梁桥桥台形式及肋板式桥台的适用性研究

梁桥桥台形式及肋板式桥台的适用性研究

摘要：本文主要论述了几种常见桥台形式的适用性，总结归纳出比较实用的梁桥桥台形式选择方法。结合实际工程项目，本文对肋板式桥台进行结构内力分析，总结出肋板式桥台不同结构形式的适用性，为此后类似桥台的设计和施工提供参考。

关键词：梁桥，桥台形式，肋板式桥台，结构计算

近年来，随着道路交通系统的飞速发展，梁桥凭借其突出的优点，已成为桥梁建设中最常用的桥梁形式。对于梁桥而言，墩台的结构形式对于梁桥的整体结构受力性能影响很大，目前针对桥墩形式的受力计算和分析研究已经取得了有指导意义的成果[1-2]。而梁桥桥台形式，主要取决于路基填土高度、桥跨结构类型、基底地质、水文条件及河岸地形等因素，常用的结构类型主要有重力式桥台、埋置式桥台、轻型桥台等，如何选择合理的桥台形式需要根据实际情况具体分析计算而定[3]。

1.梁桥桥台结构形式的适用性

桥梁墩台是桥梁结构的组成部分，桥台的高度一般是由桥头路基填土高度确定的。桥梁全长在满足泄洪或通航要求的前提下，可在桥头修筑高桥台、高路堤，也可用引桥取代高路堤，这主要取决于桥位附近地形、地质、土石方调配、合理使用土地及环境美化等方面的条件。在选用高桥台、高路堤时，应慎重考虑技术上的安全可靠，以及多占用土地的长期损失，不宜单纯追求节省桥梁工程而压缩桥梁长度。例如，山区跨谷桥梁不宜在陡峻山坡上修筑高桥台；城市桥梁因取土不易、影响市容，也往往避免高路堤而采用引桥。

目前梁桥中常见的桥台形式主要有重力式桥台、埋置式桥台、轻型桥台等，实际选用过程中，需综合考虑填土高度、填土类型、桥梁宽度、荷载等级等因素的影响。

（1）重力式桥台适用于地基条件比较好的情况，常用的U型桥台主要靠自重来平衡外荷载，以保持自身的稳定性。这种桥台构造简单，但台身较高时工程量较大，自重相应也增大，对下部地基条件要求就比较严格，一般用于桥梁跨度较小的低矮桥台，根据《墩台与基础》规定，U台适应的填土范围为4～10m，所以U台的高度最好以10m控制。

（2）埋置式桥台具有台身短、工程量省的优点，适用于桥头为浅滩,台前护坡受冲刷小,在填土高度在10m以下的中等跨径桥梁中使用。桥台前锥坡体既起保护桥台的作用，又可平衡台背侧压力，故应采用较缓的边坡坡度，以保证稳定。

（3）轻型桥台是利用钢筋混凝土结构的抗弯能力来减少圬工体积而使桥台轻型化。主要可分为薄壁轻型桥台和支撑梁轻型桥台。这种桥台可节省圬工材料，重量轻，但用钢量较大，施工相对比较复杂。一般适用于软弱地基，对于软土地

基，虽然由于自重减轻而减小了对地基的压力，但会引起桥台的抗滑稳定性降低，因而应根据桥台的高度、地基强度和基底土质等因素进行设计计算。

桥梁桥台型式选择应符合因地制宜、就地取材和便于施工、养护的原则，达到适用、安全、经济、与周围环境协调、造型美观的目的。近年来, 桥台的常用高度一般不超过15m,少数高达20m，对于桥台高度在15m以上的桥梁大都以加孔的方式来降低桥台的高度。但由于受路线纵坡的限制,单纯通过加孔方式来降低桥台高度会大大影响工程的经济性。实际工程中也有通过垫高地面、设高桩承台及加筋土挡墙等方法来解决高桥台的问题,但由此引起的实际工程问题往往更加棘手，如垫高地面在施工中地基土的压实度很难保证，高桩承台对下部桩基础的设计提出较高的要求,加筋土挡墙高度大于15m时,容易产生裂缝,其稳定性也值得商榷。

