的腐蝕程度有著直接的影響，這使得橋梁的整體安全性有所降低。橋梁下部結構的相關耐久性設計主要運用的是陰極保護、表面覆蓋防護材料等。比如說針對管樁耐久性的設計，能夠運用包覆層進行保護；或者使用一些高耐久性的混泥土讓其密實度有效地提升，是對應的孔隙率大大降低；還可以恰當的增加混泥土保護層的厚度，來保障管樁耐久性。

三、結語

橋梁的相關設計人員需要充分的、綜合的認識到橋梁設計的相關理論與技術知識，并且還需要對地理知識有一定的了解，重視橋梁建設區域的地質環境，并向地質技術人員進行交流探討。在橋梁下部結構的設計環節中，要注意到經濟與科學的基本方式，全面的考慮之后才可以敲定最后的工程設計方案，確保橋梁設計的質量與水平能夠有所提升。