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摘 要：在我国公路桥梁建设中，大跨度桥梁的建设里程非常惊人。据此，为了进一步推进我国大跨度公路桥梁建设事业的健康发展，本文笔者结合甘肃××工程，探究大跨度公路桥梁下部结构设计要点，即从桩基计算、桥墩选型两个方面展开具体的讨论。
关键词：大跨度桥梁；桩基计算；桥墩选型；负摩阻力
中图分类号：U448.14 文献标识码：A 文章编号：1004-7344（2018）21-0184-02
1 工程概况
2 桩基计算
依据JTGD63-2007的规定，若土层的湿陷系数≥0.015，则可认定其为湿陷性黄土。在案例工程中，桥址土层的湿陷系数与非自重湿陷系数分别为0.021～0.085、0.015～0.022，则可判定该土层为湿陷性黄土，因此要求在桩基设计时考虑到负摩阻力的影响。
2.1 桩长计算
在黄土地区，桩长的确定首先要求算得忽略黄土湿陷时桩的长度，即在计算时不考虑负摩阻力的影响。依据JTGD63-2007，桩长的计算公式为：
其中：[Ra]（kN）为钻（挖）孔灌注桩单桩轴向受压容许承载力；u（m）为桩身周长；n为土层数量；qik（kPa）为桩侧与li对应土層的摩阻力标准值；li（m）为承台局部冲刷线或底面以下土层的厚度；Ap（m2）为桩端截面面积；qr（kPa）为桩端土的容许承载力。
2.2 确定中性点位置
在实际工程中，计算负摩阻力的关键是确定中性点的位置。目前，中性点位置一般采用估算方法或依据试验得到的经验值进行确定，即：先假定中性点的位置，并算出相应的负摩阻力，再加到桩的荷载中，并算出桩的弹性压缩，而后采用分层总和法算出桩底土层与桩周土层的压缩变形，并绘制桩身土层位移曲线与桩侧土层下沉曲线，选取两条曲线的交点作为中性点位置，最后通过比较计算值与假定值来进行验算。通过分析试验结果，可结合经验来估算负摩阻力深度h1（m），即：h1=0.77h2-0.80h2（h2为自重湿陷黄土层或软弱压缩层的厚度）。
2.3 软粘土层负摩阻力强度计算
2.4 负摩阻力计算
关于桩身总的负摩阻力Pnf，其计算公式为：Pnf=fAnf，其中Anf=2πrh1（r为桩的截面半径，m）。需要强调的是，由以上公式算得的Pnf值不应比单桩桩周的下沉土重大。
2.5 验算单桩承载
关于单桩承载的验算，若将负摩阻力看作外荷载，则单桩容许承载力[P]的计算应仅考虑正摩阻力，可描述为：
其中：P（kN）为桩顶的轴向荷载；PF（kN）为桩侧的极限正摩阻力；PE（kN）为桩底的极限阻力。
2.6 负摩阻力的控制
鉴于负摩阻力会增加桩基的下沉量或引起不均匀沉降，则有效控制负摩阻力是保证桥梁结构安全的重要手段，具体控制方法包括：
（1）对于预制混凝土桩与钢桩，最好以涂层的方法来控制负摩阻力，即对插入湿陷性土层等软弱土层的桩身涂抹软沥青土层。
（2）对于灌注桩，可在沉降地层插入预制混凝土桩段（直径比钻孔小5～10cm），并在桩段外围填充高稠度的膨润土泥浆进行隔离；在泥浆护壁成孔时，可在下段混凝土浇注结束后先填充高稠度的膨润土泥浆，再插入预制混凝土桩段；在干作业成桩时，可先在钻孔沉降土层中放置双层筒形塑料薄膜，再浇筑混凝土，以使塑料薄膜形成隔离层并可在孔壁与桩身间隙自由滑动。
3 桥墩选型
