桥台结构选型及设计的探讨

魏国

摘 要：道路和桥梁建设的增加是交通运输快速发展和人民生活质量提高的重要体现，这些项目的实施改善了我国的交通网络体系，为区域经济发展创造了良好条件和文化交流。桥台结构是否安全稳定将决定其是否可以安全可靠的支撑起上部结构和桥梁整体，在设计过程中，必须遵守相应的标准规范，保证下部结构安全稳定的前提下为上部结构提供安全可靠支撑。在此基础上，本文从设计角度出发提出根据不同桥梁类型、地质水文情况、桥梁高度如何选定桥台结构形式，并针对现场实际地形提出一些优化桥台结构方法，这些方法不仅可以满足桥台结构安全需要，更能有效降低工程造价。

关键词：道路桥梁;桥台结构;优化设计

0 引言

在道路与桥梁工程建设和运营阶段，必然会對现场环境产生一些影响，若桥梁在设计过程中未充分考虑对现场环境的影响程度和采取必要减少对现场环境的影响程度的措施，建设和运营过程中若要再采取措施减少对现场环境的影响，势必需要付出高昂的经济成本，因而为使桥梁工程更好地匹配现场环境，就需要从桥梁设计阶段开始，充分考虑桥梁上部结构和下部结构设计方案与周围环境的匹配性，通过多方案比较尽最大程度减少对现场环境影响程度。桥台结构设计不仅要保证桥梁结构安全，更应在降低工程造价同时适应现场环境。

1 桥梁下部结构概述

桥梁是供道路、渠道、管线、行人等跨越河流、山谷或其他交通线路等各种障碍物时所使用的承载结构物，通常可分上部结构和下部结构，其中上部结构也称桥跨结构。桥梁下部结构是指桥梁结构中设计在地基上用以支撑桥跨结构，将其荷载传递至地基的结构部分，一般包括桥墩、桥台和墩台基础。桥墩是多跨桥梁中处于相邻桥跨之间并支撑上部结构的构造物，桥台是位于桥梁两端与路基相连并支撑上部结构的构造物，墩台基础是桥梁墩台底部与地基相接触的结构部分。目前设计过程中，根据桥台高度、地质情况通常桥台可分为桩柱式桥台，勒板式桥台、重力式桥台等;桥台基础根据地质情况分为扩大基础和桩基础，其中桩基础又可分为钢筋混凝土摩擦桩和嵌岩桩。

2 桥台结构型式的选择

（1）桩接盖梁式桥台。桩柱式桥台主要由桩基础、短柱、台帽、背墙和桥台两侧耳墙组成，该类桥台一般适用于30 m以下小跨径梁式桥台，桥台处地面至桥面高度2 m～5 m，桥台前方和两侧做少量的锥坡防护。该桥台设计过程中，通常采用单排桩柱基础，桩柱可采用相同或不同直径，一般桩柱采用不同直径且桩柱在地面附近为变截面桩柱比较合理;台帽高度一般根据桥跨大小和下部桩间距来计算，另为保证桥台桩基础不承受上部结构传递较大不平衡弯矩作用，通常设计尽量保证台帽顶支座中心线和单排桩基础中心线相重合。

（2）勒板式桥台。勒板式桥台在实际工程中应用最多，其主要由桩基础或天然基础、承台、勒板、台帽、背墙和桥台两侧耳墙组成，该类桥台一般适用于桥台处地面至桥面高度4 m～8 m，桥台前方和两侧须设置锥坡防护，保证桥台的勒板、承台都埋入土中。为保证勒板承担较小的土压力，一般勒板在横桥向设计宽度较小[2]，纵桥向采用较大尺寸以增加其抗弯刚度，使上部结构传递的竖向力能均匀传递到承台和桩基础，也大大减小了桩基需要承担的纵桥向弯矩作用;承台一般按照构造要求设计。

（3）重力式桥台。重力式桥台主要由基础、台身、台帽、背墙和桥台两侧侧墙组成，该类桥台一般适用于桥台处地面至桥面高度5 m～10 m，桥台后方一般顺接路基重力式路堤墙。该桥台主要靠自重来平衡台后土压力，其中桥台基础、台身和侧墙多数由浆砌片石、片石混凝土或素混凝土就地浇筑，台帽和背墙一般采用钢筋混凝土浇筑，因台帽全部支撑在台身上，无需承受弯矩作用，台帽厚度一般采用40 cm～50 cm，仅按构造配置钢筋。

