高填土肋板式橋臺設計

張振偉

(中國市政工程中南設計研究總院有限公司，湖北 武漢　430000)

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高填土肋板式橋臺設計

張振偉

(中國市政工程中南設計研究總院有限公司，湖北 武漢430000)

摘要：以櫻花橋項目的超高肋板式橋臺進行結(jié)構(gòu)計算分析，根據(jù)計算結(jié)果合理設計橋臺尺寸，使橋臺更安全、經(jīng)濟。

關鍵詞：橋臺設計；高填土；肋板式橋臺

1工程概況及地質(zhì)資料

1.1工程概況

櫻花橋位于安陸市李店鎮(zhèn)楊棚村，跨小溝而設。根據(jù)建設單位要求，本橋設計為3～20 m預應力鋼筋混凝土簡支空心板，總長為66.04 m。橋梁總體布置如圖1所示。

圖1　櫻花布置圖(單位：cm)

主要技術標準：設計荷載為公路-I級；地震基本烈度6度；設計基準期：100年；設計安全等級：一級；橋面寬度：0.5 m(防撞墻)+8.5 m(行車道)+8.5 m(行車道)+0.5 m(防撞墻)=17 m(全寬)。

1.2地質(zhì)資料

第1層，種植土：工程地質(zhì)力學性質(zhì)差，厚度較小。第2層，粉質(zhì)粘土：黃褐色，硬塑，連續(xù)分布于橋址區(qū)，工程地質(zhì)力學性質(zhì)一般。第3層，強風化玄武巖：較破碎，該層為極軟巖、軟巖，厚度較小，軟硬較不均，分布連續(xù)，厚度不均，工程地質(zhì)性質(zhì)相對較好。第4層，中風化玄武巖：巖體破碎，連續(xù)分布于整個橋址區(qū)下部，工程地質(zhì)性質(zhì)較好。

橋址所在地形主要為沖積河谷地貌，地面起伏較小，地勢較低平、地表水排水條件好，未發(fā)現(xiàn)不良地質(zhì)現(xiàn)象，區(qū)域穩(wěn)定性較好，適宜本橋建設。

2橋臺設計

臺后填土高度11.16 m，采用采用肋板+承臺樁基礎橋臺。帽梁厚度1.6 m，高1.2 m。肋板頂寬1.4 m，至承臺頂逐漸加寬，加寬斜率1∶3，板厚1.2 m。單個承臺寬2.5 m，長6.3 m，高2 m，通過承臺系梁連接成整體。樁基直徑1.5 m。

圖2　橋臺結(jié)構(gòu)圖(單位：cm)

3橋臺荷載分析

3.1臺后土壓力

(1)臺后填土自重引起的土壓力計算

根據(jù)《公路橋涵設計通用規(guī)范》第4.2.3條，按主動土壓力計算。填土的重力20 kN/m3，內(nèi)摩擦角35°，主動土壓力系數(shù)0.246 1。

表1　無車土壓力

(2)臺后有車(車輛荷載)引起的土壓力計算

根據(jù)設計標準，橫橋向布置4輛車。破壞棱體長度6.511 m，等代土層厚0.506 m。

表2　車輛荷載引起的土壓力

3.2荷載組合

(1)背墻底截面

表3　承載能力極限狀態(tài)組合

注：順時針-；逆時針+，下同。

表4　正常使用限狀態(tài)短期組合

(2)肋板底截面

表5　承載能力極限狀態(tài)組合

表6　正常使用限狀態(tài)短期組合

(3)承臺底截面

表7　承載能力極限狀態(tài)組合

表8　正常使用限狀態(tài)短期組合

4橋臺計算結(jié)果分析

4.1背墻底驗算結(jié)果

背墻強度計算按規(guī)范《JTG D62—2004》極限狀態(tài)法壓彎構(gòu)件進行計算。

表9　背墻底截面強度計算(單位：kN,m)

背墻裂縫計算按照短期效應組合，選取工況2計算， 按照規(guī)范相關規(guī)定計算裂縫寬度0.01 mm<0.2 mm，滿足要求。故橋臺背墻設計滿足規(guī)范要求。

