摘要：墩台属于桥梁支撑部分，其不仅要在结构上满足桥梁施工、运营阶段的强度、稳定性、刚度、耐久性等多种要求，同时，还要考虑到造型的美观，这些都使得公路桥梁墩台的设计难度大大提升。为此，本文从造型选择、设计荷载等方面入手，对公路桥梁的桥墩设计与桥台设计进行了分析，希望能够对公路桥梁建设工作起到一定的帮助。
关键词：公路桥梁；墩台；荷载
引言
随着我国交通事业的不断发展，公路桥梁的建设规模在近几年呈现出了不断扩大的趋势，而桥梁墩台设计作为整个桥梁设计中的重要部分，自然也得到了高度重视。然而由于桥梁墩台设计需要考虑的因素较多，设计、施工方法也比较复杂，当前，很多公路桥梁建设工程中，桥梁墩台部分的设计仍然会出现各种各样的问题，因此，对于公路桥梁墩台设计的研究是非常具有现实意义的。
1.墩台选型
墩台类型的选定会受到地形、地质、水文、线路、上部结构、施工条件和经济等多种因素的影响，因此，对于墩台类型的设计不仅需要熟悉各种墩台造型的特点，还需在实地考察与勘测工作中将诸多条件的具体参数确定下来，并结合各种墩台造型的特点来进行选择。例如框架式墩台具有着主梁跨径较短、高度较低、桥梁跨越能力强、造型美观多样等特点，比较适合市区内的公路桥梁；而重力式墩台则具有着刚度大、稳定性好、防撞能力强等特点，比较适合地基良好的大中型桥梁，或是所在河流覆冰、漂浮物较多的桥梁。
2.墩台构造
2.1顶帽构造
台顶帽通常以矩形或圆端形为主，在对其构造进行设计时，需要先对墩台身尺寸、施工要求、架设要求、养护要求、电气化设施尺寸等情况进行了解，在对各种要求与条件进行综合考虑后，才能够确定墩台顶帽的具体尺寸。之后，则要对桥梁及墩台施工误差、温度变形等因素进行全面考虑，并在简支梁梁端流出一定的空隙，这样在出现温度变形、施工误差等情况时，简支梁的梁端就不会因碰撞、挤压而出现问题。空隙的距离需要根据实际情况而定，例如，钢筋混凝土梁和预应力混凝土梁在跨度超过16m时，缝隙距离应在60mm左右；而当跨度大于20m时，缝隙距离则需要在100mm左右，而对钢梁的缝隙距离则通常在100mm以上。最后，曲线上和坡道上应考虑曲线及坡道布置对空隙的影响，大跨度梁尚应考虑预留拱度和荷载引起梁的伸缩等影响，顶帽上应设置配钢筋的支承垫石，支承垫石外边缘距支座底板的边缘为0.15～0.20m，支承垫石顶面应高出顶帽排水坡的上棱。另外，不同形式的墩台在顶帽构造上会存在一定差异，在设计时自然也会存在一些特殊之处，例如，空心墩顶帽的帽梁需要通过结构计算来确定。
2.2托盘构造
在满足桥墩台顶帽横向宽度的同时，为了减小墩台身横向尺寸，实体桥墩台多采用托盘式顶帽。托盘式顶帽悬出墩台身缩颈以外的尺寸，应考虑梁部荷载及架梁移梁的影响，为了保证悬出部分的安全，参照已往设计经验，拟定在顶帽缩颈处横向宽度不宜小于支座下座板外援的间距。
2.3台身构造
墩台的台身构造通常可分为实体墩台与空心墩台两种，其中实体墩台主要是由片石砌注筑成，目前已经基本被淘汰，空心墩则属于目前比较常见的墩型，在抗震性等各方面性能都比较良好。对于空心墩的台身构造设计，需要在墩台的顶帽下设置实体过渡段，并在实体段与空心墩身连接处，以及空心墩身与墩台基础的连接处设置补充钢筋或牛腿[1]。同时，不同材质的空心墩在最小壁厚要求上会存在一定差异，例如，钢筋混凝土空心墩的最小壁厚应在0.3m以上，而混凝土空心墩则的最小壁厚则应在0.5m以上，此外，还要在空心墩外设置护面钢筋。对于空心墩离地面5m以上部分，应在墩身周围交错设置适量的通风口，其直径不宜小于0.2m，并应有安装防护设施。通风孔应高出设计频率水位，墩顶应设置带门的进人洞，并设置检查设备。