2.肋板式桥台的计算理论

基于对梁桥的几种常用桥台形式的分析，本文主要选取埋置式桥台中的最常用的肋板式桥台进行研究，验算内容包括以下几个方面：1)截面强度验算；2）桥台稳定验算，主要指纵向挠曲稳定验算；3）桥台整体稳定性验算，包括抗倾覆稳定验算和抗滑移稳定验算4）墩顶水平位移计算。

本文着重将计算过程中需要特别注意的几个问题列出，并提出相应的解决方法，以供此后类似桥台计算参考。

2.1 土压力计算范围

当验算台身强度和地基承载力时，计算基础顶至桥台顶面范围内的士压力；当验算桥台稳定性时，计算基础底至桥台顶面范国内的土压力[4]。

2.2 验算截面

在验算墙身各处截面应力时，先按纯混凝土计算，若荷载效应不利组合的设计值大于构件抗力效应设计值时，设置受拉钢筋。

2.3 土压力计算

图1.主动土压力计算图示

a）台后主动土压力

当土层特性无变化且无汽车荷载时：

当土层特性无变化但有汽车荷载作用时：

其中为汽车荷载的等代均布土层厚度（m），

式中—破棱体平面内布设的活载轴重；—破棱体平面面积；—为破棱体平面宽度；—为破棱体长度。

b）台前溜坡主动土压力：

当桥台前溜坡有适当防护措施，不致被冲去时，可考虑台前溜坡对桥台产生的主动土压力。

为主动土压力系数，按下式计算

B为桥台的计算宽度，对于实体式桥台为桥台全宽；

若时，

若，应根据柱的直径或肋板的宽度来考虑柱（肋）间空隙的折减：

当时，

当时，

2.4 桥台整体稳定性验算

桥台整体稳定性验算包括桥台的抗倾覆稳定验算和抗滑移稳定验算，但是实际工程中桥台基础滑动对于桥涵墩台来说是很少见的，由于桥涵墩台基础一般埋置深度较深，而且基底的容许应力已有一定的安全系数，这就保证了基底土不致产生局部极限平衡而达于塑性流动。当桥台采用钻孔灌注桩基础时，一般情况下，桩基可不验算抗倾覆及抗滑稳定性，但在特殊情况下，应考虑桩基向前移动和被剪断的可能性[5]。

2.5 墩顶水平位移计算

对于高度超过20m的墩台形式，应验算顶端水平方向的弹性位移，并使其符合规定要求。墩台顶面水平位移的容许极限值为

式中：—台顶位移；—承台水平变位；—承台角变位；—台帽顶至承台底面距离；

3.基于实际工程的肋板式桥台计算分析

郑州至登封快速通道改建工程项目路线全长73.616公里，按一级公路兼具城市道路标准设计，全线共有特大桥1729.44/2座，大桥6223.6/19座，中桥186.46/3座，桥宽26m。该项目采用桥型有矮塔斜拉桥、现浇预应力混凝土连续钢构桥、装配式预应力混凝土T型梁桥、装配式预应力混凝土箱型梁桥以及框架桥，桥墩形式的选用主要考虑桥型、墩高、地形条件、以及受力方式等因素，形式多样，受力相对明确；在选用桥台形式时参照前文所述桥台选择方法，采用了常用的U型桥台、柱式台、肋板式桥台，其中肋板式桥台的使用范围最广，填土高度从4m到13.5m，根据地形地基条件、土压力、以及桥台强度稳定性验算，确定了最适合的肋板台型式和填土高度范围。

本文计算分析时，假定桥台全宽B不变，肋板悬臂长度B3/肋板间距B2取0.38～0.42，拟定肋板尺寸，分析肋板高度对肋板式桥台强度及稳定性的影响，肋板式桥台计算图示如图2所示。

图2.肋板式桥台计算图示

（1）两肋式桥台，拟定肋宽b=1m，桩径D=1.2m。

验算肋高从4m开始，肋板顶配筋率虽较大，但随着肋板高度的增加配筋率逐渐减小并趋于稳定，大于7m之后相对稳定；肋板底配筋变化较小。当肋高大于7m时，肋板底配筋随着填土高度的增加迅速增加，当肋板高度达到11.5m时，肋板顶面和底面的配筋率基本相等。

此外根据《公路桥涵地基与基础设计规范》中关于基础稳定性的计算，本文