摘 要：橋梁下部結(jié)構(gòu)考慮是否得當(dāng)，對(duì)工程造價(jià)、質(zhì)量、工期及使用影響很大，本文就目前軟土地基橋梁下部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的幾個(gè)主要問題結(jié)合工程實(shí)例進(jìn)行討論：①型式選用：②內(nèi)力計(jì)算；③結(jié)構(gòu)配筋；④施工中技術(shù)問題的處理。

關(guān)鍵詞：橋梁   結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)  內(nèi)力計(jì)算  應(yīng)力


本文以某項(xiàng)目地質(zhì)資料為背景，該項(xiàng)目地質(zhì)表層為0.5～2.5m的粘性土硬殼層，其下為3～13m的淤泥、淤泥質(zhì)粘土層，下面為粘土、亞粘土層，再下為花崗石片麻巖。其中軟土淤泥層呈流塑狀態(tài)，含水量大，壓縮性大，透水性差，力學(xué)強(qiáng)度低等特點(diǎn)。軟土地基上墩臺(tái)型式的正確選用非常重要，本文僅針對(duì)軟基經(jīng)常選用的輕型墩臺(tái)進(jìn)行簡(jiǎn)述：
1、橋梁下部結(jié)構(gòu)型式選用
1.1鋼筋混凝土薄壁墩臺(tái)
當(dāng)填土不高，河床不寬時(shí)，為減少橋長(zhǎng)、節(jié)省造價(jià)，不讓臺(tái)前錐坡壓縮河床，可采用靠河較近墩臺(tái)身直立的樁基薄壁墩臺(tái)，墩臺(tái)下面設(shè)支撐梁，整個(gè)橋梁構(gòu)成框架結(jié)構(gòu)系統(tǒng)，并借助兩端臺(tái)后的被動(dòng)土壓力來保持穩(wěn)定。
1.2柔性排架式墩臺(tái)
有部分多孔小跨徑老橋采用此型式，墩臺(tái)基樁多為預(yù)制打入。
1.3埋置式樁柱式橋臺(tái)
該型式橋臺(tái)設(shè)于岸上臺(tái)身埋入錐形護(hù)坡中，有單排樁柱式與雙排樁框架式兩種。采用該型式橋臺(tái)，為保證路基穩(wěn)定性，不能過多地壓縮橋長(zhǎng)，不少工程對(duì)此有深刻的教訓(xùn)。
1.4柱式橋墩
該型式橋墩適應(yīng)性廣、施工方便，為軟基中最好的選擇型式。
①帶蓋梁?jiǎn)闻艠吨綐蚨?，一般用于?jiǎn)支梁橋；
②不帶蓋梁獨(dú)柱式橋墩或排柱式橋墩，用于連續(xù)現(xiàn)澆箱梁。
1.5選用墩臺(tái)應(yīng)注意的問題
（1）為減少軟基位移對(duì)結(jié)構(gòu)的影響，盡可能減少超靜定個(gè)數(shù)，適當(dāng)加大樁距，減少樁根數(shù)。以上處理還降低工程造價(jià)。
（2）當(dāng)樁底接近基巖表面時(shí)，承載力接近設(shè)計(jì)要求，就沒有必要再伸入基巖以求更加保險(xiǎn)；若承載力不夠時(shí)，可把樁徑加大再算，盡可能用摩擦樁代替嵌巖柱樁。
2、下部結(jié)構(gòu)
內(nèi)力計(jì)算為減少軟土地基位移對(duì)超靜定結(jié)構(gòu)的影響，上部工程多采用標(biāo)準(zhǔn)梁的先簡(jiǎn)支后連續(xù)構(gòu)造，這樣整個(gè)工程的計(jì)算工作主要集中于下部結(jié)構(gòu)，故下部結(jié)構(gòu)內(nèi)力計(jì)算方法的選用是否正確，考慮因素是否全面，直接關(guān)系到工程的安危，為此作以下幾點(diǎn)分析：
2.1蓋梁內(nèi)力計(jì)算
