整体式桥台桥梁设计要点分析

沈良荣1管志飞2范志宁3

摘要：随着我国经济的快速增长，道路交通建设项目越来越多，其中桥梁建设的也得到了前所未有的发展，而且在建筑设计上也取得了一定的成就。针对整体式桥台桥梁的设计结构进行要点分析时，不仅需要重点考虑其结构与土体的相互作用，还应对其结构所产生的次应力，以及台后填土的抵抗作用等方面的显著特征进行重点分析，以期为整体式桥台桥梁的设计提供可行性的实施方案。

关键词：整体式桥台桥梁；桥梁设计；要点分析

整体式桥台桥梁不仅具有良好的使用性能，而且抗震强度高，维修养护的费用较低，因此越来越受到桥梁建筑设计的重视，同时也得到了广泛应用。整体式桥台桥梁具有独特的设计理念，而且对桥梁伸缩缝的磨损处理有效地解决了桥梁养护的难题，同时也使桥梁结构得到优化利用，更加稳固，提高了桥梁的承载能力与耐久性。

1、整体式桥台桥梁的简要概述

整体式桥台桥梁作为一种可以有效提高桥梁长期使用性能减少后期养护维修费用的合理桥梁形式越来越引起桥梁工程师的注意。它不仅保证了桥梁结构的耐久安全，同时减少后期更换伸缩缝所带来的繁重工作和高额费用等问题。目前常用的无缝桥梁主要包括整体式桥台桥梁和半整体式桥台桥梁。整体式桥台桥梁是将桥台和上部结构整体的浇筑成一体构成的整体式桥台，在桥台上不需设置任何伸缩装置，具有良好的整体性和抗震性能。然而由于该桥型的上部结构与桥台是整体连接，属于超静定结构，在温度变化、混凝土收缩徐变以及墩台差异沉降等因素的影响下，桥梁下部结构和土体之间产生不同的位移，将在结构内部产生附加力。而对于半整体式桥台桥梁，它是在普通刚性桥台的基础上，保留了桥台处的支座，但将桥台的背墙从台身上分离，而与梁端结成为整体。主梁与桥台之间则通过一个滑动支座连接，这样可以使二者发生相对转动，并传递梁体的水平位移，并释放主梁与桥台之间较大的弯矩。与全整体式桥台桥梁相比，温度变化，混凝土收缩徐变以及墩台差异沉降等因素对半整体式桥台桥梁的附加力较小，但是其整体性和抗震性能也稍差。

2、整体式桥梁设计时的显著特点分析

首先，整体式桥梁结构中上下部结构连接在一起，整个结构嵌入在周围土地中，并与土体相互作用，由于变形受到约束，以及温度效应和支座的不均匀沉降，结构会产生次应力，次应力会影响整个结构的受力特性，特别是在正常使用极限状态下。其次，对于预应力结构需要靠考虑到部分预加力并不会对上部结构产生作用，而通过下部结构直接传至基础。所产生的次应力很大程度依赖于结构几何形状、上下部结构的刚度比以及基础的刚度。对于上下部结构固结起来的结构，需要对结构和基础的刚度进行如实建模，从而通过计算模型可得到真实荷载。在模拟整体式桥的基础时，取用土的不利地质参数并不是一个保守的方法。事实上，如果基础刚度取得太小，温度效应和预应力效应产生的约束反力就会被低估，这就是整体式桥梁在计算约束反力时常需要考虑地质参数的上限值和下限值而分别计算的原因。再次，承载能力极限状态下，混凝土结构开裂后其刚度减小，由约束产生的内力和弯矩会相应地减小。因此，选择恰当的构件截面形式可以在一定程度上控制所产生的次应力的大小。基本上不管约束力如何，整体式桥梁和有接缝的传统桥梁一样，温差作用下在纵桥向会经历相同的长度改变，但是，其伸缩不是通过设置的伸缩缝而得以减少，而是传递到桥台的台背后填土上。根据每次温差变化大小，桥台的背墙土会有向前方和后方的偏移，并且每年都有达到最大值。此外还需考虑因徐变和收缩产生的单向移动速率。最后，在施工结束后，即刻产生的静止土压力会因桥台首次离开土体方向的移动而缓解，即主动土压力。相反地，桥台向土体推移产生部分被动土压力，特别是在上层土体中。在温差变化下，这种周期性反复的移动会压实后背填土。除了下层土压力增大外，这种压实作用会使后背填土沉降。徐变和收缩引起的背填土离开土体方向移动，会进一步使后背填土沉降。因此，在不同跨径的整体式桥梁中会常采用不同形式的桥头搭板。

3、整体式桥梁结构设计要点分析

以下我们以实例进行演示说明，整体桥桥梁跨径为16m（共4孔），桥梁全长70m。全桥不设伸缩缝，台梁固结。

3.1、上部结构

上部结构采用先简支，后转墩（台）固结的整体式预应力混凝土空心板，桥台被墙与空心板梁端现浇段一体浇注。

3.2、桥台

采用单排三柱式柔性桥台，台梁固结，桩、台与梁共同受力。为解决台盖梁与台柱刚度变化大带来的台柱身易出现裂缝的问题，设计时在台柱身上部4m范围内设置了V字形承托；为有效解决桥台离开土体时台后填土侵入台土间的空隙和水侵蚀桥台的问题，设计时采取在台后涂刷改性沥青防水层；并设置泡沫塑料压缩层，进而减小台后土压力作用。

3.3、桥墩

整体式桥梁的桥墩需承受较大的纵向位移，因此本桥在设计时采用D=1．2m的双柱式柔性桥墩，以减小桥墩的刚度。为减小柱身的应力，设计时在横向柱身上部4m范围内设置了V字形承托，以增强柱身强。

3.4、基础

为了承担上部结构传递的位移，设计时采用了柔度比较好的钻孔桩基础。为减小因温度、冻胀等荷载引起的约束力，在距桩顶以下2m～3m，桩侧1m宽范围内采用砂土进行换填。

3.5、台（墩）梁结点处理

本桥在台（墩）梁处采用固接方式的结点，结点预留钢筋现浇混凝土的方式形成，将上部桥梁结构和下部桥台（墩）刚性相连在一起。

3.6、搭板及台后填土处理

桥台两侧设置2×4m长搭板，两段间设置枕梁作为支撑。为适应水平位移，设两道宽变形缝。板底涂改性沥青以减弱板底面约束效应。为减小台后沉降并降低水害，采用水撼砂砾作为台后填料。台后填料应分层夯实碾压，压实系数应达到0.95以上。为解决台后排水问题，在台帽底设置两道横向排水盲沟。

结束语

综上所述，整体式桥台桥梁具有良好的使用性能，无论是其耐久性，还是其抗震性，以及偏低的养护费用，都使其应用倍受推崇。只是在具体的设计过程中应结合共各方面的受力特点，采取有效的保护措施，并针对其结构的特殊性进行专业设计，减少次应力、台后填土等作用的不利影响，以达到最佳的设计效果。

参考文献

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[2]中华人民共和国交通部.JTGD63-2007公路桥涵地基与基础设计规范[S]．北京:人民交通出版社，2007．