山区高速公路桥梁桥台选型探讨

马 勤

（苏交科集团股份有限公司 南京市 210017）

山区高速公路桥梁桥台选型探讨

马 勤

（苏交科集团股份有限公司 南京市 210017）

结合具体工程实例，就山区高速公路桥梁桥台选型进行探讨。详细分析了山区高速公路桥梁各种桥台型式的特点及应用范围，明确山区高速公路桥台选型应坚持因地制宜、综合设计、具体情况具体分析的原则，从更安全、更经济的角度出发，选择合理的桥台型式。

山区高速公路；桥台选型；安全；经济；合理

山区高速公路桥梁，因受山区高速公路地形、地质复杂，变化频繁，横坡陡、岩溶、滑坡、不稳定斜坡、崩塌、陡岸、煤层等不良地质现象普遍存在的影响，具有集弯桥、斜桥、高墩、大跨于一身的结构特点。即在山区高速公路中，路线布设时平、纵、横三个方面都受到约束，使得山区高速公路中弯坡桥多、高墩大跨桥多、墩台形式多。在同一个项目中桥台型式可能有多种，桥台选型应坚持因地制宜、综合设计、具体情况具体分析的原则，从更安全、更经济、更环保的角度出发，以使桥台型式的设计更加安全经济合理。

1　桥台型式的选择

1.1项目概况

盘县至兴义高速公路是贵州省“678网”高速公路网规划中七纵之一昭通至安龙高速的重要组成部分，是大西南南下出海的又一条大通道。项目起于水盘高速和沪昆高速交叉的海铺互通，终于汕昆高速兴义东互通，全线约88km。根据项目所处地形地貌及路线设计特点，该项目桥梁桥台型式复杂多样化。本文旨在通过两所具有代表性的特大桥桥台设计方案，探讨山区高速公路桥梁桥台选型的思路及方法。

1.2桥台选型设计

1.2.1背武甲大桥桥台选型

背武甲特大桥位于中低山地貌区，桥梁斜跨深切“V”型沟谷，盘县岸桥台位于背武甲村，兴义岸桥台位于中坡地村，桥梁斜跨背武甲沟谷，线路与沟谷交角为58°。上部采用30m、40m后张预应力混凝土T梁，先简支后连续—刚构。下部构造采用双柱式墩，钻孔桩基础和薄壁空心墩，承台钻孔桩基础；盘县侧左线桥台采用桩柱式台；右线桥台采用重力式U型台桩基础；兴义侧左、右线桥台采用重力式U型台扩大基础。

背武甲大桥左右线兴义侧桥台地质为二叠系下统茅口组，岩性主要为浅海相灰岩，灰黑色燧石灰岩，夹薄层燧石，中～块状。项目采用了重力式U型桥台扩大基础，这种桥台主要是靠自重来平衡台后土压力，桥台本身多由石砌、片石混凝土等圬工材料建造，并用就地浇筑的方法施工。背武甲大桥兴义侧土层为全风化岩层，地基承载力fao=2000kPa。岩层性质好，土层单一且地质承载能力高。使用重力式U型桥台扩大基础，既满足了承载力要求，又节约了工程造价。

背武甲大桥左线盘县侧桥台地质属于二叠系龙潭组，一套海陆交替相含煤沉积，主要由灰岩、灰黑色砂质泥岩、泥质砂岩及褐灰色砂岩、灰色泥页岩组成，时含磷铁矿，在区内含煤主要有6层，单层厚度一般0.5～2.5m。背武甲大桥左线盘县侧桥台采用了桩柱式桥台。桩柱式桥台主要承受桥跨结构传来的竖向力和水平力，各种土壤地基都适宜，但是对台后填土高度有要求，一般填土高度大于5m就不再使用桩柱式桥台。背武甲大桥左线盘县侧桥台位于挖方段，存在多种土层且各土层承载能力相对较差，不适合使用重力式桥台。采用桩柱式桥台可以满足地基承载力要求，也避免了大量的基础开挖，减少了边坡防护工程。右线盘县侧桥台采用整体式桥台，即重力式桥台接桩基。盘县右侧桥台处纵横坡明显陡于左线，土层中存在煤层，且第一孔存在下穿路。设计时，为了保护下穿路，考虑纵横坡较陡的情况，采用了重力式桥台接桩基的型式。这种桥台具有整体性好，稳定性高，施工相对简单的优点。因为纵坡较陡，该桥台侧墙垂直可以直接接路基挡墙，从而有效防止挖方滑坡。另这种桥台可以直接接路肩墙或通过侧墙避免台前溜坡，不会对下穿路造成不利的影响。

