[市政工长] 公路梁式桥支座垫石设计

苏家墩立交桥是京珠、沪蓉国道主干线武汉绕城高速公路跨越316国道和武九铁路而设的一座立交桥，该桥与武九铁路斜交65°，设计时斜交斜做，斜交角采用65°，全桥共15跨，跨式为10-30+40+4-30m，其中第11孔40米跨为上跨武九铁路跨。除上跨铁路的第11孔为40米空心板梁外，其余孔跨均为30T梁桥墩为桩柱式桥墩，上部施工采用预制架设施工。

2. 2  工程设计标准

道路等级：高速公路；

设计车速：100km/h；

桥梁设计基准期：100年；

设计荷载：公路一级；

桥面净宽：2×净12.117m；

桥面横坡：2%；

道路净空：316国道大于5米，武九铁路大于8米；

抗震设防标准：抗震设防基本烈度为六度，设计基本地震加速度值为0.05g。

2. 3  结构形式

该桥采用桥面连续方式，桥墩为桩柱式桥墩。该桥左右幅分幅设计，桥面横坡由桥墩盖梁斜置形成，斜置坡度2％（垂直路中线，见图-1），空心板梁支座垫石顶面水平，横向两支座高程不同，空心板梁横向斜置。梁上设12cm厚40号混凝土现浇层、FYT防水层及9cm沥青混凝土铺装。该桥平面位置考虑了武九铁路提速至200km/h后既有铁路位置可能发生的变动，故铁路跨采用了40米较大跨度。由于T梁在架设过程中稳定性较差，且需在铁路上空进行梁间横隔板的焊接固定，所以为了尽量减少铁路上空作业，减少对铁路行车的干扰和威胁，跨铁路主跨采用了稳定性较好的预应力混凝土空心板梁（梁体横向宽1.5m），预制后用架桥机直接架设就位，其余部分采用30米预应力Ｔ梁。本桥位于R-5500米圆曲线上，采用弯桥折做，墩中心距保持标准跨径距离，盖梁轴线与线路中心法线方向夹角为25°。由于铁路上方要求净空要求大于8ｍ，为该桥的高程控制点，线路在该桥处设置了R＝20000m的竖曲线，变坡点在铁路上方里程K95+960处，具体桥址处竖曲线布置和铁路附近的桥型布置见图-2和图-3。

3  支座垫石设计

3.1  设计中注意事项

① 支座垫石设计应结合支座大小，平面尺寸大小应按局部承压计算确定，垫石长度、宽度应比支座相应尺寸增加50mm左右，其高度应为100mm以上，且应考虑便于支座的更换。

②支座垫石内应布置钢筋网，钢筋直径为8mm时，间距宜为50mm×50mm，桥梁墩台内应有竖向钢筋延伸至支座垫石内，支座垫石的砼强度等级不应低于C30。。

③ 支座垫石顶面应保证水平，使支座上下传力面保持水平，不承受水平向剪力。

④ 支座垫石表面应平整、清洁、干爽、无浮沙，支座垫石顶面标高要求准确无误，在平坡情况下，同一片梁两端垫石及同一墩台上支座垫石应处于同一设计标高平面内，相对高差不应超过±1.5mm，同一支座垫石高差应小于0.5mm。保证支座上下表面于梁底及支座垫石顶面平整密贴，传力均匀，不得有脱空的橡胶支座。

3.2 设计中易出现的问 题

按照《公路桥涵设计通用规范》（JTG D60—2004）的要求，设计过程中支座垫石最小高度控制和顶面水平一般都能够做到，通过局部受压计算和配筋设计，垫石的稳定性和力学性能也容易得到保证，最容易忽略和出现问题的是保证每个梁体的全部支座垫石顶面在同一个平面，下面以苏家墩立交桥典型结构9#~11#桥墩支座垫石设计为例，详细介绍箱形梁四个支座垫石位于同一平面的设计方法。

由于斜交的影响，从图-3中可以看到墩中心线在路面两边线处的里程并不相等，这样我们根据竖曲线计算公式可求出路面各控制点的高程。在桥梁支座垫石设计过程中，我们一般情况下先假定一个支座垫石高度，例如10cm，再根据各盖梁中心线处路面高程推算出每个盖梁顶两端高程，进而算出盖梁的合成横坡，最后根据支座在盖梁上的位置算出各个支座垫石的顶面高程。

上述计算从表面上看似乎没有问题，但考虑到竖曲线的影响，就会发现由于各计算点的里程不同，各点的纵距y=x²/2R就会不同，每个盖梁的合成横坡相应也不相同，合成横坡不同，如果各按各的合成横坡来计算垫石高程，对于T梁，由于只有两个支座，两点肯定能在同一个面内，但对于板梁，由于有四个支座，三点确定唯一一个面，四点就有可能不再同一面内，从而出现四个支座受力不均的现象。

3.3  对出现的问题采用的解决方案

由于竖曲线和斜交的影响，导致梁两端垫石的中心连线横坡不同，从每片梁的四个支座顶面不在同一平面内。现将其横坡调整相同，由其引起的路面高程差由铺装层调整，现在将垫层高程高的一角调低，确保铺装层的厚度满足设计的最小尺寸要求（即将该处铺装层加厚）。

3.4  验证解决方案的正确性

利用高等数学中解析几何的方法，来验证上面的解决办法的正确性：任取其中一块板梁的四个支座垫石，例如10＃墩和11＃墩的7＃、8＃垫石，用上述方法计算出其高程分别为：

10＃墩：7＃　H＝44.416　　8＃　H＝44.432

11＃墩：7＃　H＝45.040　　8＃　H＝45.056

建立坐标系统如图-5：

10＃墩：　A（-16.499，35.382，44.416）　D（-15.024，35.382，44.432）

D点和平面距离仅为0.155668毫米，也即是说D点在A、B、C三点所确定的平面内，A、B、C、D四点共面，板梁支座均在同一面内。　

4  结语

公路跨越铁路时，由于铁路净空的需要，跨越铁路上方处多数成为公路纵坡的高程控制点，因此，公路部门多在桥上设置竖曲线，且为铁路运营安全的考虑，铁路主跨多采用板箱梁，这样一来，公铁斜交时就容易产生板梁支座四点不在一个平面，“三条腿”受力的现象。此时就一定注意时情况不同而分别采用以下的解决办法：

２、桥梁斜交角较大，竖曲线半径较小或在竖曲线的变坡点附近，箱梁支座横向间距较大，盖梁的合成横坡相差很大时，此时设计支座垫石时就必须利用上述方法精确计算出每个垫石顶高程，从而保证梁的四个支座在同一水平面内。

３、当桥梁正交、板梁平置（靠铺装形成横坡）或桥跨不进入竖曲线等几种情况时，板梁支座垫石设计不存在上述情况，这是因为上述几种情况都未影响到盖梁的合成横坡，只要横坡相同，计算得出的四个高程就会在同一面内。

4、桥梁斜交和线路纵坡交叉影响时，由于桥墩盖梁各处的高程受纵坡影响各处桥面高度不同，若盖梁平置，则只能依靠支座垫石调整高度。