3 桥台结构设计探讨

（1）台阶式重力桥台。重力式桥台纵桥向长度一般为5 m～8 m，横桥向宽度比桥宽1 m左右，由于该类桥台基础尺寸较大，因而仅适用于基础持力层好、桥台处地势平缓，基础开挖工程量小地形。而山区桥梁多数架设于“V”形山谷，且岩层外露，在该类地形上修建桥梁，若采用一般形式重力式桥台必然会引起大量边坡开挖和边坡支护，现场施工难度大，工程造价高，因而桥台设计时需根据现场地形将重力式桥台设计成台阶形状[2]。

如在某V型山谷修建一座小型拱桥，地表2 m以下为中风化花岗岩，为降低施工难度和减少桥台开挖工程量，根据该山谷花岗岩倾角将侧墙基础设计成台阶形状;另为加大桥台抗滑稳定系数，由于桥台开挖后中风化岩面新鲜、完整，设计采用直径32 mm锚杆锚入中风化岩层2.0 m，预留1.0 m浇筑在混凝土拱座内，锚杆间距0.6×0.6 m，使桥台抗滑稳定显著增大。本桥通过优化设计方案，使桥台结构不仅保证其安全，更在降低工程造价同时最大程度减少对现场环境影响。

（2）扶壁式桥台。重力式桥台主要靠自重来平衡土压力，对于30 m以下小跨径桥梁，其桥台自重作用在基底产生的竖向力一般为上部恒载传递到基底竖向力的2～3倍，甚至更大，若桥台基础持力层较好，设计采用扩大基础即可满足承载力要求;若基础持力层不好，设计需采用摩擦桩基础时，由于重力式桥台自重过大，导致桥台桩基长度显著增大（其中桩基约70%长度来承受桥台自重作用），桥台工程投资明显偏高。因而对于基础持力层较差的重力式桥台设计将其优化为扶壁式桥台，通过将重力式桥台中自重最大台身

和侧墙调整成钢筋混凝土扶壁和前墙，在满足桥台结构安全同时又能降低桥台自重和减短桩长。

如在陕北某马兰状黄土地区修建一座20 m长11 m宽跨线桥，由于桥台后需顺接路基扶壁式挡土墙，设计最早采用8 m高重力式桥台，侧墙长5 m，该桥台自重约为9 000 kN，上部恒载在桥台处产生竖向力约为2 100 kN，桥台自重约为上部恒载在桥台处产生竖向力的4倍，桩基长度40 m偏长，桥台结构尺寸不合理;通过将桥台优化调整为钢筋混凝土扶壁式桥台，其中前墙厚0.75 m，侧墙厚厚0.6 m，勒板厚0.5 m厚（间距1.75 m一道，全桥布置5道），桥台整体高度和宽度不变，该扶壁式桥台自重约为5 500 kN，桥台自重减少40%，使桥梁桩基长度减短约30%。本桥通过在设计阶段优化方案，使桥台结在保证安全同时降低工程造价。

4 结语

在进行桥梁设计时，将上部结构的各种荷载传递给基础的下部结构是否安全可靠，其直接影响着整座桥梁结构的安全性和稳定性，而桥台结构作为桥梁下部结构的重要组成部分，更起着至关重要的作用。因此在进行桥台设计时，应按照“安全、耐久、适用、环保、经济和美观的原则”出发，使桥台结构设计时不仅要保证其安全稳定，更应在降低工程造价同时使其与现场环境融为一体， 从而使整座桥梁工程得到最坚实的保障。 这就要求设计者不断探索和总结，不断提高设计思想和开拓设计理念，使设计产出布局更为合理和经济。

参考文献：

[1]JTG D60-2015，公路桥涵设计通用规范[S].

[2]高沿志.桥台设计中需要注意的一些问题[J].工程建设与设计，2017（10）：127.

[3]陈磊，孔凡佳，熊亮.公路桥梁下部结构的设计与施工[J].山西科技，2008（4）：150-152.