扶壁式桥台分析

2013-08-21尤文刚

山西建筑 2013年3期

尤文刚

(辽宁省交通规划设计院路桥二所，辽宁沈阳 110166)

0 引言

近年来，随着城镇化的不断发展，市政道路建设突飞猛进，作为道路组成的市政桥梁建设也进行的如火如荼，城市通道桥与分离式桥大量涌现，其占比不容忽视，重要性也日益突显。相比一般高速公路通道桥与分离式桥，市政桥要求往往更高，主要体现在美观与净空需求，这主要是由桥梁所处位置环境决定的。随着净空需求的加大，以及受限于城市用地的规划，市政桥梁建设无法避免的面临着高填深挖现象，随着桥台台身的增高，台后土压力的加大，传统的轻型桥台已不能满足要求，这就对桥梁下部结构尤其是桥台的选型提出了更高要求。

满足交通需求、安全耐久、与周围环境及上部结构协调一致、造型美观等是对市政桥梁的基本要求。在市政桥梁的设计中，桥台的选型直接影响着桥梁结构的设计方案，比如肋板台与钢筋混凝土薄壁台，在满足同样交通需求的前提下，对上部结构的孔径及孔数就有不同的影响，进而直接影响结构的整体造价。笔者结合工程实例，对其中一种桥台形式——扶壁式桥台进行了分析。

1 工程背景

本工程位于沈抚新城，上跨汽博大街，为汽博大街下穿城际铁路的引线工程。本桥临近且左右平行于城际铁路框构桥，框构桥箱身正截面(框构桥有较小交角)如图1所示。

图1 框构桥箱身正截面图（单位：cm）

从美观角度出发，本桥最佳方案为采取同样的框构结构，然而框构结构施工复杂，造价高，经济方面不满足要求，从而只能放弃。受限于铁路框构桥的断面尺寸及净空需求，兼顾美观要求，最终本桥方案敲定为上部结构为四孔钢筋混凝土不等高连续板，下部结构为扶壁式台与薄壁墩。本文重点分析本桥桥台形式:扶壁台。

2 扶壁台

2.1 扶壁台与传统轻型薄壁台的区别、关联

传统轻型薄壁桥台由台帽、薄壁、承台、单排桩基、地下支撑梁组成。其受力模式清晰，主要是由桥台、上部梁板及地下支撑梁组成稳定的四铰刚架，从而使全桥形成一个整体，共同受力。轻型薄壁桥台多由钢筋混凝土材料构成，利用结构材料本身的抗弯能力来减少圬工量，进而达到使桥台轻型化的目的。且薄壁台台身具有挡土功能，因此在避免台身填土溜坡对通行孔径的挤占、缩小桥孔、节约成本等方面有着明显优势。然而，工程实践证明，当桥头填土高度大于5 m，上部结构跨径大于10 m时，传统轻型薄壁桥台经常在台身处产生横向裂缝。而本桥桥头填土约8.5 m，上部结构孔径大于10 m，因此传统的轻型薄壁台已经不能满足本桥设计要求，而只能选择另一种轻型桥台形式:扶壁台。

扶壁式台由挡墙演变而来，此种挡墙常见于引道工程两侧有着很大挖方，填土较高处，具有很好的挡土作用。因此，扶壁式桥台先天最大特点:挡土。在组合耳墙或裙墙的情况下，可以很好的挡住桥梁纵向及横向的填土，如果有需要，耳墙也可以换成圬工侧墙以达到更好的收坡挡土效果。

扶壁台主要由台帽、扶壁、胸墙、承台、群桩组成，可视具体情况组合设置耳墙、侧墙、锥坡、裙墙等。因本桥桥台桥外横向顺接挡墙，故取消耳墙、裙墙、锥坡等的设置，本桥扶壁台一般构造见图2。