由于案例工程的跨度大且所处地区的地质环境复杂，则在桥墩选型上可能涉及多种型式，即：
3.1 柱式桥墩
在甘肃境内高速公路桥梁中，柱式桥墩的使用频度非常高，因其具有施工工期短、施工难度低、结构轻盈、自重轻、受力明确及外形美观等优点。在实际应用中，桥梁高度<15m、跨径<30m及桥址地形平缓的桥墩一般选择双柱或是三柱式桥墩。对于案例工程而言，1～4#桥墩都为柱式桥墩，桩、柱径分别为1.8m和1.6m；盖梁高度为1.5m。
3.2 T型薄壁墩
当桥梁的高度>15m、跨径30m且依山而建时，其桥墩一般选择T型薄壁墩，从而克服了柱式墩后期耐久性差、刚度低及景观效应差的缺点。在案例工程中，10～24#高墩全部选择了T型薄壁墩（见图1），薄壁厚度、宽度分别为1.8m和4.7m；盖梁高度为2.3m。
研究表明，T型薄壁墩桩基的受力非常明确，即在桩底嵌入基岩后，可与承台组成刚性体，然后再与盖梁、墩身连接，从而改善了桥梁下部结构的受力状态；嵌岩桩的使用可消除湿陷性黄土对基础、承台的影响；分幅安排桥墩，可减小桥墩的上部荷载和盖梁尺寸，且不用设置预应力盖梁，同时T型薄壁墩可与同类桥墩同步施工，从而缩短了施工工期。
3.3 大跨径门式墩
在桥梁的第八、九跨处存在线路交叉现象。对此，若桥墩选择T型薄壁墩，则桥墩会挤占另一线路的建设用地，而若选择双柱桥墩，则会影响另一线路的改线和布设。鉴于此，实地勘测决定选择大跨径门式墩。其中，为了满足跨越的实际需要，墩间距设计为18m；桥墩盖梁设计为变截面预应力大盖梁；预应力钢束的使用优化了盖梁的高度，其最小值为2.3m，从而保证了桥墩外形的美观、轻盈。与其他桥墩型式相比，大跨径门式墩的施工工艺非常复杂，且造价较高，但面对道路交叉的特殊状况，大跨径门式墩无疑是最佳的选择。
3.4 全幅双柱大挑桥墩
为了减少桥墩施工土方的开挖量，案例工程的5/6/7/9#桥墩因桥梁较高、地形变化剧烈而设计为全幅双柱大挑桥墩，桥墩长度、厚度分别为2.7m和1.8m；盖梁高度为2.7m。研究表明，与T型薄壁墩相比，全幅双柱大挑桥墩减少了水平方向视野的遮挡范围，从而增加了交叉线路的行车视距。
4 结 语
在大跨径公路桥梁中，下部结构的安全使用与桩基计算、桥墩选型息息相关。因此，为了保证大跨径公路桥梁下部结构的安全，要求明确下列内容：
（1）在湿陷性黄土分布区，桥梁桩基会在浸水后产生一个负摩阻力，从而增加了桩基施工的安全隐患。为此，在大跨度公路桥梁桩基计算时，应充分考虑到负摩阻力的影响。
（2）对于桥址地质环境复杂的工程，要求从道路的选线、布孔及与山谷、河道、其他线路交叉等方面综合考虑桥墩的选型，从而保证桥墩的选型合理及桥梁工程下部结构的安全。
参考文献
[1]杨俊宁.大跨度桥梁抗震设计方法及抗震加固技术[J].四川水泥，2017（12）：54.
[2]杨福欣.大跨度桥梁抗震设计实用方法[J].建材与装饰，2017（13）：246～247.
[3]董 聪，侯文葳，刘建华.大跨度桥梁的造型设计[J].中国铁道科学，2002（3）：85～92.
[4]叶爱君，胡世德，范立础.大跨度桥梁抗震设计实用方法[J].土木工程学报，2001（1）：1～6.
[5]史春娟，王建强，彭泽友.导流墙对大跨度桥梁防撞设计的影响研究[J].武汉理工大学学报（交通科学与工程版），2017（5）：787～791.
