第十章    勘测设计，克敌尖兵
 

第十节      墩台的形式创新设计

 

　　一、墩台的特点

 

　　墩台是桥墩和桥台的合称，是支承桥梁上部结构的建筑物。桥台位于桥梁两端，并与路堤或路堑相接，在山坡时兼有挡土墙作用;桥墩位于两桥台之间，是梁的支柱。

　　桥梁的上部结构是梁，墩台和基础统称为桥梁的下部结构。

　　墩台是梁与基的连接部分。通常墩的圬工量大、墩高体重，消耗钢筋、水泥、木料多(采用木模时)，施工周期长。成昆铁路大部分的线路处在断裂带与地震区，墩台的设计与建造，要在保证牢固的前提下，努力实现减轻重量、节省建材、缩短工期的目标。

　　西南铁路建设指挥部副总指挥、技术委员会主任彭敏在西南铁路第一次新技术会议上的报告中说:“在桥梁上,还要解决墩身太重的问题。现在怕修高桥，桥一高，墩身就重，地基承载能力要求严格，基础就难处理了，解决这个问题，一方面从桥墩本身着手，采用空心、薄壁墩等。另外采用油压传动装置(柔性墩)，减小墩身尺寸等办法。”

　　为解决墩台过重的问题，成立了轻型桥墩战斗组。拼装式桥墩和空心高墩是战斗组的两大课题。战斗组由来自科研、设计、施工、教学单位的杨永诚、沈大元、伍竞飞、许成业、张锻等人员组成。

　　桥墩轻型化，这是对长期困扰桥梁界“肥梁胖柱”问题的重大挑战。

　　战斗组根据彭敏的意见，在解决墩身太重的问题，形成了向“高”、“轻”发展与向“矮”、“小”发展两个特点。

　　在桥墩方面，向“高”、“轻”发展。这是为了减少圬工，加快施工进度。通过理论分析、模型试验和高墩动力行为研究，成功地解决了无横隔板空心墩和空心墩顶帽的设计与施工技术难题，促进了高桥墩及轻型桥墩的发展。

　　在桥台方面，则向“矮”、“小”发展。这是战胜山坡地质松散、地层不稳的需要。

　　成昆铁路上，桥梁墩台的形式花样繁多、五彩缤纷。这是勘测设计人员深入施工现场，广泛调查研究，具体情况作具体分析的丰硕成果。

　　在桥墩减重方面，发展、创新了空心桥墩技术。从实体到空心，从厚壁到薄壁，从砌块空心到钢筋混凝土空心。

　　在墩台方面，创造新型的柔性墩、板凳墩、多线的双柱式刚架墩、拼装式预应力混凝土薄壁箱形桥墩等。

　　设计师们针对各种不同地形、地质，积极采用和发展新技术，使桥墩技术向前迈进了一大步，闯过了重重障碍，实现了减重、省材、提速的目标。
 

二、 轻型桥墩
 

　　空心桥墩是轻型墩的主要类型。空心墩的研究由来已久，但一直停留在研究试验阶段，长期停滞不前。

　　第二勘测设计院贯彻技术委员会“在桥梁方面采用新技术，开展铁路系统内外大协作”的指示，组成了高桥墩等技术战斗组，从研究、试验、设计到制造、检验、安装，实行一贯制，空心墩的研究和设计很快地发展起来。

　　空心墩，按材料分为以下三种类型：

　　一是素混凝土厚壁空心墩，是纯粹用水泥、沙石、水搅拌灌注混凝土的空心桥墩。铁西车站双线大桥，跨度23.8米预应力钢筋混凝土梁位于直线上，墩高16～26米，单线分修，墩身为箱形截面，无横竖隔板，采用就地立模灌注140号混凝土。圬工数量与同跨度矩形实体墩相比较，墩身圬工节省约20% ～30%。​

　　二是钢筋混凝土薄壁空心墩。为进一步节省圬工量，设计人员提出减薄壁厚，在素混凝土空心墩中，加入钢筋，称为钢筋混凝土薄壁空心墩。试验在大桥局施工的安宁河3号大桥进行。接着又在铁马等12座大桥上使用。钢筋混凝土薄壁空心墩较实体墩节约圬工达50﹪，而且用在地震区则效果更为显著。

