橋臺結構選型及設計的探討

魏國

摘 要：道路和橋梁建設的增加是交通運輸快速發展和人民生活質量提高的重要體現，這些項目的實施改善了我國的交通網絡體系，為區域經濟發展創造了良好條件和文化交流。橋臺結構是否安全穩定將決定其是否可以安全可靠的支撐起上部結構和橋梁整體，在設計過程中，必須遵守相應的標準規范，保證下部結構安全穩定的前提下為上部結構提供安全可靠支撐。在此基礎上，本文從設計角度出發提出根據不同橋梁類型、地質水文情況、橋梁高度如何選定橋臺結構形式，并針對現場實際地形提出一些優化橋臺結構方法，這些方法不僅可以滿足橋臺結構安全需要，更能有效降低工程造價。

關鍵詞：道路橋梁;橋臺結構;優化設計

0 引言

在道路與橋梁工程建設和運營階段，必然會對現場環境產生一些影響，若橋梁在設計過程中未充分考慮對現場環境的影響程度和采取必要減少對現場環境的影響程度的措施，建設和運營過程中若要再采取措施減少對現場環境的影響，勢必需要付出高昂的經濟成本，因而為使橋梁工程更好地匹配現場環境，就需要從橋梁設計階段開始，充分考慮橋梁上部結構和下部結構設計方案與周圍環境的匹配性，通過多方案比較盡最大程度減少對現場環境影響程度。橋臺結構設計不僅要保證橋梁結構安全，更應在降低工程造價同時適應現場環境。

1 橋梁下部結構概述

橋梁是供道路、渠道、管線、行人等跨越河流、山谷或其他交通線路等各種障礙物時所使用的承載結構物，通常可分上部結構和下部結構，其中上部結構也稱橋跨結構。橋梁下部結構是指橋梁結構中設計在地基上用以支撐橋跨結構，將其荷載傳遞至地基的結構部分，一般包括橋墩、橋臺和墩臺基礎。橋墩是多跨橋梁中處于相鄰橋跨之間并支撐上部結構的構造物，橋臺是位于橋梁兩端與路基相連并支撐上部結構的構造物，墩臺基礎是橋梁墩臺底部與地基相接觸的結構部分。目前設計過程中，根據橋臺高度、地質情況通常橋臺可分為樁柱式橋臺，勒板式橋臺、重力式橋臺等;橋臺基礎根據地質情況分為擴大基礎和樁基礎，其中樁基礎又可分為鋼筋混凝土摩擦樁和嵌巖樁。

2 橋臺結構型式的選擇

（1）樁接蓋梁式橋臺。樁柱式橋臺主要由樁基礎、短柱、臺帽、背墻和橋臺兩側耳墻組成，該類橋臺一般適用于30 m以下小跨徑梁式橋臺，橋臺處地面至橋面高度2 m～5 m，橋臺前方和兩側做少量的錐坡防護。該橋臺設計過程中，通常采用單排樁柱基礎，樁柱可采用相同或不同直徑，一般樁柱采用不同直徑且樁柱在地面附近為變截面樁柱比較合理;臺帽高度一般根據橋跨大小和下部樁間距來計算，另為保證橋臺樁基礎不承受上部結構傳遞較大不平衡彎矩作用，通常設計盡量保證臺帽頂支座中心線和單排樁基礎中心線相重合。

（2）勒板式橋臺。勒板式橋臺在實際工程中應用最多，其主要由樁基礎或天然基礎、承臺、勒板、臺帽、背墻和橋臺兩側耳墻組成，該類橋臺一般適用于橋臺處地面至橋面高度4 m～8 m，橋臺前方和兩側須設置錐坡防護，保證橋臺的勒板、承臺都埋入土中。為保證勒板承擔較小的土壓力，一般勒板在橫橋向設計寬度較小[2]，縱橋向采用較大尺寸以增加其抗彎剛度，使上部結構傳遞的豎向力能均勻傳遞到承臺和樁基礎，也大大減小了樁基需要承擔的縱橋向彎矩作用;承臺一般按照構造要求設計。

