薄壁墩台设计应注意的问题

1、引言

桥梁上的墩台类型多种多样，但根据其受力特性可分为重力式墩台和轻型墩台两种。重力式墩台的主要特点是依靠自身重量来抵御或平衡外力而保持其稳定，因此，其墩、台身比较厚实，圬工体积大，对地基承载力要求也较高，适用于单跨比较大的桥梁。轻型墩台的主要特点的是依靠自身结构抵抗力——抗弯、抗剪等来抵御或克服外力而保持其稳定，因此，其墩、台身比较单薄，圬工体积小，对地基承载力要求相对较低，适用于单跨比较小的桥梁，近年来在我区各级公路的跨线桥、通道桥等桥梁上普遍采用。《公路砖石及混凝土桥涵设计规范》JTJ 022—85第5.3.7条规定，跨径不大于13m的梁（板）式桥，可以采用轻型桥台。在实际设计工作中，轻型桥台也有用于跨径为16 m的梁（板）式桥。随着高速公路、一级公路以及城市道路的大量修建，轻型墩台中的薄壁墩（台）在施工与运营中普遍出现了墩台身裂缝问题，引起了有关桥梁专家的高度关注，同时也提出了许多积极的意见和建议，对设计与施工起到很好的指导作用。然而，由于当前设计人员普遍年龄小，缺乏设计经验，再加上工作任务重，对薄壁墩台出现裂缝重视不够，设计时难免考虑问题不周；同时，又由于现行的桥涵设计规范对薄壁墩台设计与构造要求缺乏较明确的规定，设计人员在设计中掌握的标准与尺度不统一，因此，依据现行规范要求，结合多年实际工作经验，针对我区在公路桥梁设计中采用薄壁桥台所出现的普遍问题，阐述本人的设计体会，供桥梁设计人员在实际设计工作中参考与借鉴1裂缝产生的原因1.1 施工时裂缝产生的原因众所周知，伸缩自由——即没有约束的物体，在温度均匀变化时不会产生应力，当然就不会产生裂缝。由于薄壁墩台一般为钢筋混凝土材料，先期施工完毕并部分收缩的墩台基础，对后期施工并试图收缩的台身产生约束作用，使台身产生拉应力，如若拉应力超过台身混凝土容许的最大拉应力，台身就会出现裂缝。由于约束体是墩台基础，所以在墩台身底部与基础相连的部位附近拉应力最大。不同尺寸的薄壁墩台，拉应力的最大值及其变化规律详见《薄壁墩台裂缝研究》（牛铁汉著）。1.2运营时裂缝产生的原因钢筋混凝土材料的薄壁墩台，由于宽高比较小，在《结构设计原理》（叶见曙主编）中将其列为深梁予以对待。对于深梁，由于其正截面上的应变分布不符合平截面假定，故其受力特征、破坏形态等与普通的钢筋混凝土梁有较大的差异，但研究认为，在如图1所示的支承条件与外力作用下，深梁的下边缘以上0.2h高度范围内拉应力较大，当台身水平方向的钢筋配筋率较高时，其台身力学模型为“拉杆拱受力体系”。随着荷载的增加，拱腹和拱顶（梁顶受压区）的混凝土的压应力亦随之增加，在梁腹出现许多大致平行于支座中心至加载点连线的斜裂缝，最后梁腹混凝土首先被压碎。我们知道，为了桥梁的运营安全，其墩台的基础一般要埋置于地面线以下很多，故其支承条件与图1所示的试验梁的支承条件不完全相同，但受力时的破坏机理大致相同。

2配筋及构造要求桥梁薄壁墩台产生裂缝，既有施工的原因，又有施工完毕后墩台在上部结构的长期恒载与活载作用下逐渐产生裂缝的原因，绝对的将施工与运营阶段分开是错误的。因为，桥梁的安全不仅体现在施工阶段，更应体现在运营使用阶段。2.1纵向钢筋的设计研究表明，薄壁墩台身水平方向的应力沿高度方向分布变化较大，其下边缘三分之一高度范围内拉应力较大，中间三分之一拉应力、压应力较小，而上边缘三分之一压应力较大。