《墩臺(tái)設(shè)計(jì)手冊(cè)》中算例對(duì)墩臺(tái)內(nèi)力按下列方式計(jì)算：當(dāng)荷載對(duì)稱布置時(shí)，按杠桿法計(jì)算，當(dāng)荷載偏心布置，按偏心壓力法計(jì)算，兩種布載狀況的內(nèi)力取大值控制設(shè)計(jì)。這種算法沒有真正體會(huì)規(guī)范用意，僅為兩種布載狀況下的內(nèi)力計(jì)算，不是各截面最不利狀態(tài)的內(nèi)力計(jì)算，所算內(nèi)力存在著不安全因素。正確做法應(yīng)該先畫出各截面內(nèi)力影響線，再對(duì)應(yīng)影響線用杠桿法及偏心法進(jìn)行最不利橫向布載，求出各截面內(nèi)力最大、最小值，然后根據(jù)內(nèi)力包絡(luò)圖進(jìn)行結(jié)構(gòu)配筋。近幾年，有的設(shè)計(jì)單位作如下簡(jiǎn)化計(jì)算也可行，對(duì)多支座的板、箱梁橋的墩臺(tái)帽計(jì)算，按活載直接作用于由墩臺(tái)簡(jiǎn)化成的連續(xù)梁上進(jìn)行計(jì)算，不考慮活載及二期恒載的橫向分布作用。
2.2橋墩內(nèi)力計(jì)算
墩樁頂?shù)淖畲筘Q向力計(jì)算同上；墩樁頂水平力計(jì)算，運(yùn)用柔性墩理論中的集成剛度法，將橋面汽車制動(dòng)力及梁體混凝土收縮、徐變、溫差、地震產(chǎn)生的水平力在全聯(lián)墩臺(tái)進(jìn)行分配；最后根據(jù)不同組合的墩樁頂水平力、彎距及對(duì)應(yīng)樁頂豎向力進(jìn)行樁基各截面內(nèi)力計(jì)算。
2.3橋臺(tái)內(nèi)力計(jì)算
除了橋墩內(nèi)力計(jì)算項(xiàng)目外，橋臺(tái)豎向荷載還要增加土壓力、負(fù)摩阻力、搭板自重等項(xiàng)；水平荷載要增加土壓力，其影響復(fù)雜，需注意以下幾點(diǎn)：
（1）鋼筋混凝土薄壁臺(tái)土壓力計(jì)算軟土地基上帶基樁的薄壁臺(tái)土壓力計(jì)算要按深層考慮。
（2）埋置式橋臺(tái)土壓力計(jì)算土壓力一般是以填土前原地面或沖刷線起算的，對(duì)較差土質(zhì)，需根據(jù)實(shí)際土質(zhì)驗(yàn)算，確定是否考慮地面以下臺(tái)后深層土對(duì)樁水平壓力的影響。
臺(tái)后一定要選用透水、強(qiáng)度高、穩(wěn)定性好的材料，否則，滲水后摩擦角及粘結(jié)力下降，自重增加，臺(tái)實(shí)際受土壓力遠(yuǎn)大于設(shè)計(jì)值，使橋臺(tái)失穩(wěn)。
（3）地震土壓力計(jì)算地震土壓力隨著橋梁等級(jí)的提高而加大；計(jì)算時(shí)不考慮活載作用；若地震烈度為7，地震組合力對(duì)橋臺(tái)影響不如對(duì)橋墩的影響大。
（4）搭板對(duì)土壓力影響設(shè)搭板橋臺(tái)還應(yīng)考慮搭板作用后活載土壓力改變對(duì)橋臺(tái)有利的影響。
（5）橋頭路基沉降、滑動(dòng)驗(yàn)算
第一，路基沉降過大：橋頭跳車，臺(tái)背和梁端過早損壞；加大豎向土壓力及負(fù)摩阻力，橋臺(tái)蓋梁開裂及樁基不均勻下沉；路面開裂及路基滲水促使路基失穩(wěn)。
第二，路基滑動(dòng)：導(dǎo)致橋臺(tái)嚴(yán)重破壞，此時(shí)橋臺(tái)所承受水平土壓力已遠(yuǎn)大于正常計(jì)算，對(duì)于橋頭路基加寬、加高或處于改河、填溝段或路基外不遠(yuǎn)有溝、河的，更要注意深層滑動(dòng)驗(yàn)算。上述兩項(xiàng)如不滿足要求，須采用切實(shí)可靠措施進(jìn)行處理，尤以粉噴樁處理橋頭軟基效果為佳。
3、下部結(jié)構(gòu)配筋
