桥梁下部结构设计与施工探讨

2023-01-06缪学勇

散装水泥 2022年4期

关键词：桥台桥墩施工单位

缪学勇

（兰州有色冶金设计研究院有限公司，甘肃兰州 730000）

1 桥梁下部结构的基础类型

1.1 桩基础

桩基础是指很多根打入土中的桩和连接桩顶的承台形成的基础，外力通过承台向各个桩头分配，再通过桩身和桩端向周围土和桩端深土层传递外力，因此，桩基础属于深基础的一部分。

1.2 沉井基础

沉井基础也是一种深基础类型，具有较大的刚性和稳定性。对比桩基，沉井基础在荷载作用下可以达到显著的抗震性能。如果桥梁对基础承载力要求较高，并对基础变位比较敏感，就可以利用沉井基础。

1.3 预制桩基础

预制桩基础是主要用于桥梁的一种深基础，管柱外形类似管桩，其区别在于：管柱一般直径较大，最下端一节制成开口状，在一般情况下，靠专门设备强迫振动或扭动，并辅以管内排土而下沉，如落于基岩，可以通过凿岩使锚固于岩盘；而管桩直径一般较小，桩尖制成闭合端，常用打桩机具打入土中，一般较难通过硬层或障碍，更不能锚固于基岩。大型管柱的外形又类似圆形沉井，但沉井主要是靠自重下沉，其壁较厚，而管柱是靠外力强迫下沉，其壁较薄。

2 桥梁下部结构的设计

2.1 桥台构造

2.1.1 桥台构造的样式

①轻型桥台。针对小跨度的桥梁，主要是利用轻型桥台，共同使用小型桥墩，孔数通常在3个以内，桥梁整体长度控制在20m以内，单孔跨度在13m以内。桥台台身是竖直的，整体墙面厚度较小，在两侧可以设置挡土墙面。在桥台下边可以利用钢筋混凝土材料设置支撑梁，上面的构造可以连接锚栓和桥台，因此，建立四铰框架构架体系的同时可以承受两边台面的土压力，可以维持整个系统的恒定性。

②埋置式桥台。埋置式桥台是指在锥形护坡立面埋入台身，可分为单排和双排两种桩式。利用这种桥台可以降低土压力、减小台身体积，但埋置式桥台也有不足之处，如利用片石和混凝土等保护台身很容易被洪水冲毁，最终在外暴露台面。在设计阶段需要保障坡面强度，通过保障计算结果的精确性，才可以有序开展施工。如果桥台路基填土高度≥5m，可以结合梁式上部构造埋置式桥头共同应用。

③钢筋混凝土薄壁桥台。钢筋混凝土薄壁桥台主要包括撑墙式、扶壁式和箱式三种形式，构造组成部分主要包括扶壁的墙、前墙和水平底面。在台面顶部主要是利用竖立墙和支撑扶墙的水平板，可以对桥跨构造起到支持作用。通常是软底地基中钢筋混凝土薄壁桥台，但整体结构比较复杂，操作难度较大，同时，需要利用较多的钢筋材料。

2.1.2 桥台构造的设计

在桥台设计阶段，很多桥梁利用重力式U型台、柱式台、肋板台等。利用重力式U型台的过程中，设计人员应综合考虑地理因素，U型台高度控制在10m以内。如果台面填土数量较多或连接长度较长并超过了规定值，不能选用重力式U型台，连接长度要控制在150m以内，后面台面填土高度控制在5m范围内。当前，虽然广泛利用埋置式肋板台，但要保证高度在12m以内。此外，肋板式桥台承载力较大，具有很强的水平刚度，因此，在软土地基和山区的桥梁工程中经常利用肋板式桥台。

2.2 桥墩部分

2.2.1 桥墩类型

①重力式桥墩。重力式桥墩结构的主要材料为石砌和混凝土，整体桥墩截面较大，并且可以承受水平和竖向的外力，同时，可以保证施工便利性，维持整体结构的坚固性和耐用性。但是，重力式桥墩具有较大的圬工量和阻水面，在大流速和含沙量较多的河流中不适合利用重力式桥墩，因为重力式桥墩通常是实体结构，所以，用的钢筋量比较少，主要是用混凝土和石头等材料。

②轻型桥墩。轻型桥墩不会产生较多的圬工量，因为基础工作量比较轻，可以快速完成施工任务，有利于提高整体施工效率。轻型桥墩的构造包括构造式桥墩、空心桥墩、桩柱式桥墩和薄壁式桥墩等。构造式桥墩利用地基面积比较小，应用范围较广。空心桥墩与重力式桥墩的外表相似，实心桥墩立面是空的，通过连接预制零件共同建设，也可以在施工现场直接浇筑混凝土。薄壁式桥墩在施工中利用桥跨结构通过铰连接柔性桥墩和邻近的刚性桥墩，形成跨超静定结构，利用桥墩承担整体结构的纵向力和水平力，优化柔性桥墩受力性。