4.2肋板底驗算結(jié)果

肋板強度按規(guī)范《JTG D62—2004》極限狀態(tài)法壓彎構(gòu)件進行計算。肋板與承臺之間按固結(jié)考慮，肋板與蓋梁之間按鉸接考慮。同時考慮肋板土的土壓力作用效應。根據(jù)荷載組合驗算最不利工況。

表10　肋板底截面強度計算

肋板裂縫按照短期效應組合，按照規(guī)范相關規(guī)定計算裂縫寬度0.07 mm<0.2 mm。故橋臺肋板設計滿足規(guī)范要求。

4.3承臺驗算結(jié)果

承臺按照撐桿-系桿體系進行計算。

表11　承臺正截面強度計算

表12　承臺斜截面抗剪計算

表13　承臺沖切計算

由上表可知，承臺正截面強度最小安全系數(shù)2.9，斜截面抗剪安全系數(shù)1.9，沖切承載力安全系1.1。故承臺設計滿足規(guī)范要求。

4.4樁基驗算結(jié)果

根據(jù)地質(zhì)報告，橋臺樁基按嵌巖樁設計，嵌巖深度為2.5樁徑。樁徑1.5 m，樁長12 m。計算時應充分考慮臺后填土附加應力對樁基不利影響。計算結(jié)果如表肋板裂縫按照短期效應組合，按照規(guī)范相關規(guī)定計算裂縫寬度0.17 mm<0.2 mm。故橋臺樁基設計滿足規(guī)范要求。

表14　樁基承載力計算

表15　樁身截面強度計算

5橋臺設計要點及施工注意事項

(1)臺背土壓力隨著填土高的增加呈線性變化。對肋板式橋臺因背墻、肋板、承臺各部件橫向計算寬度不同導致土壓力計算變得復雜，應正確計算臺后土壓力的疊加，才能合理優(yōu)化橋臺尺寸。

(2)高填土橋臺應充分由于填土對基礎產(chǎn)生附加應力導致負摩阻力增大。樁側(cè)負摩阻力對樁基承載力往往影響較大。在計算中，對各參數(shù)進行正確取值，保證對樁摩阻力的結(jié)果計算正確，使設計安全經(jīng)濟合理。

(3)對橋臺填土高于8 m時，臺前溜坡應設一2 m寬平臺，可增加臺前溜坡的穩(wěn)定性，并增加臺前填土的反向壓力，有利于肋板受力。

(4)在施工時，鉆孔應嚴格清孔，沉渣不能過厚。一定要滿足設計要求。

(5)臺后填土速率對橋臺樁基影響較大，樁基撓度隨著填土速率的快慢而變化。在施工時，應適當減緩填土速度，減小填土對樁基的不利影響。并臺后填土與臺前溜坡同步進行。

6總結(jié)

隨時公路建設高速發(fā)展，為節(jié)約造價，高填土橋臺設計越來越普遍，其中肋板式橋臺應用較為廣泛。通過櫻花橋橋臺設計，結(jié)合工程經(jīng)驗，對高填土肋板式橋臺進行系統(tǒng)的計算分析，計算結(jié)果表明該橋臺設計均滿足規(guī)范要求。

參考文獻：

[1]馬希田,徐龍,丁少凌.超高填土肋板式橋臺的樁基礎結(jié)構(gòu)分析[J].應用科技，2011.

[2]何廷全，蘭日彥，何世超.中小跨徑橋梁高填土橋臺合理結(jié)構(gòu)型式淺析[J].西部交通科技，2011.

[3]賀薇，王保田.肋板式橋臺填土期間的土壓力和橋臺位移的現(xiàn)場試驗研究[J].現(xiàn)代交通技術，2007.

Gao tiantu ribbed plate type abutment design

ZHANG Zheng-wei

(China Municipal Engineering Central South Design & Research Institute Co., Ltd.,Wuhan,Hubei 430000,China)

Abstract:With cherry blossom bridge project ultra-high ribbed plate type abutment structure calculation analysis, according to the calculation results abutment size reasonable design, make the abutment safer and more economic.

Keywords:the abutment design;gao tiantu;ribbed plate type abutment

中圖分類號：U443

文獻標識碼：C

文章編號：1008-3383(2016)03-0097-03

作者簡介：張振偉(1985-)，男，綏化慶安人，助理工程師，主要從事橋梁設計及大跨度橋梁健康監(jiān)測與診斷工作。

收稿日期：2015-07-07