趙宏亮

1 概述

橋梁墩臺(tái)是橋梁結(jié)構(gòu)的重要組成部分，它主要由墩臺(tái)帽、墩臺(tái)身和基礎(chǔ)三部分組成。它承擔(dān)著橋梁上部結(jié)構(gòu)所產(chǎn)生的荷載，并將荷載有效地傳遞給地基基礎(chǔ)，起著“承上啟下”的作用。

在橋梁的總體設(shè)計(jì)中，墩臺(tái)的選型與結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)對(duì)整個(gè)設(shè)計(jì)方案有較大的影響。確定橋梁下部結(jié)構(gòu)應(yīng)遵循安全耐久、滿足交通要求、造價(jià)低、維修養(yǎng)護(hù)費(fèi)用小、預(yù)制施工方便、工期短、與周圍環(huán)境協(xié)調(diào)美觀等原則;同時(shí)還要考慮到結(jié)構(gòu)的受力、土質(zhì)構(gòu)造和地質(zhì)條件、水文、水流流速及河床性質(zhì)等諸多因素的影響。通過合理的設(shè)計(jì)和計(jì)算，確定基礎(chǔ)形式和埋置深度，使得墩臺(tái)有一個(gè)穩(wěn)定可靠的地基。

2 橋墩

2.1 橋墩的形式

橋墩按其構(gòu)造可分為實(shí)體墩、空心墩、柱式墩、框架墩等;按其受力特點(diǎn)可分為剛性墩和柔性墩;按其施工工藝可分為就地砌筑或澆筑橋墩、預(yù)制安裝橋墩;按其截面形狀可分為矩形、圓形、圓端形、尖端形及各種截面組合而成的空心橋墩。墩身側(cè)面可垂直，也可以是斜坡式或臺(tái)階式。

2.2 常用橋墩的適用性

由于橋墩形式的多樣化，使得橋梁設(shè)計(jì)人員在選型方面感到非常的頭疼。下面就常用類型橋梁墩臺(tái)的適用性作一簡述，以供設(shè)計(jì)人員參考。

實(shí)體式重力墩自身剛度大，具有較強(qiáng)的防撞能力，但同時(shí)存在阻水面積大的缺陷，比較適合修建在地基承載力較高，覆蓋層較薄，基巖埋深較淺的地基上。實(shí)體式輕型墩臺(tái)圬工體積較小，抗沖擊力較差，不宜用在流速大并夾有大量泥沙的河流或可能有船舶、冰塊、漂流物撞擊的河流中，一般用于中小橋梁上。

薄壁空心墩一般采用強(qiáng)度高、墩身壁較薄的鋼筋混凝土構(gòu)件。這種構(gòu)件由于削減了墩身自重，減小了軟弱地基的負(fù)荷，減小了自身的截面尺寸，使結(jié)構(gòu)在外觀上變得更加輕盈。

柱式橋墩是目前公路橋梁中廣泛采用的橋墩形式。它具有線條簡捷、明快、美觀，既節(jié)省材料數(shù)量又方便施工的特點(diǎn)，適用于橋梁寬度較大的城市橋梁和立交橋。設(shè)計(jì)人員應(yīng)根據(jù)橋?qū)挼男枰约暗匚锏孛矖l件，把獨(dú)柱、雙柱和多柱等進(jìn)行任意的組合。

2.3 設(shè)計(jì)中的注意事項(xiàng)

由于橋墩在構(gòu)造、施工工藝和截面形狀等方面的多樣性，近年來我國橋梁設(shè)計(jì)人員對(duì)下部結(jié)構(gòu)的造型設(shè)計(jì)有了顯著的變化，改變了以往橋墩粗、大、實(shí)的軀體，向著輕型、薄壁、注意造型的方向發(fā)展，從而提高了橋梁下部結(jié)構(gòu)的功能和結(jié)構(gòu)的美感。在現(xiàn)代化的國際大都市——上海市城市高架橋建筑方面體現(xiàn)了這一點(diǎn)。上海市的高架橋上部結(jié)構(gòu)為預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)鋼箱梁，呈拋物線型;下部的墩臺(tái)根據(jù)橋面寬窄及其周圍環(huán)境的不同，分別采用了Y形墩、H形墩、獨(dú)柱墩、多柱墩等多種形式，截面形狀分別為圓形和方形，從而使得該城市的高架橋像彩虹一樣環(huán)繞在城市之中。

