摘要：以歪头山铁矿铁路桥为工程实例，分析铁路桥梁高桥台主动土压力特点，提出减小主动土压力的方法。对比了在相同工况下竖直台背与折线台背的计算土压力大小，验证了折线台背的方法可达到减小桥台主动土压力的结论，同时将折线台背的方案运用到实际工程，降低了工程量，节省了工程费用，效果良好。
关键词：主动土压力；竖直台背；折线台背
引言
歪头山铁路桥是本钢集团新建铁路系统的重要节点工程。桥梁中心里程为ＤＫ０＋０７２．７０，双线铁路，跨越规划公路，桥下净高１４ｍ，全长５８．８ｍ，主跨长３２．０ｍ，桥跨主体为预应力混凝土简支Ｔ梁；桥梁采用双线Ｔ形桥台，桩基础，低承台式构造。由于桥梁跨越的规划公路上有大型的矿山机械运行，要求桥下净高必须达到１４ｍ，这直接决定了桥台高度的提升，导致桥台后土压力计算高度、面积的大幅增加，进而产生了关于桥台稳定、工程量增加等诸多问题。采用有效的设计手段减小桥台填土压力，降低工程量成为该工程的一个重要课题。
１土压力理论分析
土压力是指土体作用在建筑物或构筑物上的力，促使建筑物或构筑物移动的土体推力称主动土压力；阻止建筑物或构筑物移动的土体对抗力称被动土压力；挡土结构静止不动时，土体处于弹性平衡状态，此时的土压力称为静止土压力。对于桥梁而言，桥台后的土压力一般都是主动土压力（拱桥除外）。实际工程中，许多挡土结构的土压力处于非极限状态，按照库仑或朗肯理论并不能真实反应土压力随位移、时间动态变化的情况［１］。但限于研究深度，文中所有的计算过程以及设计理论均为经典库伦土力学理论。影响土压力大小的因素主要有：１）挡土结构的位移：其位移（或转动）方向和位移量的大小是影响土压力大小的最主要的因素，产生被动土压力的位移量一般远大于产生主动土压力的位移量。２）挡土结构的形状：其结构剖面形状，包括墙背为竖直或是倾斜，墙背为光滑或粗糙，不同的情况土压力的计算公式不同。３）挡土结构后填土的性质：包括填土的松密程度，即重度、干湿程度等，土的强度指标内摩擦角和粘聚力的大小，以及填土的形状（水平、上斜或下斜）等，都将影响土压力的大小。针对影响土压力的因素，总结减小土压力的主要措施有：１）选择合适的填料：选择内摩擦角大的土料，如粗砂、砾、块石等，也可选择轻质填料，如炉渣、矿渣等，这些填料的内摩擦角不会因浸水而降低很多，同时也有利于排水。２）改变挡土结构的墙背形状：采用中间凸出或折线形墙背，以及在墙背上设置减压平台［２］。３）减小地面堆载：由于填土表面花卉的作用常会增大作用在挡土结构上的土压力，因此减小地面荷载，将不必要的堆载远离挡土结构，可使土压力减小，增加挡土结构的稳定性。
２工程对比运用
在歪头山铁矿铁路桥的设计中，对减小桥台土压力的方案进行了比选。首先，减小地面堆载的方式并不适用于桥梁工程，因为其荷载等都是规定的，并不存在人为减小的可能。其次，对填料的选择上，业主有明确的填料来源（中粗砂γ＝２０ｋＮ／ｍ３），也不能进行相关延展。所以，只能通过改变桥台结构形式来减小土压力，由于设置卸荷台的方式比较复杂，设计最终选择了折线台背的方式用来减小主动土压力。在对该桥梁研究与计算过程中，发现由于桥台高度过大，所以土压力计算高度也成倍增长，导致桥台的水平力成为了对桥梁起绝对控制因素的荷载，桥台水平力的来源主要包括恒载土压力、活载土压力以及制动力。恒载土压力是由桥台后填料自身产生，其值为重力荷载与侧压力系数的乘积；活载土压力是指桥台后列车荷载通过填料将荷载传递给桥台的水平力，本工程中ｑ＝３７ｋＮ／ｍ２是列车的换算活荷载集度；制动力即是列车在刹车情况下通过轨道对桥台产生的水平力。其中，制动力与桥台结构形状相关性较小，所以在设计中，主要对比了竖直台背与折线台背对于恒载以及活载主动土压力的影响，对比内容见图１及表１。由表１可见，设置折线台背与传统的竖直台背相比，其恒载主动土压力降低了１０６５．４ｋＮ，活载土压力降低了２２５．３ｋＮ，综合主动土压力降低了１２９０．７ｋＮ，降低率为２３％。这对于该项工程的意义是比较大的，根据桩基静载试验结果表明，单桩水平荷载承载力为３２０ｋＮ。所以通过此折线设置，降低水平荷载的同时可减少４根桩基的使用，该工程桩基础直径为１．２５ｍ，约２３ｍ，合计减少桩基础混凝土１１３ｍ３、钢筋９．６ｔ。同时与竖直台背相比，折线台背桥台本身连同承台工程量也有所降低，减少混凝土用量１３５ｍ３、钢筋１１．５ｔ，总计共节省工程费用约达１００万元，对于工程总造价１０００万元的项目来说无疑降低了较大的工程费用。
３结语
通过对歪头山铁路桥高桥台的课题研究，分析了影响桥台土压力的因素包括位移、挡土结构形状以及填土，提出采用选择合适的填料、改变挡土结构的墙背形状以及减小地面荷载来减小土压力。影响高桥台荷载的控制因素往往是水平土压力，而通过设置折线台背的方式可有效的减小主动土压力，在折线角度为１１．３度情况下可降低约２０％的主动土压力，同时有效减少工程量，降低工程造价。需要注意的是，折线台背角度不宜过大，以防止局部集中荷载对桥台的破坏，建议不要超过１５度。
参考文献：
［１］梁圣彬．土压力的理论研究［Ｊ］．安徽建筑，２００９（４）：１１５．
［２］陈雪华，信息安全管理律文田，上海职称王永和．桥台台背土压力的试验研究［Ｊ］．岩石力学，２００６（８）：１４０７－１４１０．
作者：李连涛 单位：中冶北方工程技术有限公司