[6]吴 鹏，吴燕兰.大跨度桥梁设计要点与优化策略[J].交通世界（中旬刊），2017（11）：96～97.
收稿日期：2018-6-25
关键词：大跨度桥梁；桩基计算；桥墩选型；负摩阻力
中图分类号：U448.14 文献标识码：A 文章编号：1004-7344（2018）21-0184-02
1 工程概况
2 桩基计算
依据JTGD63-2007的规定，若土层的湿陷系数≥0.015，则可认定其为湿陷性黄土。在案例工程中，桥址土层的湿陷系数与非自重湿陷系数分别为0.021～0.085、0.015～0.022，则可判定该土层为湿陷性黄土，因此要求在桩基设计时考虑到负摩阻力的影响。
2.1 桩长计算
在黄土地区，桩长的确定首先要求算得忽略黄土湿陷时桩的长度，即在计算时不考虑负摩阻力的影响。依据JTGD63-2007，桩长的计算公式为：
其中：[Ra]（kN）为钻（挖）孔灌注桩单桩轴向受压容许承载力；u（m）为桩身周长；n为土层数量；qik（kPa）为桩侧与li对应土層的摩阻力标准值；li（m）为承台局部冲刷线或底面以下土层的厚度；Ap（m2）为桩端截面面积；qr（kPa）为桩端土的容许承载力。
2.2 确定中性点位置
在实际工程中，计算负摩阻力的关键是确定中性点的位置。目前，中性点位置一般采用估算方法或依据试验得到的经验值进行确定，即：先假定中性点的位置，并算出相应的负摩阻力，再加到桩的荷载中，并算出桩的弹性压缩，而后采用分层总和法算出桩底土层与桩周土层的压缩变形，并绘制桩身土层位移曲线与桩侧土层下沉曲线，选取两条曲线的交点作为中性点位置，最后通过比较计算值与假定值来进行验算。通过分析试验结果，可结合经验来估算负摩阻力深度h1（m），即：h1=0.77h2-0.80h2（h2为自重湿陷黄土层或软弱压缩层的厚度）。
2.3 软粘土层负摩阻力强度计算
2.4 负摩阻力计算
关于桩身总的负摩阻力Pnf，其计算公式为：Pnf=fAnf，其中Anf=2πrh1（r为桩的截面半径，m）。需要强调的是，由以上公式算得的Pnf值不应比单桩桩周的下沉土重大。
2.5 验算单桩承载
关于单桩承载的验算，若将负摩阻力看作外荷载，则单桩容许承载力[P]的计算应仅考虑正摩阻力，可描述为：
其中：P（kN）为桩顶的轴向荷载；PF（kN）为桩侧的极限正摩阻力；PE（kN）为桩底的极限阻力。
2.6 负摩阻力的控制
鉴于负摩阻力会增加桩基的下沉量或引起不均匀沉降，则有效控制负摩阻力是保证桥梁结构安全的重要手段，具体控制方法包括：
（1）对于预制混凝土桩与钢桩，最好以涂层的方法来控制负摩阻力，即对插入湿陷性土层等软弱土层的桩身涂抹软沥青土层。
（2）对于灌注桩，可在沉降地层插入预制混凝土桩段（直径比钻孔小5～10cm），并在桩段外围填充高稠度的膨润土泥浆进行隔离；在泥浆护壁成孔时，可在下段混凝土浇注结束后先填充高稠度的膨润土泥浆，再插入预制混凝土桩段；在干作业成桩时，可先在钻孔沉降土层中放置双层筒形塑料薄膜，再浇筑混凝土，以使塑料薄膜形成隔离层并可在孔壁与桩身间隙自由滑动。
3 桥墩选型
由于案例工程的跨度大且所处地区的地质环境复杂，则在桥墩选型上可能涉及多种型式，即：
3.1 柱式桥墩
