公路梁桥墩台设计浅析

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【摘 要】墩台是桥梁结构的重要组成部分，其选择是否合理，对工程造价、工程质量及工程的安全影响较大。本文主要介绍了公路上最常用的梁桥的各种墩台类型、特点及适用情况，分析了其不同的受力特点。

【关键词】梁桥；墩台；类型；受力

1 桥梁墩台概述

桥梁墩台是桥墩和桥台的合称，是支承桥梁上部结构的结构物，主要作用是承

受上部结构传来的荷载，并将它及自重传给地基。一般由墩（台）帽、墩（台）身和基础三部分组成。桥墩：支承相邻的两孔桥跨，居于桥梁的中间部位。桥台：居于全桥的两端，它的前端支承桥跨，后端与路基衔接，起着支挡台后路基填土并把桥跨与路基连接起来的作用。

2 桥墩的类型、特点

桥墩的结构形式多样，按其构造可分为重力式桥墩、柱式墩、薄壁墩、Y型桥

墩等；按其受力特点可分为刚性桥墩和柔性桥墩；按其截面形状可分为矩形、圆形、圆端形、尖端形及各种截面组合而成的空心桥墩。下面重点介绍在国内工程中应用较多的重力式桥墩、柱式墩、薄壁墩。

2.1 重力式桥墩

其主要依靠自身较大的重量和较大的截面尺寸以及建筑材料的抗压性能来承受竖直方向和水平方向荷载。一般采用抗压性能较好，抗拉性能较差的石料或混凝土等材料建造。其圬工体积较大，自重和阻水面积也较大，对地基要求较高（较适用于地基承载力较高、覆盖层较薄、基岩埋深较浅的地基上），但其具有坚固耐久、抗震性能好、防撞性能好、节省钢材、施工简易、养护工作量小、所需砂石可就地取材等优点，因而在我国早期此类桥墩建的较多。

重力式桥墩截面形状多采用简单流线型，如圆端墩、尖端墩、圆形墩、圆角形墩等。简单流线型桥墩有利于水流顺畅地通过桥孔，也有利于减少阻水作用和墩旁冲刷作用。各种截面形状的桥墩，适用于不同的水流情况，如圆形墩适用于桥下水流方向变化不定，或水流方向同桥梁斜交角较大的情况。

2.2 柱式桥墩

柱式桥墩是目前我国公路桥梁中广泛采用的桥墩型式，一般由承台（或系梁）、柱式墩身和盖梁三部分组成，其自重轻，结构稳定性好，施工方便、快捷、外观轻颖美观，能适用于各类桥梁。

常用的柱式桥墩的型式：独柱式、双柱式、多柱式、哑铃式以及混合双柱式等几种，可根据桥宽的需要及地形、地貌条件任意组合，其高度一般宜控制在40米以内，柱径一般不宜小于80厘米。

2.3 薄壁桥墩

这种桥墩具有截面积小、截面模量大、自重轻、结构刚度和强度较好的特点。薄壁墩分实心与空心两种。实心薄壁墩多于中小跨径、桥墩高度较小、其他墩型式受限时采用；薄壁空心桥墩多在大跨、高墩桥梁时采用。薄壁空心桥墩较大幅度削减了墩身自重，减轻了地基的负荷，减少了自身的截面尺寸，使结构在外观上变得更加轻盈。薄壁空心墩设计时应注意预留通气孔，以调节内外温差，改善受力性能，在薄壁空心墩内不宜设置水平隔板，以免给施工带来困难。此外，桥梁设计中高桥墩应考虑其稳定性以及墩顶因活载或温度荷载产生过大的水平位移对上部结构产生的不利影响。

3 桥台的类型、特点

梁桥桥台从构造上可分为重力式桥台、轻型桥台、组合式桥台等。

3.1 重力式桥台

重力式桥台主要靠自身重力来平衡台后的土侧压力，并支承上部结构的主梁。桥台一般由巧工材料采用就地浇（砌）筑施工建成，有U形、埋置式、耳墙式等多种形式。

U形桥台的截面形状为U形，它由台后端两片侧墙及其间的填土形成道碴槽。这种桥台构造简单，但台身较高时工程量较大，对地基承载力要求较高，一般用于地基承载力较高（如碎石土、卵石土）、桥梁跨度较小的低矮桥台。埋置式桥台因台身埋置于锥体填土中而得名。它具有台身短、工程量省的优点。但锥体填土伸出桥台前缘，侵占桥孔过水面积，因而桥台易受水流冲刷毁坏。这种桥台适用于桥梁跨度较大和填土较高的桥台。耳墙式桥台的外形相当割去台尾下部的U形桥台。这种桥台较U形桥台具有工程量少的优点，但其构造较复杂，钢筋混凝土耳墙施工也较困难。

3.2 轻型桥台

常用的轻型桥台可分为：设有支撑梁的轻型桥台、框架式轻型桥台以及薄壁轻型桥台等几种类型。按照翼墙的形式和布置方式可分为：一字形轻型桥台、八字形轻型桥台、耳墙式轻型桥台。