下部結(jié)構(gòu)配筋首先涉及配筋方法的選用問題，故在該項(xiàng)中對(duì)配筋方法、蓋梁配筋、樁筋及樁長(zhǎng)設(shè)計(jì)、橋臺(tái)配筋等注意事項(xiàng)分別進(jìn)行討論：
3.1極限法及容許應(yīng)力法
應(yīng)用分析由于現(xiàn)行橋規(guī)將鋼筋混凝土橋原容許應(yīng)力法的彈性狀態(tài)設(shè)計(jì)改按承載極限狀態(tài)設(shè)計(jì)，容許應(yīng)力法有淡漠趨勢(shì)。事實(shí)上，極限法是在等截面簡(jiǎn)支梁試驗(yàn)基礎(chǔ)上獲得的，其適用范圍有限，有些方面還必須用容許應(yīng)力法，設(shè)計(jì)者需注意根據(jù)實(shí)際情況合理選用。
3.2蓋梁配筋注意事項(xiàng)
（1）等截面連續(xù)梁可以用極限法，但不能完全套用，負(fù)彎矩處需留有富余。
（2）變截面連續(xù)蓋梁只能使用容許應(yīng)力法。
（3）蓋梁的抗彎配筋，兩種方法均不控制設(shè)計(jì)，主要由裂縫寬度控制。
（4）抗剪設(shè)計(jì)，兩種方法都對(duì)混凝土與箍筋承擔(dān)剪力比例作了明確規(guī)定。這樣梁體往往需要設(shè)置大量斜剪力筋?給梁內(nèi)布筋帶來困難，配筋時(shí)可以通過多設(shè)箍筋，讓混凝土與箍筋承擔(dān)更多的比例，使配筋自由度大一點(diǎn)。
（5）蓋梁配筋要注意“強(qiáng)剪弱彎”，大部分梁體破壞是由剪力不足造成的，對(duì)抗彎筋滿足要求即可，而抗剪筋一般留有富余。
（6）施工階段應(yīng)力計(jì)算多用容許應(yīng)力法。
3.3樁筋及樁長(zhǎng)設(shè)計(jì)注意事項(xiàng)
（1）樁筋設(shè)計(jì)目前均采用極限法進(jìn)行樁體抗彎筋設(shè)計(jì)，這在規(guī)范中已有詳細(xì)公式。對(duì)樁體抗裂還沒有明確要求，目前說法不一，有待進(jìn)一步研討。
對(duì)于基樁各截面的配筋，從理論上講，應(yīng)根據(jù)樁內(nèi)彎矩包絡(luò)圖進(jìn)行計(jì)算布置。通常是根據(jù)最大彎矩處進(jìn)行配筋，從樁頂一直伸到最大彎矩一半處下一定錨固長(zhǎng)位置，減少一半配筋再一直伸至彎矩為零下一定錨固長(zhǎng)位置，再下為素混凝土段，對(duì)于軟基，樁主筋最好穿過軟土層。有些設(shè)計(jì)院將基樁主筋一半部分一直伸到樁底。具體哪種配筋更合理，對(duì)于摩擦灌注樁，無論從樁體受力來看，還是從節(jié)省工程費(fèi)用及降低施工難度來看，前一種更合理：
①節(jié)省大量鋼筋；
②鋼筋籠少，受樁長(zhǎng)的變更而變更；
③減少底部斷樁處理的難度，減少扁擔(dān)樁發(fā)生機(jī)率。澆樁時(shí)，開始幾米發(fā)生卡管等事故機(jī)率高，而采用第一種方式配筋，底部斷樁后，鋼筋籠拔出后，可原孔再鉆。
（2）樁長(zhǎng)設(shè)計(jì)樁長(zhǎng)計(jì)算不同于樁基配筋，仍采用容許應(yīng)力法，最大豎向力應(yīng)按容許應(yīng)力法要求計(jì)算，不需考慮極限荷載組合系數(shù)。
3.4橋臺(tái)配筋注意事項(xiàng)
橋臺(tái)破壞最多，主要表現(xiàn)在樁基、臺(tái)身、臺(tái)帽、背墻、耳墻等開裂，尤以根部裂縫為多，以往橋臺(tái)破壞多歸結(jié)為超載，事實(shí)上也與設(shè)計(jì)時(shí)忽略某些因素有關(guān)：
（1）要求蓋梁完工后與混凝土底模分開，以免增加自重。
（2）臺(tái)后順橋向水平土壓力對(duì)蓋梁的水平彎矩是造成蓋梁跨中附近側(cè)面豎向裂縫的主要原因，而側(cè)水平土壓力易造成耳墻根部彎裂。