1.2.2司家寨大桥桥台选型

司家寨大桥位于贵州省盘县大山镇司家寨，桥梁处于大山互通范围内。桥址区地处构造剥蚀中山区，地形起伏大，海拔高程1730～1820m，相对高差50～90m。构造剥蚀作用强烈，山体走向受构造和岩性控制，峰脊与沟谷相间出现，沟深坡陡，植被发育一般，是较为典型的高原山地景观。盘县岸桥台位于斜坡中上部，兴义岸桥台位于半山缓斜坡地带。两岸桥台位置斜坡坡度均较缓，坡度8°～26°。上部构造为40m后张预应力混凝土T梁，先简支后连续—刚构、简支桥面连续。下部结构桥墩采用双柱式墩、空心墩，钻孔桩基础。起点侧盘县岸采用肋板式桥台，终点侧兴义岸采用板凳式桥台。

盘县岸斜坡上部覆盖层较薄，厚度一般0.7～3.8m，土层以下为厚度8～12m的全风化粉砂质泥岩，中、上部植被发育较好，以乔木和灌木为主，斜坡下部主要为耕地，以农作物为主。兴义岸斜坡覆盖层较厚，一般0.8～3.0m，下伏全风化粉砂质泥岩，

2　山区高速公路常用桥台类型、特点及应用

厚度8～12m，植被发育较差，多以地被植物为主。司家寨大桥起终点侧桥台所处纵横坡坡度较平缓，且均处于填方路基段。桥位处存在煤层等不良地质，地基承载能力弱，可以采用肋板台、桩柱式台和板凳台。设计时根据填土高度起点侧采用肋板式桥台，终点侧可以采用桩柱式台或板凳台，因考虑土层性质，采用双排桩桥台的承载能力更强，稳定性更好。因此终点侧桥台选用板凳台能有效地抵抗台后填土造成的土压力，预防桥台滑移，提高桥台的整体稳定性。

桥台较常用的结构型式有重力式桥台、轻型桥台、组合式桥台和拱桥桥台等。

以上两个工程实例主要用到了重力式U台扩大基础，重力式U台桩基础、桩柱式桥台、肋板台、板凳台等（见图1）。每种桥台都有自己的优点、缺点和适用范围，在具体桥台选型时，要根据桥台所处地形、地质、地貌、纵横坡、填土高度等情况来选择适合的桥台型式。

2.1重力式U形桥台扩大基础

重力式U型桥台主要由台帽、台身和刚性基础三部分组成，见图1（a）。这种桥台主要依靠桥台自重来平衡台后的土压力，并支承上部结构的主梁。用于填土高度在8～10m以下或者跨度稍大的桥梁。具有施工简单，取材方便的优点。缺点是桥台体积和自重较大，增加了对地基承载力的要求。在土层不好，地基承载力不足，土层变化较大的地方不宜使用。当桥台处于横坡较陡的地方时，也不宜采用U型桥台扩大基础的型式，因为采用此种桥台会造成桥梁一侧开挖较大，形成较高边坡，增加额外的无法预估的防护工程。在纵坡较陡的地方同样也不宜用U型桥台扩大基础的型式，因为这种桥台在设计时要考虑桥台的安全距离，基础不能托空等因素。在纵坡较陡的情况下，设计时往往为了保证桥台的安全距离，防止基础托空，将基础埋置的很深，从而增大了桥台的设计高度。这必然会导致桥台开挖量增加，边坡防护增高，施工难度增大，台背填土难以实现等一系列问题。