由扶壁台的构成及图2我们不难发现，扶壁台结合有传统轻型薄壁台及肋板台的特点。胸墙相当于薄壁台的台身，除了承受上部结构荷载及台后土压力外，还能通过对台后填土的阻挡来实现不侵占通行孔径，节约空间和造价。而肋板(扶壁)的设置可以增加胸墙的抗弯刚度，减小结构的弯曲变形，避免结构出现裂缝，使得胸墙高度，即扶壁台适用高度较传统轻型薄壁台有很大提高。双排桩基础(群桩)则大大提高了桥台结构的抗倾覆及抗推刚度，增加了结构的稳定性。

2.2 扶壁台主要构件及其受力分析

2.2.1 台帽

台帽由胸墙与扶壁支撑，考虑到与铁路框构桥桥台处外观一致，本桥台帽不设挑檐，胸墙边与台帽边齐平。因为本桥支座与扶壁对应设置，所以，本桥台帽不受力，仅有传力作用，所以设计中按构造配筋配置即可。其传递的力主要有台帽上部结构横载及活载。

2.2.2 扶壁与胸墙

图2 扶壁台一般构造图

施工过程中，二者应同时浇筑，故二者受力密不可分，相互影响。扶壁和胸墙的高度取决于填土高，底部位于承台顶，厚度可根据填土高度、扶壁间距，经计算分析确定。本桥扶壁厚度借鉴肋板台情况，根据填土高8.5 m，设置为100 cm厚，而胸墙取为与扶壁同厚，配筋根据计算分析确定。扶壁与胸墙的受力计算分析有两种模式:考虑胸墙与扶壁共同作用的变截面T形悬臂梁模式;考虑扶壁单独作用的变截面矩形悬臂梁模式。

1)扶壁与胸墙共同受力。将胸墙按扶壁间距等分为两部分，则竖向就形成变截面的T形悬臂梁，扶壁为T梁腹板，胸墙为T梁翼板。此变截面悬臂T梁受力主要有:横向分配后计算所得的上部结构横载与活载产生的竖向力及弯矩，台后土压力产生的水平力与弯矩，受力模式见图3。计算中T梁翼缘(胸墙)的计算宽度及相关验算要求按现行JTG D62-2004公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范中T形截面梁的相关要求进行即可，计算过程此处不再赘述。2)扶壁单独受力。将扶壁作为单独受力构件，竖向为变截面矩形截面。受力主要有:上部结构荷载的垂直力与弯矩，扶壁受到的台后土压力，胸墙受到的土压力亦分配到扶壁上，此时胸墙相当于扶壁的附加受力截面，但不参与提供抗力，仅将其受到的土压力分配到扶壁上，故此模式相对保守。其受力模式见图3。计算中矩形截面的相关验算要求按现行JTG D62-2004公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范中矩形截面梁的相关要求进行即可，计算过程此处不再赘述。至于胸墙的横向配筋计算，可取胸墙底处竖向1 m宽为计算单元，以扶壁为支撑点形成连续结构，将胸墙底部高度处净土压力以均布力的方式加在此结构上面。计算图示见图3。

2.2.3 承台与桩基

上部荷载以不同的方式组合，作用到承台底中心，进而验算承台与桩基础的受力与配筋，同时求得单桩最大桩顶力。作用在承台上的力主要有:承台上部结构及活载产生的竖向力与弯矩，台后填土产生的水平力与弯矩，承台上部填土产生的竖向土压力等;承台与桩基计算模式见图4。计算中相关验算要求按现行JTG D62-2004公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范中梁与桩基承台的相关要求进行即可，计算过程此处不再赘述。

在此值得一提的是扶壁台单桩最大支反力的差别，因为台后填土产生的巨大水平力及弯矩，再加上支座处结构重力及胸墙自重对承台中心产生的弯矩，顺桥向前后排桩的桩顶力相差很大，以本桥为例，计算后所得前排桩顶力为4 365 kN，而后排桩顶力仅1 854 kN，因此，在选取桩长时，对后排桩而言会造成一定浪费。当然，在填土高一定的情况下，通过调整扶壁间距、桩基础排距，可以使前后排桩顶反力趋于均匀，当然，此举会造成承台顺桥向尺寸加大，可综合比较后选择合适方案。