3 橋臺(tái)

3.1 橋臺(tái)的形式

橋臺(tái)按其形式可劃分為重力式橋臺(tái)、輕型橋臺(tái)、框架式橋臺(tái)、組合式橋臺(tái)和承拉橋臺(tái)。

3.2 常用橋臺(tái)的適用性

由于橋臺(tái)形式多樣化，下面就常用類型橋臺(tái)的適用性作一簡述，以供設(shè)計(jì)人員參考。

U形橋臺(tái)構(gòu)造簡單，基底承壓面大，應(yīng)力較小，但圬工體積大，臺(tái)內(nèi)填土易積水、結(jié)冰、凍脹，使橋臺(tái)結(jié)構(gòu)產(chǎn)生裂縫。因此要注意中間填料要采用滲水性較好的土夯填，并做好臺(tái)背排水。

八字式和一字式橋臺(tái)適用河岸穩(wěn)定，橋臺(tái)不高，河床壓縮小的中小跨徑橋梁，對(duì)于跨越人工河道的橋梁及立交橋亦可采用。

薄壁式橋臺(tái)同薄壁式橋墩類同，可依據(jù)橋臺(tái)高度、地基強(qiáng)度和土質(zhì)等因素選定。

以上這些類型的橋梁墩臺(tái)，設(shè)計(jì)人員在設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)根據(jù)實(shí)際情況因地制宜。

4 墩臺(tái)基礎(chǔ)設(shè)計(jì)

在橋梁墩臺(tái)設(shè)計(jì)中，還有一個(gè)非常重要的事情，那就是墩臺(tái)基礎(chǔ)的設(shè)計(jì)。工程實(shí)踐表明:墩臺(tái)的地基與基礎(chǔ)的設(shè)計(jì)與施工質(zhì)量的好壞，是整個(gè)結(jié)構(gòu)質(zhì)量的根本問題。因?yàn)榛A(chǔ)工程是隱蔽工程，如有缺陷，較難發(fā)現(xiàn)，也較難彌補(bǔ)或修復(fù)，而這些缺陷往往直接影響整個(gè)橋梁的使用甚至安危。橋梁墩臺(tái)的造價(jià)，通常在整個(gè)橋梁造價(jià)中占相當(dāng)大的比重，尤其是在復(fù)雜地質(zhì)條件下或深水修筑基礎(chǔ)更是如此。因此，我們?cè)O(shè)計(jì)人員對(duì)墩臺(tái)基礎(chǔ)必須精心的設(shè)計(jì)，不得有馬虎的思想。

4.1 墩臺(tái)基礎(chǔ)類型

基礎(chǔ)根據(jù)埋置深度分為淺基礎(chǔ)和深基礎(chǔ)。一般將埋置深度在5 m以內(nèi)者稱為淺基礎(chǔ);由于淺層土質(zhì)不良，須把基礎(chǔ)埋置于較深的良好地層上，埋置深度超過5 m者稱為深基礎(chǔ)?；A(chǔ)埋置在土層內(nèi)深度雖較淺(不足5 m)，但在水下部分較深，如深水中橋墩基礎(chǔ)，稱為深水基礎(chǔ)。除了深水基礎(chǔ)，公路橋梁及人工構(gòu)造物最常用基礎(chǔ)類型是天然地基上的淺基礎(chǔ)，當(dāng)需要設(shè)置深基礎(chǔ)時(shí)常采用樁基礎(chǔ)或沉井基礎(chǔ)。

4.2 基礎(chǔ)資料的調(diào)查

首先在墩臺(tái)基礎(chǔ)設(shè)計(jì)之前，除了應(yīng)掌握有關(guān)全橋的資料，包括上部結(jié)構(gòu)形式、跨徑、荷載、墩臺(tái)結(jié)構(gòu)等及國家頒發(fā)的橋梁設(shè)計(jì)、施工技術(shù)規(guī)范外，還應(yīng)注意地質(zhì)、水文資料的搜集和分析，重視土質(zhì)、建筑材料的調(diào)查和試驗(yàn)。根據(jù)橋梁工程規(guī)模、重要性及架橋地點(diǎn)工程地質(zhì)、水文條件的具體情況和設(shè)計(jì)階段確定取舍。