2.2重力式U台桩基础

重力式U台桩基础，是重力式U台和桩基的结合，见图1（b）。和重力式U台扩大基础一样，这种桥台主要靠U台自重来平衡台后土压力。不同之处在于，这种桥台采用U台与桩基础之间设置承台的形式，具有整体性好，刚度大，抗倾覆能力强的优点。同时，因为桥台采用承台接桩基础的形式，设计时只要确保承台底面埋入地面以下，就可以避免采用扩大基础时，为确保基底埋置的安全距离而对山体进行大量开挖。但因为这种桥台的台身仍然采用圬工材料，因此其台身自重仍然比较大，对地质条件要求也相对较高。故在地质条件较好，桥梁纵横坡较陡的地方可以采用这种桥台型式。重力式U台桩基础设计的难点是重力式U台身与承台之间的联系。设计时可以将桥台台身与承台连接的1m范围高的侧墙及前墙用混凝土浇筑，承台与过渡部分之间用钢筋锚固，并将锚固钢筋与承台钢筋焊接。混凝土浇注结束后在过渡段混凝土顶面插放“石笋”，桥台台身采用片石混凝土材料以确保重力式U台与承台间的有效连接。此外，重力式U台扩大基础和重力式U台接桩基础两种桥台其上部都是采用重力式U台，桥台的两个侧墙之间填土容易积水，结冰后冻胀，使侧墙产生裂缝。所以在使用重力式U型台时，宜用渗水性较好的土夯填，并做好后台排水措施。

工程中，我们还会用到一种改进的整体式桥台—一字型桥台。这种桥台台身与桩基础之间仍然采用承台连接，前墙进行优化。前墙垂直设计并采用钢筋混凝土结构以减少圬工体积，从而降低桥台台身重量。一字型桥台具有重力式U台桩基础的优点，解决了承台与圬工台身之间的衔接问题，克服了台身自重大的缺点。故这种桥台在地基承载能力较弱，桥位处纵横坡较大，不宜设置前台溜坡的情况下均可使用。

2.3轻型桥台

轻型桥台主要包括柱式桥台、肋板台和薄壁台，见图1（e）、图1（c），其中薄壁轻型桥台常用的有悬臂式、扶壁式、撑墙式及箱式等。轻型桥台均由钢筋混凝土材料建筑，其主要特点是利用结构自身的抗弯能力来减少圬工量，使桥台重量轻型化。钢筋混凝土薄壁桥台是由扶壁式挡墙和两侧的薄壁侧墙构成，因此具有挡土功能，同时因自重减轻而减少了对地基的压力，故适用于软弱地基，但具有构造和施工较复杂，钢筋用量多的缺点。柱式桥台和肋板式桥台属于埋置式轻型桥台，主要由台帽、钢筋混凝土台身、桩基组成。钢筋混凝土台身与桩基础之间采用承台连接。肋板式桥台台身采用钢筋混凝土代替圬工材料，桥台自重小，可以用在填土高度大，地基承载力不好的土层，而柱式桥台适用于填土不高的各种土层。埋置式桥台将台身埋在锥坡中，只露出台帽在外以安置支座及上部结构。这样桥台所受的土压力大为减少，桥台的体积也就相应的减少。受力特征上，竖向力由桩基承受，台后土压力一部分由桩基承受，另一部分由台前溜坡抵消。也正是柱式桥台和肋板式桥台设置了台前溜坡，会出现压缩河道，侵占路基等情况。尤其是在小跨径桥梁中，为了避免台前溜坡侵入河道或路基范围，往往会加大桥梁跨径，使得桥梁设计不太合理。肋板式桥台和柱式桥台都可以用在山区高速公路桥梁中，但是对河道和路基范围有要求的桥梁，一般不采用。

2.4组合式桥台

组合式桥台是为了使桥台轻型化，桥台本身主要承受桥跨结构传来的竖向力和水平力，而台后的土压力由其他结构来承受的桥台型式。常见的组合式桥台有过梁式、加筋土组合桥台、桥台与挡土墙组合和框架式组合桥台等形式。桥台与挡土墙组合桥台由轻型桥台支承上部结构，台后设挡墙承受土压力。这种桥台的台身与挡墙分离，上端做伸缩缝，具有受力明确，节省造价的优点。设计该种桥台时应考虑两个设计要点：一是重力式挡墙的设计，一是两种不同结构形式的基础之间的分离式处理。对于挡土墙的设计，需要进行抗倾覆和抗滑移性能验算，可以通过重力式挡土墙的土压力理论对挡土墙受力进行合理分析，从而设计出既经济合理又安全可靠的挡土墙。对于两种不同结构形式的基础之间的分离式处理，在设计阶段就应该考虑相应的施工顺序组织来确保分离式结构的安全可靠。因此除了在桥面分离部位设置伸缩缝外，还可以在下部结构施工顺序上加以控制。可先施工桥台后施工挡墙，待挡墙施工完成现有基坑回填压实后再进行轻型桥台桩基的施工。采用沥青玛蹄脂填料填塞台后挡墙与桥台盖梁之间的间隙，在挡墙顶部与路基衔接段设置搭板。组合式桥台可以用在各种山区高速公路桥梁中，设计时可以根据桥台位置处的具体情况选择合理的桥台组合型式。

