1、刍议软土地基桥梁下部结构设计摘要:桥梁下部结构设计的重要性关乎到整个工程的造价、质量、工期及其使用。在软土地基中桥梁下部结构中的设计更需要重视，下面对结构型式选用、内力计算、结构配筋等进行分析，并结合工程实例施工中技术难题处理进行论述。 关键词:软土地基；桥梁；下部结构；设计 中图分类号：S611 文献标识码： A 前言 近年来，随着我国交通事业的迅速发展，桥梁的建设也逐渐增多。大到跨海大桥、跨江铁路桥，小到公路桥、田野中小桥，桥梁工程给人们的生活带来了诸多方便，给物流等经济发展带来了机遇。同时桥梁建设施工质量也备受人们的关注和期待。桥梁下部结构是桥梁整体的重要组成部分，桥梁下部结构设计和施工
2、质量对工程造价、工期以及后期使用等都有直接的影响，合理设计桥梁下部结构、严抓桥梁施工质量，满足交通所需的安全可靠等要求十分关键。 1、桥梁下部结构型式选用 某桥梁施工段地基，表层覆盖 0.52m 的粘性土硬壳层，下部是313m 的淤泥、淤泥质粘土层，往下依次为粘土、亚粘土层，花岗石麻岩。其中软土淤泥层呈流塑状态，具有含水量大、压缩性大、透水性差、力学强度低等特点。软土地基上墩台型式的正确选用非常重要，不仅影响工程的正常使用，而且也是工程费用节省的关键，一旦有损，破坏性大且难以修复，其安全重要性甚于上部构造。受上部结构、软土性质、填土高度、临河情况、软基处理措施等众多因素的影响，比较复杂，需结合
3、具体工程分析。软土地基经常选用的轻型墩台有:钢筋混凝土薄壁墩台、柔性排架式墩台、埋置式桩柱式桥台、柱式桥墩。 很大程度上，软基位移对于墩台的选择会有很大影响，为了减少软基位移，要尽可能减少超静定个数，在设计中还可适当加大桩距，减少桩根数，这样的方法还有利于减少工程造价。当桩底接近基岩表面时，承载力接近设计要求，没有必要再伸入基岩以求更加保险；若承载力不够，可把桩径加大再算。尽可能不用嵌岩柱桩而采用摩擦桩。 2、下部结构内力计算 通常，通过在上部采用简支结构的标准梁，以达到减少软土地基位移对超静定结构的影响的目的。但是为了改善行车条件，仅在桥面作连续处理。这样，整个桥梁的设计工作主要集中于下部结
4、构，故其内力计算方法的选用是否正确，考虑因素是否全面，直接关系到工程的安危。 2.1 盖梁内力计算 上部恒载对下部墩台影响力的计算不存异议。活载对下部墩台的影响由桥规知，应根据实际可能发生的最不利情况布置。但在新编墩台与基础设计手册的算例中，活载对墩台的影响力计算为: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。这种算法没有真正体会桥规用意，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，所算内力以偏概全，存在着不安全因素，将不少设计者引入误区。笔者认为正确的做法，应先画出各截面内力影响线，对应影响线用杠杆法及偏心法进行最不
5、利横向布载，求出各截面内力最大、最小值，再根据内力包络图进行结构配筋。近几年，有的设计单位作如下简化计算也可行，对多支座的板、箱梁桥的墩台盖梁计算，按活载直接作用于由墩台盖梁简化成的连续梁上进行计算，不考虑活载及二期恒载的横向分布作用。 2.2 桥台土压力计算 桥台荷载的计算不仅要考虑桥墩内力项目，而且还要对土压力、负摩阻力、搭板自重等内容进行计算。尤其是土压力的计算需要注意，土压力对桥台结构的影响复杂，设计时需要注意以下几点:(1)钢筋砼薄壁台土压力计算:软土地基上带基桩的薄壁台土压力计算要按深层考虑。(2)埋置式桥台土压力计算:土压力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
6、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。另外，由于设计时土压力计算均按台后不渗水考虑，因此台后一定要选用透水、强度高、稳定性好的材料，否则，渗水后，摩擦角及粘接力下降，自重增加，桥台实际所受土压力远大于设计值，造成桥台失稳。(3)搭板对土压力影响:设搭板的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。(4)桥头路基沉降、滑动的影响:路基沉降过大的影响桥头跳车、台背和梁端过早损坏；加大竖向土压力及负摩阻力，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。路基滑动导致桥台严重破坏，此时桥台所承受水平土压力已远大于正常计算，对于桥头路基加宽、加高或处于改
7、河、填沟段或路基外不远有沟、河的，更要注意深层滑动验算。上述两项如不满足要求，须采取切实可靠的措施进行处理，其中尤以粉喷桩处理桥头软基效果为佳。 3、下部结构配筋 3.1 盖梁配筋注意事项 对于等截面连续盖梁的设计可以采用容许应力法或极限法，但也不能完全套用，负弯矩处要有所保留；对于变截面连续盖梁就只能使用容许应力法。盖梁的抗弯配筋，要考虑盖梁受弯、剪、扭等的复杂影响及下部结构的重要性，并应对裂缝提出更严格的控制要求，两种配筋方法一般均不控制设计，主要由裂缝宽度控制配筋。至于抗剪设计，两种方法都对砼与箍筋承担剪力比例作了明确规定，这样梁体往往需要设置大量斜剪力筋，给梁内布筋带来困难，配筋时，可