（1）设有支撑梁的轻型桥台支撑梁应设于铺砌层或冲刷线以下，中距宜为2～3m，截面尺寸≥20cm×30cm，一般适用于跨径≤13m、桥孔≤3孔的梁（板）桥。

（2）框架式桥台常用的构造形式有三种：肋板式桥台、柱式桥台、构架式桥台。肋板式桥台台身高度≥10m时，设置系梁；盖梁、系梁和耳墙采用的混凝土≥C25，肋板厚度在60～100cm，混凝土≥C25。柱式桥台用于填土高度5m的桥台。框架式桥台一般适用于地基承载力较低、台身较高、跨径较大的梁桥。

（3）钢筋混凝土薄壁桥台：薄壁轻型桥台常用的形式有悬臂式、扶壁式、撑墙式及箱式等。这种桥台是由带扶壁的前墙和侧墙以及水平底板构成。挡土墙由前墙和间距为2.5～3.5m的扶壁组成。两侧扶壁可以与前墙垂直，有时也可以做成与前墙斜交。相对于重力式桥台而言，可减少污工体积40%～50%，同时因自重减轻而减少了对地基的压力，能适用于软土地基的条件，但其构造和施工均较复杂。钢筋混凝土薄壁台可采用扩大基础或桩基础，墩台下面设置支撑梁，整个桥梁形成框架结构体系，并借助两端台后的被动土压力来保持稳定。

（4）实体埋置式桥台：适用桥头为浅滩，溜坡受冲刷较小且路堤填土高度达8m以上的多跨桥的高桥台。耳墙长度≤3～4m，厚度为15～30cm，后端高度为50cm，前端高度为100～250cm，应将主筋伸入台帽借以锚固。采用的混凝土≥C25，台身和基础为M7.5浆砌MU40块石，溜坡表面宜采用M7.5浆砌MU30片石作铺砌护坡。

3.3 组合式桥台

组合式桥台是由主要承受桥跨结构传来的竖向力和水平力的台体，与承受台后土压力的其他结构组合而成。常用的型式有加筋土桥台、过梁式框架桥台以及台墙隔离桥台。加筋土桥台适用于台高5～6m的跨线桥或台位不受河水冲刷的中、小跨径桥。

4 墩台的内力计算及分析

工程中多采用先简支后连续构造梁桥，这样整个工程的计算工作主要集中于下部墩台，故其内力计算方法的选用是否正确，考虑因素是否全面，将直接关系到工程的造价及安全，为此作以下几点分析：

盖梁内力计算：《墩台设计手册》中算例对墩台内力按下列方式计算：当荷载对称布置时，按杠杆法计算；

当荷载偏心布置时，按偏心压力法计算，两种布载状况的内力取大值控制设计。这种算法仅为两种布载状况下的内力计算，不是各截面最不利状态的内力计算，所算内力存在着不安全因素。一般应该先画出各截面内力影响线，再对应影响线用杠杆法及偏心法进行最不利横向布载，求出各截面内力最大、最小值，然后根据内力包络图进行结构配筋。

桥墩内力计算：墩桩顶的最大竖向力计算方法同上；墩桩顶水平力计算，运用柔性墩理论中的集成刚度法，将桥面汽车制动力及梁体混凝土收缩、徐变、温差、地震产生的水平力在全联墩台进行分配；最后根据不同组合的墩桩顶水平力、弯距及对应桩顶竖向力进行桩基各截面内力计算。

桥台内力计算：除了桥墩内力计算项目外，桥台竖向荷载还要增加土压力、负摩阻力、搭板自重等项；水平荷载要增加土压力，其影响复杂，需注意以下几点：（1）埋置式桥台土压力计算一般是以填土前原地面或冲刷线起算的，对较差土质，需根据实际土质验算，确定是否考虑地面以下台后深层土对桩水平压力的影响。台后一定要选用透水性好、强度高、稳定性好的材料，否则，渗水后摩擦角及粘结力下降，自重增加，台实际受土压力远大于设计值，使桥台失稳。（2）计算软土地基上带基桩的薄壁台土压力计算要按深层考虑。（3）地震土压力随着桥梁等级的提高而加大；计算时不考虑活载作用（4）设搭板桥台还应考虑搭板作用后活载土压力改变对桥台有利的影响。（5）桥头路基沉降、滑动验算。首先，路基沉降过大、桥头跳车、台背和梁端过早损坏，加大竖向土压力及负摩阻力，造成桥台盖梁开裂及桩基不均匀下沉、路面开裂及路基渗水，促使路基失稳。其次，由于路基滑动使桥台所承受的水平土压力已远大于计算值，对于桥头高路基和处于改河、填沟段或路基外不远处有沟、河的，更要注意深层滑动的验算。上述两项如不满足要求，须采用切实可靠措施进行处理。

5 结束语

桥梁上下部结构是有机的整体，相互影响，共同工作。桥梁墩台在桥梁构造中起着“承上启下”的作用。其不但要承受上部结构产生的竖向力、水平力、弯矩，还受风力、土压力、流水压力以及可能发生的地震力、冰压力、船只和漂流物对墩台的撞击力等荷载的作用。桥梁墩台的设计要综合考虑结构受力、水文和地质条件、地震等诸多因素，选择最优设计方案，以求作到安全、经济、施工方便且工期短、耐久、易维护及满足美学上的要求等。

参考文献：

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