在甘肃境内高速公路桥梁中，柱式桥墩的使用频度非常高，因其具有施工工期短、施工难度低、结构轻盈、自重轻、受力明确及外形美观等优点。在实际应用中，桥梁高度<15m、跨径<30m及桥址地形平缓的桥墩一般选择双柱或是三柱式桥墩。对于案例工程而言，1～4#桥墩都为柱式桥墩，桩、柱径分别为1.8m和1.6m；盖梁高度为1.5m。
3.2 T型薄壁墩
当桥梁的高度>15m、跨径30m且依山而建时，其桥墩一般选择T型薄壁墩，从而克服了柱式墩后期耐久性差、刚度低及景观效应差的缺点。在案例工程中，10～24#高墩全部选择了T型薄壁墩（见图1），薄壁厚度、宽度分别为1.8m和4.7m；盖梁高度为2.3m。
研究表明，T型薄壁墩桩基的受力非常明确，即在桩底嵌入基岩后，可与承台组成刚性体，然后再与盖梁、墩身连接，从而改善了桥梁下部结构的受力状态；嵌岩桩的使用可消除湿陷性黄土对基础、承台的影响；分幅安排桥墩，可减小桥墩的上部荷载和盖梁尺寸，且不用设置预应力盖梁，同时T型薄壁墩可与同类桥墩同步施工，从而缩短了施工工期。
3.3 大跨径门式墩
在桥梁的第八、九跨处存在线路交叉现象。对此，若桥墩选择T型薄壁墩，则桥墩会挤占另一线路的建设用地，而若选择双柱桥墩，则会影响另一线路的改线和布设。鉴于此，实地勘测决定选择大跨径门式墩。其中，为了满足跨越的实际需要，墩间距设计为18m；桥墩盖梁设计为变截面预应力大盖梁；预应力钢束的使用优化了盖梁的高度，其最小值为2.3m，从而保证了桥墩外形的美观、轻盈。与其他桥墩型式相比，大跨径门式墩的施工工艺非常复杂，且造价较高，但面对道路交叉的特殊状况，大跨径门式墩无疑是最佳的选择。
3.4 全幅双柱大挑桥墩
为了减少桥墩施工土方的开挖量，案例工程的5/6/7/9#桥墩因桥梁较高、地形变化剧烈而设计为全幅双柱大挑桥墩，桥墩长度、厚度分别为2.7m和1.8m；盖梁高度为2.7m。研究表明，与T型薄壁墩相比，全幅双柱大挑桥墩减少了水平方向视野的遮挡范围，从而增加了交叉线路的行车视距。
4 结 语
在大跨径公路桥梁中，下部结构的安全使用与桩基计算、桥墩选型息息相关。因此，为了保证大跨径公路桥梁下部结构的安全，要求明确下列内容：
（1）在湿陷性黄土分布区，桥梁桩基会在浸水后产生一个负摩阻力，从而增加了桩基施工的安全隐患。为此，在大跨度公路桥梁桩基计算时，应充分考虑到负摩阻力的影响。
（2）对于桥址地质环境复杂的工程，要求从道路的选线、布孔及与山谷、河道、其他线路交叉等方面综合考虑桥墩的选型，从而保证桥墩的选型合理及桥梁工程下部结构的安全。
参考文献
[1]杨俊宁.大跨度桥梁抗震设计方法及抗震加固技术[J].四川水泥，2017（12）：54.
[2]杨福欣.大跨度桥梁抗震设计实用方法[J].建材与装饰，2017（13）：246～247.
[3]董 聪，侯文葳，刘建华.大跨度桥梁的造型设计[J].中国铁道科学，2002（3）：85～92.
[4]叶爱君，胡世德，范立础.大跨度桥梁抗震设计实用方法[J].土木工程学报，2001（1）：1～6.
[5]史春娟，王建强，彭泽友.导流墙对大跨度桥梁防撞设计的影响研究[J].武汉理工大学学报（交通科学与工程版），2017（5）：787～791.
[6]吴 鹏，吴燕兰.大跨度桥梁设计要点与优化策略[J].交通世界（中旬刊），2017（11）：96～97.
收稿日期：2018-6-25