　　三是石砌空心墩。在埃岱车站三线桥、甘洛牛日河3号大桥2号墩使用。石砌空心墩不仅可以节约三材和大量劳动力，而且施工方法简便，适合于大打人民战争。

　　为积累经验，设计工程技术人员贯彻百家争鸣方针，设计了各种类型的空心墩。从素混凝土厚壁到钢筋混凝土薄壁;从矩形、圆形到圆端形;从矮墩到高墩;从就地立模灌注到抽动钢模灌注;从就地灌注墩体到预制构件拼装。还有个别工点，就地取材、因地制宜的采用块石建造、片石预制块的空心墩，充分体现出群众的革命首创精神。

　　空心墩是桥墩结构的好型式，在成昆线上显示出它强大的生命力。全线有2l座大桥计165个墩，采用不同截面型式、不同壁厚、不同坡度的空心墩。

　　

 

　　(五道河大桥 双筒圆形钢筋混凝土薄壁空心墩。·选自《成昆铁路·6·画册》)

 

　　成昆线的空心桥墩经过运营实践，已经证明它刚度大，稳定性好,又能发挥材料强度性能，节约圬工达20%～50%。特别是采用抽动式模板施工，机具简单，组装容易，操作方便，施工进度快，大大节约了材料、运输和劳动力，争取了工期，也为桥架机械化施工迈出了一步。

　　成昆线的空心桥墩的设计与施工工艺不久就推广到全国新建铁路。
 

三、柔性墩
 

　　柔性墩，是将墩和梁联结在一起，形成一个共同受力体系的结构形式，使桥墩受压强度得到充分发挥，节省了大量圬工。

　　柔性墩在国外，采用较为复杂的液压传动装置。在国内长时间停留在模仿外国研究试验的理论阶段。

　　铁二院坚持执行采用新技术的决定，在金口河大桥作柔性墩设计。

　　金口河车站受地形限制，只能设在大桥上，而根据地形、地质的实际情况，作普通桥墩体的话，墩身重，地形、地质不允许，必须攻下柔性墩。

　　柔性墩是轻型桥墩的一种形式。

　　柔性墩是通过梁与刚性墩、台(台是联接路基的部分)串联后，形成一个三者(柔性墩、梁、刚性墩台)共同受力体系，使纵向水平力按桥墩的剪力刚度来分配，绝大部分均传至刚性墩台，柔性墩仅受2%～3%以下的微小水平力。柔性墩截面虽然很小，但由于它主要承受垂直荷载，仍有很大的承载能力，就是所谓“立木顶千斤”的道理，为改变“肥梁胖柱”开辟了新的途径。

　　成昆线金口河一号三线大桥把大部分活动支座改为固定支座的简单办法，使墩与梁串联在一起，创造了我国独特形式的钢筋混凝土柔性桥墩。

　　这里需要指出的是，在柔性墩设计与使用中，并不是全部桥墩都建成柔性墩，而是“刚性墩”与“柔性墩”相间的。金口河一号三线大桥共有23个柔性墩(以单线墩计)7号、8号、9号、11号、12号、13号、14号共7个三线墩(三线大桥由平行的三个单独成柔性墩合成一个三线墩)3×7=21个，其他还有2个单独柔性墩16号、17号位于3线上。

　　共有4个刚性墩，6号、10号、15号墩均为实体刚性墩，分别间隔于柔性墩中。

　　刚性墩体量很大，而柔性墩形同“竹竿”。

　　柔性桥墩本身稳定性较差，当一个人在墩顶晃动时，即发生摆动，其振幅可达7～8毫米;从理论上讲，在架梁后通过梁与刚性墩(台)串联在一起，就成为一个整体稳定坚固的结构。
 

 

　　(金口河一号三线大桥柔性桥墩·选自《成昆铁路·6·画册》)
 

　　梁与刚性墩台串联过程是十分紧张。《铁血》中有一段精彩的描写：

　　“陈俊真要以身试桥。”这一爆炸性新闻，将金口河车站一号三线大桥工地的施工人员们炸懵了!