3　桥台型式选择的原则及选型思路

3.1桥台型式选择的原则

综上所述，山区高速公路桥梁桥台受山区地形地貌、路线设计及纵横坡的影响，其型式是复杂多样化的，设计时要根据具体情况具体对待的原则，选择合适的桥台型式，使桥梁方案更加合理化。

3.2桥台选型思路

在设计之初，桥台设计选型首先要对桥梁地勘资料有准确的把握，掌握第一手地勘材料。并结合地形与桥梁平面的线位走向以及桥梁的横断面、纵断面坡度，根据桥台位置处地形、地貌、地质情况，拟定几个可行的桥台型式方案。最后再综合各种桥台型式的利弊及项目需要、经济指数确定最终的桥台型式。一般来说，在工程地质情况好，土层变化不大，地基承载力高，桥台处纵横坡平缓的情况下，可以采用重力式U型桥台扩大基础的型式。在纵横坡较陡的桥台处，桥台型式宜采用桩柱式桥台、U型台加桩基础型式及桩柱式桥台结合挡土墙的型式、一字型桥台等型式。需要注意的是这几种桥台型式均采用桩基桩，在进行桩基施工时需要注意对岩层进行判断，桩基础必须嵌入弱风化基岩层，且保证嵌岩深度，陡险处更应根据具体情况加大基础埋深或嵌岩深度。

4　设计体会

一般平原区的桥台型式基本上都适用于山区高速公路桥梁，只是由于山区高速公路桥梁受地形地质及路线的影响，结构形式复杂多样化，桥台型式也具有多样化的特点。在对桥台选型时，除了要考虑桥台的填土高度，地基承载力的情况，还应综合考虑桥梁纵坡、横坡的影响。要保证桥台基础的安全距离及嵌岩深度，避免出现过高的边坡防护，基础大开挖、基础脱空等问题出现。在山岭重丘区高速公路的桥台型式建议多采用重力式U台加桩基或者一字型桥台的型式，也可以结合具体情况进行多种型式的组合，以获得更经济、更耐久、更安全的桥台型式。在具体设计时，桥台型式的选择，要根据具体情况具体对待的原则，从更加安全、更加经济、更加环保的角度出发，选择合理的桥台型式，使得桥梁方案更加合理化。

［1］ 廖朝华，等.公路桥涵设计手册——墩台与基础［M］.2版.北京：人民交通出版社，2013.

［2］ 吴潇潇.山区桥梁桥台方案变更设计探讨［J］.交通标准化，2008（4）：131-134.

［3］ 黄淼，吴潇潇，李勇.山岭重丘区高速公路桥梁桥台型式的设计［J］.交通标准化，2006（8）：113-115.

［4］ 于剑雄，组合式及埋置式桥台设计应注意的问题［J］.华东公路，1998（1）：55-57.

［5］ 张坤.桥梁墩台的分类及构造特点简述［J］.桥梁隧道，2006（7）：66-67.

［6］ 中华人民共和国交通部.JTG D63-2007公路桥涵地基与基础设计规范［S］.北京：人民交通出版社，2007.

Discussion on Model Selection of Expressway Bridge Abutment in Mountainous Area

MA Qin

（JSTI GROUP，Nanjing 210017，China）

In combination with specific engineering project，the discussion on model selection of expressway bridge abutment in mountainous area is made.The features and application ranges of various kinds of bridge abutment types of expressway bridge in mountainous area are analyzed in detail，and adjustment measures to local conditions and comprehensive design for model selection of expressway bridge abutment in mountainous area are determined.Based on the principle of concrete analysis of concrete conditions，reasonable types of bridge abutment are selected from the safer and more economic viewpoint.

Expressway in mountainous area；Selection of bridge abutment；Safety；Economic；Reasonable

U443.21

B

1673-6052（2016）09-0014-05

10.15996/j.cnki.bfjt.2016.09.004