3.设计荷载计算
在桥梁设计中，由于桥梁墩台会受到各种荷载的影响，因此，通常都需要根据桥梁的实际情况，对各种荷载进行计算，再根据各种结构的不同荷载组合，将材料基本容许应力和地基容许承载力乘以不同的提高系数，以确定桥梁的整体荷载。由于公路桥梁墩台可能受到的荷载十分多样（具体可参考表1），不同桥梁所受到的实际荷载也会存在很大的不同，因此这里只选取其中的一部分荷载进行分析。
表1 桥墩台荷载
3.1恒载与水浮力计算
桥梁上部结构恒载传至墩台的计算值，通常需要由桥梁支座的反力计算来确定，而对于墩台在水下和土中部分自重的计算方法，则要根据地基土的性质来进行考虑。在公路桥梁的设计中，还需要对水的浮力进行考虑，水浮力的计算会受到土质的影响，因此其具体计算内容需要按照相关设计规范来确定。需要注意的是，并非所有墩台在设计中都需要考虑水浮力，例如，位于透水性地基上的墩台，在验算稳定时应采用设计高水位的浮力；而在验算地基应力时，仅需要考虑低水位时的浮力，或时不考虑水的浮力；而基础嵌入不透水性地基的墩台，则可以直接忽略水浮力的影响。水对水下墩台或土的固体颗粒的浮力作用，可用墩台圬工的浮容重或土的浮容重来反映，圬工的浮容重等于圬工容重减去水的容重，土的浮容重可以根据土质资料得到不同的物理指标，如天然容重、天然含水量、比重或饱和容重等计算[2]。
3.2流水压力与冰压力
作用在桥墩上的流水压力，可按公路桥涵设计规范的有关规定计算。流水压力的合力作用点，假定在设计水位以下1/3水深处，即假定河底的流速为零，作用力的分布呈倒三角形。而在一些冬季气温较低的地区，由于桥梁墩台所在的河流或水库经常会在冬季出现冰棱，并对墩台造成冰压力，因此应根据当地冰棱的具体情况及墩台形状计算冰压力。一般来说，冰压力可分为竖向作用力与水平向作用力两种，其中前者是由冰层水位升降而对桥梁墩台产生的作用，而后者则包括因风和水流作用于大面积冰层而产生的静压力、冰堆整体推移产生的静压力、河流流冰产生的动压力等等，在北方地区比较常见。
3.3侧向土压力
侧向土压力具体可分为主动土压力、被动土压力以及静止土压力三种，在进行桥台土压力计算时，需要先根据桥台位移以及压力传播方式来将采用的土压力确定下来[3]。例如，梁式桥台承受的水平压力主要是台后滑动土体所产生的侧压力，能够使桥台发生向河心的移动，因此，梁桥桥台的侧土压力，一般都会按照主动土压力计算；而当桥台刚度很大且基本不会产生微量移动时，滑动土体不可能形成，因此可按静止土压力进行计算。
结束语：总而言之，桥梁墩台作为整个桥梁的支撑，其设计方案是否合理将会直接关系到整个项目的质量、造价以及可操作性，因此，我们必须要对桥梁墩台的各部分设计要求予以明确，并在实际设计中对各种因素进行充分考虑，才能够保证设计方案的合理性，并为后续的施工、运营工作创造良好的基础条件。
参考文献：
[1]许彦，吴俊.高速公路桥梁墩台设计[J].交通世界（运输.车辆），2015（12）：102-103.
[2]马强.公路桥梁墩台设计实例探讨[J].公路交通科技（应用技术版），2015，11（02）：201-202.
[3]容友鹏.对公路桥梁常用桥台设计的探讨[J].林业建设，2003（04）：17-18.
论文作者:蔡建明,陈结
论文发表刊物:《基层建设》2019年第3期
论文发表时间:2019/4/26
标签：桥梁论文; 荷载论文; 压力论文; 桥台论文; 容重论文; 浮力论文; 公路论文; 《基层建设》2019年第3期论文;