　　65吨型的架桥机在隆隆的马达声中缓缓开过来了，16米跨度的钢筋混凝土梁被架桥机长长的悬臂沉重地举起来……

　　施工人员紧张地操纵着，围观的人群站在山崖上，每个人手上捏着一把汗，只听见机器声的轰鸣。

　　“桥墩要倒了!”突然，一声惊叫，打破了惊惶中的短暂沉默。

　　只见，柔性墩在混凝土梁的重压下，一头朝架桥机微微倾斜过来。

　　“快停下，快停……”有人在叫喊。

　　“陈俊真，出了事你要负责!”呵斥声特别刺耳。

　　操机人员将沉重的钢筋混凝土梁缓缓放下，又慢慢吊起……他将目光投向正在指挥的工长和陈俊真工程师。

　　“不能停!”陈俊真坚定地说道。只见他以敏捷的行动，从柔性墩的脚手架上爬了上去，稳稳地站在桥墩上。

　　“没事，大胆起吊。”他沉着地指挥架桥机重新起吊。

　　“你给我马上停下!”

　　“如果桥墩跨了，我用命抵!”

　　柔性墩在他脚下微微颤动着。

　　笨重的混凝土梁，被吊了起来，一点又一点慢吞吞地向桥墩靠去。

　　“陈工，你赶快下去，有生命危险……”

　　站在山崖上围观的人中有人热切地呼喊。

　　陈俊真没有搭理，面不改色，只向山崖方向投去一个感激的目光。他站在墩顶继续指挥着。这时，他心里只有一个想法：“我相信科学，相信设计……”

　　科学女神，终于向陈俊真工程师伸出挚爱之手。

　　柔性桥墩架梁通车后运营实践证明，它具有节省大量圬工、所费钢筋不多、施工简易、结构坚固等优点，显示出它强大的生命力。通过模型试验和现场静力动力试验，证实了设计理论而且加深了认识，对我国铁路桥采用柔性墩是个良好开端。之后有大量的桥采用，结构形式从框架式已发展有板壁式、上柔下刚式等，采用滑升钢模板也已经实现。

　　四、火车坐上板凳桥(拼装桥墩台)

　　拼装桥墩台是一种新的轻型结构，具有节约圬工、加快施工进度、减轻体力劳动、降低工程造价的优点。为此，在成昆铁路的拼装桥墩台采用了构件预制工厂化，拼装机械化，为逐步走向标准化探索了道路。

　　成昆线试点了四种不同型式的拼装桥墩台：拼装式板凳桥墩;拼装排架式台;多线的双柱式刚架墩;拼装式预应力钢筋混凝土薄壁箱形桥墩。

　　一是板凳桥墩。它是因地制宜的桥墩革新。

　　埃岱谷架大桥位于曲线及坡道上，地质为白云质灰岩，桥式为6孔16米钢筋混凝土梁。原设计为石砌实体桥墩，由于傍山临河，施工场地狭窄，桥墩基坑危及外侧的公路便道交通。

　　铁二院的工程技术人员决定改变设计。桥墩只能用轻型的，采用哪一种轻型的呢?灌注空心墩，不行，场地太窄，建材运输也困难;石砌空心墩，也不行，虽比实体石砌墩要省材料，但运输有困难，工期又赶不上。

　　“有没有比空心墩更轻的结构呢?”

　　“干脆四面掏空，搞个架子墩!”

　　“根据桥墩不高的情况，咱们有可能搞出火车坐‘板凳’的奇迹呢!”

