软基路段中小桥桥台的设计优化对策

王永海

通常我们所采用的软土地基处理方式，仅能做到对竖向承载能力的提升，而很难保证对水平方向结构的加固作用。尤其是在道桥工程中，在进行桥头路堤填筑作业时，很容易对桥台桩基水平和竖向的结构造成变形影响，进而引发桩基断裂的问题，对桥梁上部结构的使用安全造成较大威胁。在道桥施工中，怎样降低桥头路堤填筑对桥台桩基的影响作用，已经成为施工中的重点问题。为了提升软件路段桥梁施工的质量，我们有必要针对软基路段桥台的设计方案进行不断研究与优化，从根本上提升桥台的施工质量。

一、工程概况

辽宁省某路桥工程，上部结构采用2×20m预应力混凝土空心板，桥梁宽为25m，采用整幅布置，全桥共采用38片空心板，桥梁总长45m。下部结构采用薄壁式桥台，双排直径为1.2m的桩基，均嵌入中风化粉砂岩不小于1.5d；柱式桥墩加盖梁，单排桩基直径为1.3m，桩间设有系梁，均嵌入中风化粉砂岩不小于1.5d。桩基所处地层软基厚达13m，流塑性。设计汽车荷载为公路Ⅰ级。

二、桥台优化设计

在针对本次所研究的路桥工程桥台位移问题进行分析之后可以发现，桥台的桩基已经不存在修复的可能，需将桥台桩基全部去除。而桥墩桩基在经过检验分析之后，其自身的承载能力，虽然不满足承力标准需求，但还具备继续使用的价值。为此，采取增加桩基的方式，来提升桥桥墩桩基的荷载能力。在针对桥台的软基部分进行处理时，需充分考虑到软基工程的结构特征，将单向水泥搅拌桩转变为双向水泥搅拌桩，并且将桩基之间的间距控制在0.8m。进行具体修复施工作业时，需严格按照施工规范执行，先进行架梁操作，后进行填土操作，同时将填筑的土改变成轻质土。而在架梁操作完成之后，期间对桥台的背墙进行了反复测量，可以发现其仍然存在水平位移的现象。对预先留出的背墙空心板间缝造成了一定的挤压影响，这也会为下阶段的伸缩缝安装造成困难。而经过测量之后，可以发现，被墙顶部出现了两到三厘米的水平位移，而桥台和桥台桩基之间，由于受到外界应力的影响也产生了5°的倾斜角。

桥台再次产生二次微小滑移，桥台和桥台桩基需检测，确保桥梁的下部结构安全，经过检测，未发现结构受损的情况。在全桥范围内行车道上不设伸缩缝的桥梁为无伸缩缝桥梁，可分为半整体式桥台无伸缩缝桥梁（简称半整体式桥台桥梁,只传递剪力Q不传递弯矩M）和整体式桥台无伸缩缝桥梁（简称整体式桥台桥梁，传递Q和M）。充分考虑到该桥为简支梁桥，受力明确，桥梁规模较小，桥梁整体升降温作用下，产生的温度二次内力可以忽略不计，设计优化方案采用全桥取消伸缩缝，做成桥台连续，形成半整体式桥梁。通过预留桥面切割缝，填筑沥青，适应桥面的梯度变化。目前，有学者也提出中小桥无需设置伸缩缝。桥台背墙与空心板板端缝隙被挤压，避免产生两者的碰撞，影响结构的耐久性，在两者缝隙中设置一条细粒式混凝土抗压带，起到缓冲的作用。

三、全桥模拟

1、模型建立

在对本次所研究的道桥工程情况进行分析之后，所制定的桥台设计优化方案是围绕取消伸缩缝来开展的。通过去除伸缩缝来实现桥面的整体化。同时也使桥台背墙形成整体模式。在桥台连续的情况下，桥台的桥梁便形成了半整体式。在此过程中，如果桥台的桩基水平位移与规范参数相符，便可采取常规的简支结构作为桥梁主体结构。而桥梁结构的伸缩缝会根据升降温的变化而产生变化，我们此次所进行的优化方案中，去除了桥梁结构中的伸缩缝，利用整体的桥台模式来降低温度对桥台结构的影响。我们在应用相应软件对该桥梁进行整体受力分析之之后可以发现，温度的提升与主动土压力均会对桥梁的受力情况造成影响。

2、模型计算假定

模型中，采用土弹簧近似模拟桩的侧向土压力和桩端支撑力。按照地基规范中取m值，采用m法计算桩基每个节点处的三向弹簧刚度SDX、SDY、SDZ。中桥桥台背墙与空心板板端间、板端间的混凝土块采用梁单元模拟，并且释放两端约束，接近实际混凝土块只受压；单跨19片空心板采用梁格法模拟；桥台（包括承台）采用实体单元模拟；桩基采用梁单元模拟，桥墩、盖梁、桩基均采用梁单元模拟。按照现行规范，查获江门地区温度取值为：升温20℃和降温20℃。台后路基填土高度取4.5m。

四、结果分析

为了叙述方便，本文采用国际上通用的表达方式，即靠近路基排桩称为前桩，远离路基排桩称为后桩。本桥梁考虑升降温20℃时，桥台处和桥墩处空心板端产生的弯矩、剪力、轴力，由于桥梁本质还是简支结构，未改变其受力形式，仍属于静定结构，因此两跨空心板的受力一致，在此仅列出一跨20m预应力空心板的受力情况。考虑桥梁整体升降温后，桥台连续后，空心板的内力分布情况与桥台处设伸缩缝时变化不大，控制在6mm之内，对结构的影响可忽略不计。

1、半整体式桥台桥梁只传递剪力，不传递弯矩。结果显示背墙未出现与桥面铺装层连成一体后产生裂缝的现象。

2、结构整体刚度较好。半整体式桥台桥梁有较好的温度适应性。温度荷载作用下，结构土存在侧向和竖向的共同作用，是一种相对活载不敏感结构；相对整体式桥台，半整体式桥台在温度荷载作用下应力集中得到很大程度的缓解。

结语：软基是世界难题，从理论到实际应用，仍依靠经验和实验手段监控工程施工质量。桥梁设计前期一定要详细钻探，探明桥位地质情况，根据上部构造对承载力、变形及稳定性的要求，结合当地环境和经济条件，进行充分研究后决定应采取的设计方案和施工方案，以确保桥台稳定。特别是中小桥，由于受重视程度不高，容易忽视软基部分的技术细节，留下工程隐患，望本文能向类似的工程提供一定的设计和管理依据。

参考文献：

[1]陈德春.软基桥梁墩台病害分析及对策[J].淮北职业技术学院学报,2010,9(1):18-19.

[2]敬大德.软基地质条件下桥梁桥台研究与设计[J].城市道桥与防洪,2013(5):92-94.