2.2.2 桥墩结构的设计

选用Y型薄壁墩和柱式墩，柱式墩又分为方柱和圆柱。圆柱施工过程比较简单，因此，在平原地区广泛应用；方柱存在棱角，可以提高整体结构的美观性。分析受力方面，如果圆柱截面积与方柱截面积相同，圆柱比方柱的抗弯能力更强，方柱比圆柱的受力效果更好。但是，方柱需要通过帽连接墩柱与桩基之间，如果是在山区施工，桥梁横坡比较陡峭，将会增加工程量和挖方量。在设计桥墩的过程中，设计人员需要综合考虑地形、墩高等因素。Y型薄壁墩具有美观性优势，但施工过程比较复杂，如果墩高较高，采用Y型薄壁墩施工模式，施工单位只需利用一套模板和支架，所以，在山区桥梁建设工程中适合利用Y型薄壁墩；如果桥墩高度较低，不利于桥墩的美观性，则不适合利用Y型薄壁墩。

2.2.3 桥墩与路幅的关系

山区高速公路有整体式路基，也有分离式路基，道路更加关注环保和削减占地，因此，更多地区选用整体式路基设计模式，在中长地道等选用分离式路基。整体式路基的双幅度桥下构通常根据分幅独自完成设计，呈现出双幅四柱。高墩长桥的整体式下构适合利用双幅两柱。对比双幅四柱形式，如果桥墩截面积和横向宽度合理，那么，整体式下构横向和纵向刚度应是分幅的2倍以上，一方面，可以削减开挖；另一方面，可以削减墩顶变位。当整体式下构帽梁跨度比较大时，综合考虑车辆双向行进阶段的扭矩影响，需要设置坚实帽梁。要求设计人员综合考虑地质条件、墩高、水文等因素，确定是否利用整体式下构或分幅下构。

2.3 下部结构配筋的设计

盖梁配筋需要采取科学的计算方法，设计人员应详细掌握桥梁结构布局，设计出科学的配筋方案。盖梁结构在配筋设计过程中需要综合防止裂缝和沉降等病害，合理选用钢筋的使用位置、形状、型号等。例如，在盖梁抗剪设计中，要明确规定混凝土和箍筋承担剪力的比例，保障各个结构受力的均衡性。桩基各个截面的配筋需要根据桩内弯矩包络图完成计算布置。软基需要在软土层中穿过桩主筋。如果桩基发生变形，需要计算综合桩基特征和受力条件，利用整体体系综合设计桩的受力模式。

3 桥梁下部结构施工要点

3.1 桥台施工

3.1.1 基坑开挖

完成基坑测量后，可以综合利用人工开挖和机械开挖，工作人员可利用机械设备开挖基坑，预留一段距离。为了避免扰动地基结构，保证土基的承载力，可以采用人工开挖方式继续开挖基坑。在桥梁下部结构施工过程中，开挖工作完成后需凿除桩顶位置。工作人员要及时清理杂物，落实整平处理工作，通过浇筑混凝土形成底模。

3.1.2 混凝土浇筑

在桥台施工中应重视浇筑施工，如果选用的混凝土和易性较差，需要做好混凝土振捣工作。同时，减少浇筑时间，在短期内快速完成浇筑任务，提高浇筑过程的连续性，完成浇筑工作后要立即覆盖塑料薄膜。

3.1.3 安装钢筋骨架和模板

在桥台施工过程中，施工单位要根据施工要求选择钢筋，按照设计方案安装钢筋。在安装钢筋的过程中，施工单位要注意错开钢筋的接头，钢筋接头截面积控制在总截面积50%的范围内。在搭接钢筋之前，施工人员需向一侧弯折钢筋搭接端，统一钢筋接合轴线。钢筋绑扎工作完成后，施工单位要根据设计资料确定桥头主筋的位置和尺寸。在安装模板的过程中，施工单位要提前分析钢筋的尺寸、轴线部位等，严格控制保护层厚度。

3.2 台身建造

在台身混凝土施工中，施工单位需根据设计图纸标出的位置放样基线，工作人员检查确定符合要求后即可架设台身模板。目前，台身模板主要是利用大体积钢模，在实际施工前需要提前清理模板内表面，同时，选择有针对性的预防措施，保证混凝土外表面质量。施工单位要利用双面胶粘合模板，避免发生漏浆问题，同时，利用钢管架支持外表。如果台身较高，可以分段施工，在分段施工中要综合上下段的密合度，埋设拉杆锚固钢筋。施工单位需集中搅拌混凝土，用专用车运输到工作地点，在浇灌混凝土的过程中需利用梭槽或吊车吊料斗，控制浇筑厚度在50cm以上，合理调配混凝土浇筑过程，保证振捣的密实度，浇灌完成后需凿毛处理，提高后续施工的便利性，保证混凝土结构的一体化。待混凝土凝固后，立即开展养护工作，养护工作需维持7d以上。

4 桥梁下部结构现场安全施工管理措施

4.1 施工组织与技术准备

施工单位应建立领导小组，并安排专业的安全员，同时，制定有针对性的安全措施，定期分析桥梁下部结构安全施工形势，及时解决桥梁下部结构施工中存在的问题，排除施工中的安全隐患。

施工单位要掌握施工技术要求和质量验收标准，尤其要强制性地学习相关规范标准规程，梳理强制性的条文等，对于桥梁下部结构施工提供指导。开展方案交底和分项技术交底工作，培训特殊操作工种。

4.2 安全施工措施

在施工现场，施工人员要统一佩戴安全帽，高空作业需严格安装防护措施，同时，利用护栏模式，如果施工条件不合理，施工单位要利用安全带、防护网等防护措施。在高空作业中，施工单位要在平台四周设置护栏，保证连接的牢固性，同时，设置移动平面和制动设备。此外，需要保证防护网强度，避免发生坠落事故。规避在大风天气下开展高空作业。