淺析樁柱式橋臺配筋和構造設計對裂縫的影響

關鍵詞：樁柱式橋臺;橋臺背墻鋼筋;橋臺背墻構造;橋臺裂縫。

1橋臺配筋設計對臺背混凝土裂縫的影響

樁柱式橋臺是輕型橋臺中常用的結構形式之一，它具有構造簡約、混凝土體積小、施工簡便、造價低等優點，在城市中小橋梁設計中得到廣泛應用。由于其混凝土體積小，受力模型不復雜，對于橋梁設計師來說，難度并不大，但在我的橋梁設計工作經歷中，我對以往工程案例中橋臺背墻配筋設計產生了疑惑，無論臺下樁基如何布置，橋臺背墻頂部縱向鋼筋配筋率都很高，40cm厚的背墻，頂部縱向鋼筋數量多數為8C25。經過我的調查了解，多位工程師對這種配筋方式的看法有所不同。概括為以下3類觀點：

（1）樁柱式橋臺臺身與L型蓋梁性質相似，臺身產生負彎矩（下部受拉為正）時，頂部受拉混凝土截面寬度小，故需增加受拉鋼筋以提高抵抗負彎矩的能力。

（2）橋臺處于剛性路基和柔性路基交界處，路基的不均勻沉降會導致橋頭產生跳車現象。對橋臺頂部混凝土有沖擊作用，所以要將頂部鋼筋配強一些，以抵抗沖擊作用。同時也為滿足受拉鋼筋配筋率不小于規范中配筋率要求的限值。

（3）背墻和臺身的混凝土體積相差很大，背墻可看作橋臺帽梁的附屬構件，當橋臺帽梁受彎、扭、溫度等作用時，背墻會參與受力。容易比主結構先被破壞，故需要加強背墻頂部配筋。如果背墻不參與縱向受，僅作一個擋土構件，那它就不易產生豎向裂縫。也不需加強縱向配筋。

可見，橋臺裂縫是一個值得橋梁設計師探討和深究的問題。

2橋臺配筋設計對臺背混凝土裂縫的影響

2.1結構描述

為了有利于分析橋臺模型在各種條件下產生的計算結果的差異性，文章對單一條件下的靜力計算結果進行對比。假設條件為10m寬人行橋，上部采用7片交通部空心板梁，梁間距為1.25m，每片梁在梁斷面中心處設一個板式橡膠支座。臺帽寬1.4m，高1m，背厚0.4m，高1.25m，臺帽下接3根0.8m直徑的灌注樁，樁間距3.5m。橋臺配筋方式為縱向鋼筋帽梁底（簡稱1#筋）14 C 25，帽梁頂11 C 22（簡稱2#筋），背墻頂（簡稱3#筋）8 C 25;箍筋豎向2肢C 12，間距15cm。

按照上述結構描述使用Midas civil2021版和Midas designer橋梁計算軟件進行三維梁柱建模，用Workbench2021 R1版軟件建立實體模型輔助分析。兩個數字模型同樣是將上部荷載全部換算成7個-200kN的豎向集中力分別作用在相應的支座處，通過在樁底設置彈性支承的方式來近似模擬邊界條件。經計算，在上部荷載和自重作用下，本模型背墻頂部裂縫最大位置出現邊樁頂的8號單元處，保持1#鋼筋不變，分別僅改變3#筋和2#鋼筋直徑后運行計算，8號單元處裂縫寬度結果如表2.1所示。

通過對以上數據對比可知，樁間距為3.5m的樁柱式橋臺，僅在上部結構作用和臺身自重作用下，臺身產生的內力遠小于抗彎承載能力。背墻頂部產生的裂縫也遠小于規范限值0.2mm。可初步得出結論，3 #筋對臺身抗裂和抗彎承載能力的影響要大于2#鋼筋，根據正常使用承載能力計算原理判斷，3#鋼筋的對裂縫的影響程度大于2#鋼筋的主要原因是受力鋼筋合力點距中性軸的距離不同，有效截面高度不同。結果表明第1節第（1）條觀點中3#鋼筋可提高臺身抵抗負彎矩的能力的觀點正確，但如果說3#鋼筋僅僅是為了提高抗彎能力，還需要進一步論證，因為從結構驗算結果可知，臺身抗彎承載能力需求并不大。