4.3 軟弱地基的處理

在搜集了墩臺(tái)設(shè)計(jì)所需資料后，我們根據(jù)作用在地基與基礎(chǔ)上的計(jì)算荷載的不同特性，以及各種荷載出現(xiàn)的幾率把作用荷載進(jìn)行分類，并將實(shí)際可能出現(xiàn)的荷載組合起來，確定設(shè)計(jì)時(shí)的計(jì)算荷載。之后按其可能出現(xiàn)的最不利荷載組合情況進(jìn)行驗(yàn)算。

確定了基底應(yīng)力之后，我們即可根據(jù)收集到的地質(zhì)資料選擇合適的持力層。如果地基承載力不夠時(shí)，那么就要對(duì)地基進(jìn)行處理。

人工加固軟弱地基按其處理的基本原理大致可歸納為三類。第一類是挖除全部或部分軟弱地基土層，換填壓縮性低、強(qiáng)度高的土，稱為換土或墊層法。第二類是減小土體中的孔隙，使土密實(shí)，從而減小土的壓縮性，提高強(qiáng)度，有擠(壓)密法(如砂樁、夯實(shí)、振充碎石樁)，砂井預(yù)壓固結(jié)法。第三類是在土中注入或添加凝膠劑，填充孔隙，增強(qiáng)土顆粒間的聯(lián)結(jié)而達(dá)到加固目的，可以稱為液灌注加固法。

在選擇地基處理的方法時(shí)，我們不要盲目地進(jìn)行選擇，應(yīng)通過工程地質(zhì)勘測和土工試驗(yàn)，根據(jù)土層條件，結(jié)合上部構(gòu)造物，當(dāng)?shù)赜嘘P(guān)條件及工程費(fèi)用等，綜合考慮決定處理方案。

5 結(jié)語

當(dāng)?shù)鼗幚硗戤吅?，我們可以說墩臺(tái)設(shè)計(jì)的過程結(jié)束了，但是一個(gè)完善的墩臺(tái)設(shè)計(jì)需要有豐富的設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，需要熟練掌握各種力學(xué)、地質(zhì)學(xué)、水文、氣象等方面的知識(shí)。例如在太澳高速晉城至省界(濟(jì)源)段，中交公路規(guī)劃院的設(shè)計(jì)人員對(duì)于溝谷連續(xù)切入深度超100 m，地貌呈W地形、橋梁規(guī)模較大、施工條件十分困難的橋位，經(jīng)過對(duì)地形、橋梁設(shè)計(jì)與施工的合理程度經(jīng)濟(jì)技術(shù)的比較，推薦采用大跨徑預(yù)應(yīng)力混凝土斜拉橋的設(shè)計(jì)方案，達(dá)到了因地制宜，避免了深谷高橋墩的施工，其構(gòu)想可謂巧妙，結(jié)構(gòu)先進(jìn)，施工方便，玲瓏剔透。對(duì)于我們?cè)O(shè)計(jì)人員要經(jīng)常記錄自己的設(shè)計(jì)成功之處，學(xué)習(xí)別人的先進(jìn)之處，取長補(bǔ)短。這樣才能引進(jìn)新的設(shè)計(jì)思想和理念，在自己的橋梁設(shè)計(jì)方面有所突破，更好地為公路建設(shè)服務(wù)。

［1］ 顧安邦，范立礎(chǔ).高等學(xué)校教材:橋梁工程［M］.北京:人民交通出版社，2000.

［2］ 江祖銘，王崇禮.公路橋涵設(shè)計(jì)通用手冊(cè)《墩臺(tái)與基礎(chǔ)》［M］.北京:人民交通出版社，1994.

［3］ 李世文，李衛(wèi)華.武漢二七長江大橋主塔基礎(chǔ)設(shè)計(jì)［J］.山西建筑，2010，36(6):293-294.