橋梁下部結構設計方法

(1，2.內(nèi)蒙古赤峰坤恒建筑工程有限公司 內(nèi)蒙古 赤峰 024000；3.內(nèi)蒙古赤峰市松山區(qū)財政局 內(nèi)蒙古 赤峰 024000)

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(fā)生都與其下部結構設計有著極大的聯(lián)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(fā)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(shù)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(chǎn)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(huán)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(xiàn)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(chuàng)新技術——管柱基礎，并且其展現(xiàn)出來的結夠優(yōu)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(chuàng)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(qū)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(xiàn)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(nèi)，屬于中國橋梁建筑的經(jīng)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(shù)目，比如在巖溶地區(qū)或者樁基施工難度很大的地區(qū)通常采用的是單柱單樁的橋墩結構。而那些位于山區(qū)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(yōu)勢是重量較輕、穩(wěn)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(qū)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(tài)；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(shù)值是根據(jù)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(fā)生，也可能分散的出現(xiàn)。

(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(wěn)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(xiàn)的船只撞擊等情況的發(fā)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(xiàn)船只碰撞橋墩的情況發(fā)生，所以這類環(huán)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(chǎn)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(huán)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?shù)脑黾踊炷嗤帘Ｗo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(qū)域的地質環(huán)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(huán)節(jié)中，要注意到經(jīng)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。