3跳車現象影響與配筋率要求

跳車現象的作用主要是對混凝土進行了沖切破壞，輪胎的集中力會使背墻頂表層混凝土骨料松動脫落，但抵抗沖切破壞的有效方法是增加混凝土寬度和厚度，增強縱向主筋對防止混凝土受到沖切破壞效果并不顯著。城市橋梁橋臺頂部一般會設置伸縮縫，伸縮縫這部分的混凝土一般是在伸縮縫安裝完成后澆筑鋼纖維混凝土。鋼纖維混凝土可有效的減小表面混凝土的破壞。所以說不需要增強3#鋼筋來防止跳車現象對橋梁構件造成破壞。

如果不是跳車現象的原因，那會不會是為了滿足相關規范的構造要求呢？《公路鋼筋混凝土及預應力混凝土橋涵設計規范》（JTG 3362-2018）9.1.12節第2條說明：受彎構件、偏心受拉構件及軸心受拉構件的一側受拉鋼筋的配筋百分率不應小于45ftd/fsd，同時不應小于 0.2mm。3#筋滿足本條要求的前提是橋臺臺身為受彎構件，且頂部受拉。這與支座布置和樁基布置有關，橋梁上部結構形不同，布置支座的方式就不同。例如2.1節提到的10米寬的空心板梁橋，臺身就是樁頂有負彎矩的受彎構件。此時頂部配筋率要求需按上述規范9.1.12條執行。若將上部結構換成單箱多室大箱梁，就可以僅在三個樁頂位置的帽梁上設置支座，或者帽梁下只接兩根樁，支座布置在兩根樁基之間。此時臺身就是非受彎構件或是只有正彎矩沒有負彎矩的構件，此時背墻頂配筋率不需要滿足上述規范9.1.12條要求。

4橋臺構造措施工對臺背混凝土裂縫的影響

在2.1節所述結構的基礎上保持其它條件不變，僅在負彎矩最大處將橋臺背墻設置一道斷縫，橋臺帽梁保持連續。橋臺幾乎全部埋置在土里，梯度升降溫作用很小，計算模型中溫度作用僅考慮整體升降溫作用，但理論中假設混凝土材質均勻整體升降溫作用就不造成混凝土產生裂縫，而一般情況下，混凝土內部材質都是不均勻的，在溫度或混凝土干縮等作用下，會產生局部縫縫，對于這種裂縫，只需布置面層防裂鋼筋網即可，并不需要加強縱向主受力鋼筋。

如果在橋臺背墻負彎矩較大處設斷縫，背墻僅作為擋土構件使用，可有效防止背墻頂部產生裂縫，這是毫無疑問的，但是這樣做就減弱了梁的作用，因為斷縫處的橋臺截面有效高度降低了，所以抗彎承載能力也就減弱了，在荷載不變的前提下，帽梁頂的裂縫寬度就會變大。用Midas designer對有無斷縫處理的兩個橋臺模型分別進行結構抗彎抗裂驗算，第2.2節中無斷縫的模型名稱為模型一，在負彎矩最大處設斷縫的計算模型名稱為模型二。計算結果對比如表4.1所示。

5結論

文章僅適用一般城市橋梁樁柱式橋臺。由于作者受知識積累和工作經驗限制，所提出結論為建議。請各位專業老師不吝賜教，給予指正。

在進行橋臺配筋設計前應先進對臺身進行受力分析，如臺身橫橋向所受負彎矩較小，臺身縱向鋼筋宜按矩型蓋梁構造要求控制;如臺身模橋向所受負彎矩較大，則優先加強3#鋼筋，其次加強2#鋼筋。

溫度作用對橋臺縱向鋼筋設置需求較小，只需混凝土面層鋼筋滿足防裂要求即可，驗算時應注意溫度對樁頂位移的間接作用。

除特殊情況外不建議樁柱式橋臺背墻設置斷縫。

參考文獻：

[1] JTG 3362-2018，公路鋼筋混凝土及預應力混凝土橋涵設計規范.

[2] 廖朝華.墩臺與基礎（第二版），人民交通出版社2013

作者簡介：張書奎（1993-），男，漢族，河南，上海市園林設計研究總院有限公司，助理工程師，本科，橋梁專業。