　　七嘴八舌，经过讨论与精心计算与试验，承载力也可行。于是，他们设计出了由顶帽、桩柱、横撑和基础四部分拼装组成的板凳桥墩。

　　基础采用挖孔桩基础，不受场地狭窄的影响;桩柱和横撑构件可事先预制，然后用预埋角钢螺拴连接，进行现场拼装。顶帽太重，不易异地预制，就采用就地灌注。

　　板凳桥墩与基础由铁二局的桥工大队施工，只用了19天半完成了任务，于1966年9月竣工。

　　火车真的坐上了板凳桥，结构形式轻便，适宜快速施工，大大缩短工期;节省劳动力，可比一般桥梁节省50﹪的工天;在施工场地狭窄的情况下特别有利，可在另外场地制作，运至桥位安装，减少干扰;节省圬工，四根墩柱钢筋混凝土的截面仅为实体墩身的八分之一至十分之一，只是与原实体墩相比多用钢筋。

　　火车坐上板凳桥——成昆线上的又一奇观。并非是办公室里的冥思苦想，而是从实际出发，战胜自然障碍的智慧结晶。

　　

 

　　(埃岱谷架大桥板凳式拼装桥墩·选自《成昆铁路·6·画册》)
 

　　之后，他们根据实际情况，又创造性地设计了拼装式排架墩台(大德立交桥)、多线的双柱式刚架墩(团结2号三线大桥、炉姆依达三线大桥)、拼装式预应力混凝土薄壁箱形桥墩(和平村大桥、张家村大桥、牛日河4号大桥)。

　　五、因地制宜创造了基桩栈桥和多种桥台

　　桥墩靠近山坡时，墩体变矮小，于是，基桩、桥台的概念产生了。

　　为适应山区特点，工程设计人员因地制宜设计了钢筋混凝土基桩栈桥，矮桥台小锥体的顶帽式桥台、L形桥台、锚杆护墙式桥台、组台式、排架式轻型台等。

　　用钢筋混凝土基桩栈桥代替挡土墙或谷架桥，这是成昆铁路创造的新结构。

　　之前，在地面横坡较陡地段，多采用挡土墙或谷架桥以避免陡坡高填,保证铁路建筑物具有足够的稳定性。但建高墙工程量大,而且有时石料运距较远,运输能力不足,造成施工困难。

　　为此，设计人员经过实地调查采用挖孔桩新技术，以小跨度钢筋混凝土梁基桩栈桥代替高墙或谷架桥。

　　如土坟包大桥的成都端为双柱排架式。该段原设计为高挡墙，上部为土质覆盖,下部为玄武岩细压碎带，横向较陡的山坡，圬工约1400立方米。改变为钢筋混凝土梁排架式基桩栈桥后,圬工减至400立米方。

　　从实际出发创造各项新桥台。

　　在桥台设计方面，根据不同地形与地质，设计人员按照山区桥梁“矮桥台、小锥体”的原则，设计了颇具特色的顶帽式、T形、L形桥台，锚杆护墙式、组台式、排架式轻型台。

　　在深入挖方紧接隧道的情况下,桥台很矮小,有时采用重力式桥台,有时将台帽直接置于地基上,称之为台帽式桥台。

　　多线桥常用一线一台的双T台或三T台,个别采用双T台组成一个U字以适应多线需要。

　　在矮桥台不适用的峭壁处，则采用特高的锚杆桥台, 锚杆桥台属于轻型性质。如大德立交桥的钢筋混凝土刚架式桥台，黑井车站多线桥组合台，弯滩小桥的┓字形及П形桥台等。

　　成昆铁路上的桥台，可谓是一台一特色，个个都从具体的、独特的实际情况出发，细微末节之处无不体现设计者与建设者的匠心。

　　

 

　　(减少扰动山体的刚构栈桥局部·选自《成昆铁路·6·画册》)
 

　　通过施工实践和运营考验证明，轻型墩台自重轻，减少大量圬工，施工进度快，机械化程度高，可以因地制宜地使用，尤其在缺沙石、缺水和地震区更有显著的优越性。
 

　　(未完待续)

 

 

　　作者简介：
 

　　洪承惠，1944年7月出生。1962年入伍。铁道兵一师历任战士、班长、干事，参加成昆铁路大会战。1978年转业。历任科员、镇长、街道办主任等职。2004年8月退休后，立志全力写好《成昆铁路大会战》。

 

 

 

 

首发：铁道兵文化网


美篇链接：点击查看


编辑：向日葵