桥梁下部结构设计方法

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引言

桥梁下部结构能在很大程度上影响桥梁的质量、造价与施工工期等，并且很大一部分桥梁事故的发生都与其下部结构设计有着极大的联系，比如说沉降的程度不同可能引起桥面断裂或者倾斜的情况发生。在全面的桥梁工程的设计过程中，设计的重点之一便是桥梁下部结构相关设计，如果设计的科学合理，那么整体的桥梁工程安全系数能够提升许多，并且还能达到控制成本的目的。

一、桥梁下部结构的介绍

(一)桥梁下部组成部分介绍。桥梁的关键构成之一便是下部结构，也就是我们平常所说的桥梁墩台，它是由三方面构成的：一是桥墩，二是桥台，三是基础。桥梁的下部结构主要的作用就是将上部结构产生的作用力传递到地基，并且桥台和路堤的连接也需要承受相应的桥头填土压力。而墩台在很大程度上影响着桥梁的高度以及平面上的方位，很容易受到自然环境的影响，比如：地貌、土地质量、气候以及水文等原因。

(二)我国桥梁下部结构形式。中国现代化桥梁建造的历史比不是很久远，但取得的成就确实令世人瞩目的。中国解放以后，才兴起沉井基础、管柱基础以及钻孔灌注桩基础等相关桥梁设计与技术。比如说：我国钱塘江大桥就主要运用了相关的气压沉箱基础；我长江之上的武汉长江大桥更是首次运用创新技术——管柱基础，并且其展现出来的结够优势很明显，很多海外国家相继引用了这一技术。

上世纪八十年代，中国才开始兴建跨海大桥。厦门大桥则第一次创新使用了嵌岩钻孔灌注桩基础作为下部结构；而连接我国珠三角地区的主要桥梁虎门大桥运用的是钻孔灌注桩基础。东海大桥是中国首座具备世界影响力与关注度的大桥，其主要运用的是钻孔灌注桩基础，而部分非通航工段则运用的是钢管桩基础，此种基础形式的使用能够更好的展现出桥梁的耐久性与安全性，并且能够使造价和工期保持在合适的范围内，属于中国桥梁建筑的经典之作。

二、桥梁下部结构的选型

(一)桥台结构型式的选择。通常情况下，桥台主要被划分为三类结构形式：一是轻型桥台，二是埋置式的桥台，三是钢混凝土薄壁桥台；这些不同类型的桥台有着各自的差异与特征，也就意味着它们的适用范围有所差别。

(二)桥墩结构型式的选择。而选择对应桥墩的基本原则如表1所示：桥高要低于50米，桥梁上部的结构需要设计成先简后支的T型结构，而对应的桥墩一般使用的是双柱式或十字墩式的结构，其中运用极为普遍的是单幅双柱式桥墩。而在一些特殊地貌则需要降低桩基数目，比如在岩溶地区或者桩基施工难度很大的地区通常采用的是单柱单桩的桥墩结构。而那些位于山区或河谷的桥梁建设，需要注意到桥墩的抗撞能力，比如构建刚度强的单柱墩。

表1 桥墩形式的选择

按照桥墩上部构造与对应高度这一角度来划分桥墩类型，能够分为空心薄墩、柱式墩以及双薄壁墩等。其中，柱式墩是我国普遍运用的桥墩类型，其具备的优势是重量较轻、稳定性强、施工难度较低以及美观大方等。

三、桥梁下部结构设计的方法

(一)桥墩与桥台的设计。关于墩台设计这方面，首先需要计算好墩台需要负荷的载量，通过各荷载与外力的相关计算值，科学的计算出墩台在通常状况下需要承担的最大荷载量。库伦主动土压力公式测试土压力所使用的计算方式，但却不可以使用郎肯土压力计算方式，在设计过程中要利用好库伦主动土压力公式进行计算，因为这两种土压力计算方式有着本质上的区别：朗肯理论主要的侧重点在于墙后填土每一点破坏，能够达到的极限状态；而库伦理论则的侧重点是滑动土体的刚体极限平衡。而墩可能会受到各种荷载的综合作用，所以抛去对应的恒载外，其他一些荷载的数值是根据具体情况而不断变化的，并且这些荷载可能会在同一时期发生，也可能分散的出现。

(二)高墩的设计。在相关的桥梁设计当中，针对那些较低的桥墩，设计过程中用首先需要考虑的就是这类桥墩的强度是否符合。针对那些高墩的桥梁来说，设计过程中的侧重部分就是桥墩的实际高度、相关的稳定性与墩顶弹性水平位移等方面的计算与验证。

(三)防撞结构设计。防撞结构的设计主要为了应付流水的撞击、流冰堆积的流水对桥墩的损害与可能出现的船只撞击等情况的发生。从流水以及流冰的冲击方面来说，在冰的厚度超过50cm并且流速超过1m/s的河流中，需要在迎面水流方向构建相应的破冰设施。而对于那些船只来往繁多的河流上，大量船只的往来免不了出现船只碰撞桥墩的情况发生，所以这类环境下的桥墩设计中不只要要求桥墩具备很强的抗撞击能力，还要设计一些有缓冲作用的构造或者设施，减轻船只对桥墩产生的撞击力，在很大程度上能够有效的避免桥墩受损。

(四)耐久性设计。关于桥梁下部耐久性的设计主要包括三方面：一是承台和墩柱的相关耐久度设计，二是管桩耐久度的相关设计，三是钻孔桩方面的耐久性设计。不同环境与气候下对桥梁下部结构的腐蚀程度有着直接的影响，这使得桥梁的整体安全性有所降低。桥梁下部结构的相关耐久性设计主要运用的是阴极保护、表面覆盖防护材料等。比如说针对管桩耐久性的设计，能够运用包覆层进行保护；或者使用一些高耐久性的混泥土让其密实度有效地提升，是对应的孔隙率大大降低；还可以恰当的增加混泥土保护层的厚度，来保障管桩耐久性。

三、结语

桥梁的相关设计人员需要充分的、综合的认识到桥梁设计的相关理论与技术知识，并且还需要对地理知识有一定的了解，重视桥梁建设区域的地质环境，并向地质技术人员进行交流探讨。在桥梁下部结构的设计环节中，要注意到经济与科学的基本方式，全面的考虑之后才可以敲定最后的工程设计方案，确保桥梁设计的质量与水平能够有所提升。