（3）橋臺(tái)前移使有縫橋變成無縫橋，大梁就會(huì)對(duì)橋臺(tái)背墻產(chǎn)生巨大推力去平衡臺(tái)后的土壓力，兩個(gè)力作用的結(jié)果導(dǎo)致：
①背墻從根部剪裂；②蓋梁挑出部分從支撐根部斜下彎裂；③臺(tái)身與蓋梁、樁基與臺(tái)身連接處彎裂。
（4）橋臺(tái)在土壓力、恒載、活載、梁反推力作用下將有很大的扭矩，使蓋梁發(fā)生扭剪破壞。
（5）橋頭路基下沉致使背墻、梁端受活載沖擊力而過早破壞。
因此，設(shè)計(jì)中應(yīng)適當(dāng)加橋臺(tái)強(qiáng)蓋梁抗剪、扭的箍、斜筋，并在蓋梁前側(cè)表面布置部分抗平彎鋼筋；加大背墻、耳墻尺寸及配筋；加大臺(tái)身尺寸及配筋；加大樁基根部配筋。
4、施工中下部結(jié)構(gòu)技術(shù)問題的處理
施工和設(shè)計(jì)是相互關(guān)聯(lián)的，“怎么設(shè)計(jì)，就怎么施工”，反過來對(duì)設(shè)計(jì)者而言，應(yīng)該“怎么施工，就怎么設(shè)計(jì)”，設(shè)計(jì)者應(yīng)保證設(shè)計(jì)方案的合理性、可實(shí)施性，對(duì)其提供的施工方案安全性應(yīng)進(jìn)行驗(yàn)算，有些施工方案的工藝、工序在設(shè)計(jì)文件中必須明確，否則對(duì)質(zhì)量、安全有不良影響。施工中出現(xiàn)的問題也要通過設(shè)計(jì)來解決，以下針對(duì)施工中常遇到的幾個(gè)大問題進(jìn)行分析，并從設(shè)計(jì)上提出解決問題的方法及其預(yù)防措施。
4.1樁長(zhǎng)變更
地質(zhì)鉆探資料僅反映局部地質(zhì)情況，加之鉆探描述與實(shí)際樁孔地質(zhì)有所出入。因此，樁底碰到巖面難以鉆進(jìn)，地質(zhì)較好時(shí)，應(yīng)允許對(duì)樁長(zhǎng)進(jìn)行變更，但必須要求設(shè)計(jì)人員、監(jiān)理人員根據(jù)巖層實(shí)際強(qiáng)度，設(shè)計(jì)者既不能輕易變更樁長(zhǎng)，又要避免過于保守，在滿足承載力情況下進(jìn)行樁長(zhǎng)調(diào)整。
4.2沉淀層厚度指標(biāo)選用分析
①不要對(duì)沉淀層要求的太小，施工中難以控制。
②清底系數(shù)mo值對(duì)樁長(zhǎng)影響較大，以0.3d～0.4d為宜，個(gè)別樁底沉淀層厚度超標(biāo)的，澆筑前可用反循環(huán)清孔法進(jìn)行清孔。
4.3斷樁處理
樁底設(shè)素混凝土段對(duì)底層斷樁處理有很大幫助，對(duì)于上層斷樁，可用挖孔接樁法處理，對(duì)于中層斷樁，有的樁不允許澆筑失敗，應(yīng)重點(diǎn)控制。
4.4橫系梁、承臺(tái)功用討論
橫系梁的主要功能是為了聯(lián)結(jié)墩柱時(shí)調(diào)偏，同時(shí)增大樁的橫向整體性，橋墩不高時(shí)，可以取消；較高時(shí)，也可將系梁提到施工水位以上，減少圍堰費(fèi)用和困難。承臺(tái)的主要作用是聯(lián)結(jié)群樁，有些群樁承臺(tái)結(jié)構(gòu)可考慮用大直徑的獨(dú)樁結(jié)構(gòu)代替，以降低工程造價(jià)。
5、總結(jié)
總之，設(shè)計(jì)者要善于結(jié)合工程實(shí)際分析問題、解決問題，并堅(jiān)持在工程設(shè)計(jì)中推陳出新，以不斷提高下部工程的設(shè)計(jì)質(zhì)量及其使用效果。