公路桥梁装配式桥台设计与分析研究

许大晴 ，谢玉萌

（1.安徽省交通规划设计研究总院股份有限公司，安徽 合肥 230088，2.公路交通节能环保技术交通运输行业研发中心，安徽 合肥 230088）

我国装配式桥梁技术还处在发展阶段，桥梁下部结构的装配式研究主要集中在桥墩构件，已建成的东海大桥、杭州湾跨海大桥和上海S6、S26、嘉闵高架（北段）等工程中均采用了装配式桥墩[1～4]，但对于装配式桥台的研究及应用，鲜少见文献报道。

武汉理工大学何栋在其硕士论文里提出整浇装配式桥台设计方案，该方案采用工字型截面构件组成的箱型承台，台身普通钢筋锚入空腔承台，再浇筑无收缩自密实混凝土连接[5～7]。其他未见有相关文献，所以对装配式桥台进行研究很有必要性。

1 装配式桥台体系研究

该工程上部结构为30m先简支后连续小箱梁，桥台为柱式台。桥台由预制帽梁、预制背墙、预制耳墙和PRC管桩组成，预制帽梁支撑小箱梁梁体，预制耳墙支撑搭板，预制耳墙起到挡土作用。预制台帽宽1.2m，高1.5m；预制背墙厚度0.5m，耳墙厚度0.5m，管桩直径0.8m。

装配式桥台体系最重要的是构件之间的连接，连接件能否安全可靠直接决定该技术的可行性。

①预制帽梁之间结构上不连续，中间填塞沥青麻絮。

②预制耳墙与预制帽梁连接。预制帽梁设置两道挡块，预制耳墙同挡土板整体预制定位后放置预制帽梁上挡块形成的凹槽之间，并浇筑高强无收缩水泥灌浆料，预制挡块高50cm、宽15cm。

图1 装配式桥台构件示意

图2 预制耳墙与预制帽梁连接三维图

③预制背墙与预制帽梁连接。预制背墙设置两道挡块，预制背墙精确定位后放置预制帽梁上挡块形成的凹槽之间，并浇筑高强无收缩水泥灌浆料（宽3cm），预制挡块高50cm、宽15cm。

图3 预制背墙与预制帽梁连接三维图

④预制耳墙与预制背墙之间连接。预制背墙与预制耳墙之间设置30cm湿接缝，预制背墙和预制耳墙钢筋在湿接缝内进行焊接形成连接。

⑤预制帽梁与预制管桩之间连接。预制帽梁内预留直径为90cm的预留洞，预制帽梁与预制管桩通过填芯混凝土内（长度为3m）钢筋深入到桥台盖梁预留孔内，然后浇筑混凝土连接[8～11]。

图4 预制耳墙与预制背墙连接三维图

图5 预制PRC管桩与预制帽梁连接大样图

2 装配式桥台技术优势

①施工方便，工期缩短。所有的构件都可以施行工厂化预制，将预制完的成品构件在施工现场统一组装成品。这样就可以省去了模板、钢筋绑扎等施工环节，缩短了施工工期，减小或取消设置拌合站、存料区等一些施工所需要的辅助场地，减少所需要的施工场地，改善因施工而带来的道路拥挤的问题。

②提高施工安全性，减少了施工现场的工作量，减少了施工人员在立体空间上的交叉作业，减少了施工中带来的安全风险，使得施工过程中施工人员自身的安全得到了一定的保证。

③有利于特殊地域项目建设，如要求在一年中的特定季节才能施工等等，这些限制条件大大地减少了建设的有效施工天数。即使在较少的可用工作日和其他现场限制条件下，通过采用预制构件的形式能按期完成工程建设。

④不受温度控制。由于温度的限制，使得一些桥梁的建设在严寒的季节一般都会有所限制。而预制构件则不会受到严寒天气的影响。除加快桥梁施工外，预制构件能够提高桥梁单元和系统的质量性能，在受控制环境中采用高品质的材料和标准的生产过程。高质量增加了结构的耐久性，也能减小桥梁造价和周期成本。

⑤施工质量容易得到控制。因为预制是属于工厂化施工，所有的工艺均是在一定制式下完成的，这样就有利于施工质量的控制，避免了由于施工放样、模版变形等引起的误差。

⑥大直径实心管柱基础，将群桩改为单排桩，取消水中大型承台。实心结构，不设置承台，实心桩发挥桩端抗力，增大了桩承载能力，施工质量高，为桥梁安全度提供了可靠的保证，取消原承台钢板桩围堰，承台施工费用大幅降低。

3 装配式桥台施工工艺

装配式桥台施工过程主要分为四个工序：

①采用灰土对底层路基进行填筑，填筑高度为桥台高度（H-5）m，填筑后灰土压实度要求不小于96%，填筑完成以后，需静置3个月；

②待路基静置3个月以后，且路基沉降量满足路基规范要求后，进行除台背回填范围以外的路基填筑，并施工桥台桩基（桥台桩基施工根据地质条件可采用打入法、中掘法及植入法）；

③进行预制盖梁、预制耳墙及预制耳墙拼装施工；

④进行台背回填及锥坡施工，要求台背回填土压实度不小于96%。

4 装配式桥台理论分析

通过有限元分析软件Ansys，建立了装配式桥台的整体计算模型。上部结构荷载取公路-Ⅰ级，双向六车道，同时考虑了车辆冲击系数与车辆的偏载。

采用的效应组合为：1.1×（1.2×结构重力 +（1.4×汽车荷载冲击系数）×汽车荷载+1.05×温度应力）。

①台帽基本处于受压状态，仅支座处局部存在拉应力，最大主拉应力1.4MPa，最大主压应力9.6MPa。

②背墙基本处于受压状态，仅局部存在拉应力，其主要是由上部结构支座反力导致，背墙最大主拉应力1.5MPa，最大主压应力1.5MPa。

③耳墙受力以受压为主，仅局部存在受拉现象，但耳墙整体应力水平较低，耳墙最大主拉应力0.7MPa，最大主压应力0.68MPa。

上述提取的受力结果，结合结构配筋设计，各构件承载能力和裂缝宽度能满足现行规范的要求。

5 结语

本文提出了公路桥梁装配式桥台，由预制帽梁、预制背墙、预制耳墙和PRC管桩组成，给出了各构件之间的连接，并通过有限元模型对结构的可行性进行了分析，但该技术仍待实际工程的考验。

图6 有限元分析模型