8、以通过多设箍筋，让砼与箍筋承担更多的比例，使配筋自由度更大一点。盖梁配筋要注意“强剪弱弯” ，大部分梁体破坏是由剪力不足造成的，对抗弯筋满足要求即可，而抗剪筋一般留有富余。对施工阶段的应力计算多用容许应力法。 3.2 桩筋设计注意事项 目前桩体抗弯筋的设计均采用极限法进行，这在规范中已有详细的规定与公式。从理论上讲，应根据桩的弯矩包络图来对桩基各截面的配筋进行计算布置。通常是根据最大弯矩处进行配筋，从桩顶一直伸到最大弯矩一半及以下一定的锚固长位置，减少一半配筋再一直伸至弯矩为零及以下一定的锚固长位置，再下为素砼段，对于软基，桩主筋最好穿过软土层。江苏省交通规划设计院采用这种方式，而交通部第一勘
9、察设计院将基桩主筋一半部分一直伸到桩底。具体那种配筋更合理，对于摩擦灌注桩，无论从桩体受力来看，还是从节省工程费用及降低施工难度来看，笔者认为前一种更合理:(1)节省大量钢筋；(2)钢筋笼少受桩长的变更而变更；(3)减少底部断桩处理的难度，减少扁担桩处理的机率。浇桩时，开始几米发生卡管等事故机率高，而采用第一种方式配筋，底部断桩后，钢筋笼拔出后，可原孔再钻，新沂河特大桥由省院设计，施工中有 4 根素混凝土段断桩是通过重新扫孔浇筑成功的，而新沂河特大桥以北路段由勘一院设计，有两根桩出现类似情况，因钢筋笼一通到底，只能采用断桩处理。 3.3 桥台配筋注意事项 在众多桥梁调查研究中，桥台的破坏数量最
10、多，这与桥台受力的复杂性有关。破坏主要表现在桩基、台身、台帽、台墙、耳墙等开裂，尤以各构件连接部位的裂缝为多。以往桥台破坏多归结为超载，事实上也与设计时忽略某些因素有关，以下方面须予以考虑:(1)要求盖梁完工后与混凝土底模分开，以免增加自重；(2)台后顺桥向水平土压力对盖梁的水平弯矩是造成盖梁跨中附近前侧面竖向裂缝的主要原因，而侧水平土压力易造成耳墙根部弯裂；(3)桥台前移使有缝桥变成无缝桥，大梁就会对桥台背墙产生巨大的推力去平衡台后的土压力，两个力作用的结果导致:a.背墙从根部剪裂；b.盖梁挑出部分从支撑根部斜下弯裂；c.台身与盖梁及桩基与台身连接处弯裂。(4)桥台在土压力、恒载、活载、梁反
11、推力作用下将有很大的扭矩，使盖梁发生扭剪破坏。(5)桥头路基持续不断地下沉，致使背墙、梁端受活载过大冲击而提前破坏。 因此，在设计中要适当增加桥台盖梁抗剪、扭的箍、斜筋，并在盖梁前侧表面布置部分抗弯钢筋；还应加大背墙、耳墙尺寸及配筋；加大台身尺寸及配筋；加大桩基与盖梁或台身连接处的桩根部配筋；加强桥台前后软基处理。 4 施工中下部结构技术难题的处理 施工与设计是紧密相关的，合理、恰当、易于实施的设计方案将有利于施工人员的施工。设计者还要对其提供的施工方案安全性应进行验算，有些施工方案的工艺、工序在设计文件中必须明确，否则对工程质量、施工安全有不良影响；反之，施工中出现的技术难题也最终通过设计来
12、解决。 4.1 桩长变更 由于地质钻探资料提供的只是局部地质情况，并且钻探的情况与实际桩孔地质也会有一定的误差，实际工程中对于桩的改变也是难免的。当桩底碰到岩面较高，难以钻进，地质较好时，应允许对桩长进行变更，但必须要求设计人员有丰富的地质经验，根据钻渣分析岩层实际强度，在满足承载力情况下进行桩长调整，以减少施工难度。设计者既不能轻易变更桩长，又要避免过于保守，应针对具体情况慎重处理。 4.2 钻头高度对桩长影响 对于钻头高度是否算入桩长的争议，还尚未终止，另外一个争论不休的问题的桩底位于岩层中的情况。对黏土层，曾以承载力等同的原则这样处理过:平底钻头算桩长，不扣钻头高度，尖锥钻 1/3 钻头
13、算桩长。对岩层，此时最好结合桩钻孔情况、岩层强度等作具体分析及分别处理。4.3 沉淀层厚度指标选用分析 由于清底系数值对桩长影响的较大，因此对摩擦桩沉淀层也无须太放宽。以 0.30.4d 为宜，个别桩底沉淀层厚度超标的，浇筑前可用反循环清孔法进行清孔，这样，设计时清底系数就不会取得太小、太保守，桩长设计也就更合理一些。 4.4 横系梁、承台功用讨论 设置横系梁的主要目的是为了连接墩桩时的调偏，并且增大桩的横向整体性。当桥墩不高时，可以不设置横系梁，桥墩较高时，也可将系梁提高到水位以上，减少围堰费用及困难。承台的主要作用是联结群桩，有些群桩承台结构可考虑用大直径的独桩结构代替，以降低工程造价。 结语 综上可以看出，软土地基桥梁下部结构的设计是比较复杂的。解决此问题，首先要对软土地基进行处理，设计合理的基础结构，综合考虑才能整个对桥梁的设计有整体把握。对此，设计者要结合工程实际去分析问题，解决问题，擅于利用规范，但不局限与规范的限制。 参考文献: 1墩台与基础(公路桥涵设计手册)M.北京:人民交通出版社，1997. 2凌治平.基础工程M.北京:人民交通出版社，1990. 3JTJ017-96.公路软土地基路堤设计与施工技术规范S.
