張振偉

(中國(guó)市政工程中南設(shè)計(jì)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(tái)設(shè)計(jì)

張振偉

(中國(guó)市政工程中南設(shè)計(jì)研究總院有限公司，湖北 武漢430000)

摘要：以櫻花橋項(xiàng)目的超高肋板式橋臺(tái)進(jìn)行結(jié)構(gòu)計(jì)算分析，根據(jù)計(jì)算結(jié)果合理設(shè)計(jì)橋臺(tái)尺寸，使橋臺(tái)更安全、經(jīng)濟(jì)。

關(guān)鍵詞：橋臺(tái)設(shè)計(jì)；高填土；肋板式橋臺(tái)

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(shè)。根據(jù)建設(shè)單位要求，本橋設(shè)計(jì)為3～20 m預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土簡(jiǎn)支空心板，總長(zhǎng)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(shù)標(biāo)準(zhǔn)：設(shè)計(jì)荷載為公路-I級(jí)；地震基本烈度6度；設(shè)計(jì)基準(zhǔn)期：100年；設(shè)計(jì)安全等級(jí)：一級(jí)；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(xué)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(xué)性質(zhì)一般。第3層，強(qiáng)風(fēng)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(duì)較好。第4層，中風(fēng)化玄武巖：巖體破碎，連續(xù)分布于整個(gè)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(shì)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(shè)。

2橋臺(tái)設(shè)計(jì)

臺(tái)后填土高度11.16 m，采用采用肋板+承臺(tái)樁基礎(chǔ)橋臺(tái)。帽梁厚度1.6 m，高1.2 m。肋板頂寬1.4 m，至承臺(tái)頂逐漸加寬，加寬斜率1∶3，板厚1.2 m。單個(gè)承臺(tái)寬2.5 m，長(zhǎng)6.3 m，高2 m，通過承臺(tái)系梁連接成整體。樁基直徑1.5 m。

圖2　橋臺(tái)結(jié)構(gòu)圖(單位：cm)

3橋臺(tái)荷載分析

3.1臺(tái)后土壓力

(1)臺(tái)后填土自重引起的土壓力計(jì)算

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

表1　無(wú)車土壓力

(2)臺(tái)后有車(車輛荷載)引起的土壓力計(jì)算

根據(jù)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，橫橋向布置4輛車。破壞棱體長(zhǎng)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(shí)針-；逆時(shí)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(tái)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(tái)計(jì)算結(jié)果分析

4.1背墻底驗(yàn)算結(jié)果

背墻強(qiáng)度計(jì)算按規(guī)范《JTG D62—2004》極限狀態(tài)法壓彎構(gòu)件進(jìn)行計(jì)算。

表9　背墻底截面強(qiáng)度計(jì)算(單位：kN,m)

背墻裂縫計(jì)算按照短期效應(yīng)組合，選取工況2計(jì)算， 按照規(guī)范相關(guān)規(guī)定計(jì)算裂縫寬度0.01 mm<0.2 mm，滿足要求。故橋臺(tái)背墻設(shè)計(jì)滿足規(guī)范要求。

4.2肋板底驗(yàn)算結(jié)果

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

表10　肋板底截面強(qiáng)度計(jì)算

肋板裂縫按照短期效應(yīng)組合，按照規(guī)范相關(guān)規(guī)定計(jì)算裂縫寬度0.07 mm<0.2 mm。故橋臺(tái)肋板設(shè)計(jì)滿足規(guī)范要求。

4.3承臺(tái)驗(yàn)算結(jié)果

承臺(tái)按照撐桿-系桿體系進(jìn)行計(jì)算。

表11　承臺(tái)正截面強(qiáng)度計(jì)算

表12　承臺(tái)斜截面抗剪計(jì)算

表13　承臺(tái)沖切計(jì)算

由上表可知，承臺(tái)正截面強(qiáng)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(tái)設(shè)計(jì)滿足規(guī)范要求。

4.4樁基驗(yàn)算結(jié)果

根據(jù)地質(zhì)報(bào)告，橋臺(tái)樁基按嵌巖樁設(shè)計(jì)，嵌巖深度為2.5樁徑。樁徑1.5 m，樁長(zhǎng)12 m。計(jì)算時(shí)應(yīng)充分考慮臺(tái)后填土附加應(yīng)力對(duì)樁基不利影響。計(jì)算結(jié)果如表肋板裂縫按照短期效應(yīng)組合，按照規(guī)范相關(guān)規(guī)定計(jì)算裂縫寬度0.17 mm<0.2 mm。故橋臺(tái)樁基設(shè)計(jì)滿足規(guī)范要求。

表14　樁基承載力計(jì)算

表15　樁身截面強(qiáng)度計(jì)算

5橋臺(tái)設(shè)計(jì)要點(diǎn)及施工注意事項(xiàng)

(1)臺(tái)背土壓力隨著填土高的增加呈線性變化。對(duì)肋板式橋臺(tái)因背墻、肋板、承臺(tái)各部件橫向計(jì)算寬度不同導(dǎo)致土壓力計(jì)算變得復(fù)雜，應(yīng)正確計(jì)算臺(tái)后土壓力的疊加，才能合理優(yōu)化橋臺(tái)尺寸。

(2)高填土橋臺(tái)應(yīng)充分由于填土對(duì)基礎(chǔ)產(chǎn)生附加應(yīng)力導(dǎo)致負(fù)摩阻力增大。樁側(cè)負(fù)摩阻力對(duì)樁基承載力往往影響較大。在計(jì)算中，對(duì)各參數(shù)進(jìn)行正確取值，保證對(duì)樁摩阻力的結(jié)果計(jì)算正確，使設(shè)計(jì)安全經(jīng)濟(jì)合理。

(3)對(duì)橋臺(tái)填土高于8 m時(shí)，臺(tái)前溜坡應(yīng)設(shè)一2 m寬平臺(tái)，可增加臺(tái)前溜坡的穩(wěn)定性，并增加臺(tái)前填土的反向壓力，有利于肋板受力。

(4)在施工時(shí)，鉆孔應(yīng)嚴(yán)格清孔，沉渣不能過厚。一定要滿足設(shè)計(jì)要求。

(5)臺(tái)后填土速率對(duì)橋臺(tái)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(shí)，應(yīng)適當(dāng)減緩填土速度，減小填土對(duì)樁基的不利影響。并臺(tái)后填土與臺(tái)前溜坡同步進(jìn)行。

6總結(jié)

隨時(shí)公路建設(shè)高速發(fā)展，為節(jié)約造價(jià)，高填土橋臺(tái)設(shè)計(jì)越來(lái)越普遍，其中肋板式橋臺(tái)應(yīng)用較為廣泛。通過櫻花橋橋臺(tái)設(shè)計(jì)，結(jié)合工程經(jīng)驗(yàn)，對(duì)高填土肋板式橋臺(tái)進(jìn)行系統(tǒng)的計(jì)算分析，計(jì)算結(jié)果表明該橋臺(tái)設(shè)計(jì)均滿足規(guī)范要求。

參考文獻(xiàn)：

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

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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(hào)：U443

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：C

文章編號(hào)：1008-3383(2016)03-0097-03

作者簡(jiǎn)介：張振偉(1985-)，男，綏化慶安人，助理工程師，主要從事橋梁設(shè)計(jì)及大跨度橋梁健康監(jiān)測(cè)與診斷工作。

收稿日期：2015-07-07