（3）重力式橋臺。重力式橋臺主要由基礎、臺身、臺帽、背墻和橋臺兩側側墻組成，該類橋臺一般適用于橋臺處地面至橋面高度5 m～10 m，橋臺后方一般順接路基重力式路堤墻。該橋臺主要靠自重來平衡臺后土壓力，其中橋臺基礎、臺身和側墻多數由漿砌片石、片石混凝土或素混凝土就地澆筑，臺帽和背墻一般采用鋼筋混凝土澆筑，因臺帽全部支撐在臺身上，無需承受彎矩作用，臺帽厚度一般采用40 cm～50 cm，僅按構造配置鋼筋。

3 橋臺結構設計探討

（1）臺階式重力橋臺。重力式橋臺縱橋向長度一般為5 m～8 m，橫橋向寬度比橋寬1 m左右，由于該類橋臺基礎尺寸較大，因而僅適用于基礎持力層好、橋臺處地勢平緩，基礎開挖工程量小地形。而山區橋梁多數架設于“V”形山谷，且巖層外露，在該類地形上修建橋梁，若采用一般形式重力式橋臺必然會引起大量邊坡開挖和邊坡支護，現場施工難度大，工程造價高，因而橋臺設計時需根據現場地形將重力式橋臺設計成臺階形狀[2]。

如在某V型山谷修建一座小型拱橋，地表2 m以下為中風化花崗巖，為降低施工難度和減少橋臺開挖工程量，根據該山谷花崗巖傾角將側墻基礎設計成臺階形狀;另為加大橋臺抗滑穩定系數，由于橋臺開挖后中風化巖面新鮮、完整，設計采用直徑32 mm錨桿錨入中風化巖層2.0 m，預留1.0 m澆筑在混凝土拱座內，錨桿間距0.6×0.6 m，使橋臺抗滑穩定顯著增大。本橋通過優化設計方案，使橋臺結構不僅保證其安全，更在降低工程造價同時最大程度減少對現場環境影響。

（2）扶壁式橋臺。重力式橋臺主要靠自重來平衡土壓力，對于30 m以下小跨徑橋梁，其橋臺自重作用在基底產生的豎向力一般為上部恒載傳遞到基底豎向力的2～3倍，甚至更大，若橋臺基礎持力層較好，設計采用擴大基礎即可滿足承載力要求;若基礎持力層不好，設計需采用摩擦樁基礎時，由于重力式橋臺自重過大，導致橋臺樁基長度顯著增大（其中樁基約70%長度來承受橋臺自重作用），橋臺工程投資明顯偏高。因而對于基礎持力層較差的重力式橋臺設計將其優化為扶壁式橋臺，通過將重力式橋臺中自重最大臺身

和側墻調整成鋼筋混凝土扶壁和前墻，在滿足橋臺結構安全同時又能降低橋臺自重和減短樁長。

如在陜北某馬蘭狀黃土地區修建一座20 m長11 m寬跨線橋，由于橋臺后需順接路基扶壁式擋土墻，設計最早采用8 m高重力式橋臺，側墻長5 m，該橋臺自重約為9 000 kN，上部恒載在橋臺處產生豎向力約為2 100 kN，橋臺自重約為上部恒載在橋臺處產生豎向力的4倍，樁基長度40 m偏長，橋臺結構尺寸不合理;通過將橋臺優化調整為鋼筋混凝土扶壁式橋臺，其中前墻厚0.75 m，側墻厚厚0.6 m，勒板厚0.5 m厚（間距1.75 m一道，全橋布置5道），橋臺整體高度和寬度不變，該扶壁式橋臺自重約為5 500 kN，橋臺自重減少40%，使橋梁樁基長度減短約30%。本橋通過在設計階段優化方案，使橋臺結在保證安全同時降低工程造價。

4 結語

在進行橋梁設計時，將上部結構的各種荷載傳遞給基礎的下部結構是否安全可靠，其直接影響著整座橋梁結構的安全性和穩定性，而橋臺結構作為橋梁下部結構的重要組成部分，更起著至關重要的作用。因此在進行橋臺設計時，應按照“安全、耐久、適用、環保、經濟和美觀的原則”出發，使橋臺結構設計時不僅要保證其安全穩定，更應在降低工程造價同時使其與現場環境融為一體， 從而使整座橋梁工程得到最堅實的保障。 這就要求設計者不斷探索和總結，不斷提高設計思想和開拓設計理念，使設計產出布局更為合理和經濟。

參考文獻：

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