馬希田，徐 龍，丁少凌

湖北省武漢市中交第二公路勘察設(shè)計(jì)研究院有限公司二分院，湖北 武漢 430056

1 概述

橋臺(tái)是橋梁結(jié)構(gòu)的重要組成部分，它除了支承橋跨結(jié)構(gòu)外，還要銜接兩岸線(xiàn)路路堤。既要能擋土護(hù)岸，又要承受臺(tái)背填土上車(chē)輛荷載所產(chǎn)生的附加側(cè)壓力。因此，要求橋梁墩臺(tái)不僅本身應(yīng)有足夠的強(qiáng)度、剛度和穩(wěn)定性，而且對(duì)地基的承載能力、沉降量、地基與基礎(chǔ)之間的摩阻力等也都有一定的要求[1]。肋板式橋臺(tái)因具有鋼筋混凝土用量較少，沿路線(xiàn)設(shè)計(jì)線(xiàn)方向剛度大的優(yōu)點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用于高速公路橋梁。

隨著公路橋梁建設(shè)的不斷發(fā)展，在地基基礎(chǔ)條件較好的地區(qū)，為減少橋梁工程的造價(jià)，有時(shí)會(huì)利用臺(tái)后高填土來(lái)減少橋梁結(jié)構(gòu)的長(zhǎng)度。由于在橋臺(tái)的前后填土不對(duì)稱(chēng)和臺(tái)前填土碾壓差，因此，橋臺(tái)背承受較大的土壓力，如果肋板臺(tái)樁基剛度較小，在土壓力作用下，橋臺(tái)會(huì)產(chǎn)生水平位移，若位移過(guò)大，將危及橋梁結(jié)構(gòu)安全[2]。

本文就湖北滬蓉西(宜昌至恩施)高速公路項(xiàng)目中坪坦村大橋的超高肋板式橋臺(tái)來(lái)進(jìn)行樁基礎(chǔ)的結(jié)構(gòu)計(jì)算分析，為大家提供一個(gè)肋板式橋臺(tái)在高填土的土壓力、重力、地基約束力和上部結(jié)構(gòu)傳力等作用下的計(jì)算方法，并給出安全、經(jīng)濟(jì)、結(jié)構(gòu)合理的橋臺(tái)設(shè)計(jì)和施工方案。

2 工程概況與設(shè)計(jì)資料

此項(xiàng)目段地處鄂西南褶皺山區(qū)腹地，由于地形復(fù)雜，平地很少，野三關(guān)停車(chē)區(qū)只能全部用高填土來(lái)滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求，因此造成坪坦村大橋與停車(chē)區(qū)相接的左幅橋臺(tái)只能做成24.2m高，22.668m寬的超高超寬肋板式橋臺(tái)，這給本橋臺(tái)的設(shè)計(jì)提出了很高的要求，經(jīng)過(guò)多次計(jì)算和論正，本橋臺(tái)擬定采用12根樁徑為2m的樁，承臺(tái)厚度采用2.5m。

圖1 橋臺(tái)方案圖

設(shè)計(jì)資料：本橋上部構(gòu)造采用裝配式鋼筋混凝土簡(jiǎn)支T梁，標(biāo)準(zhǔn)跨徑為30.00m，計(jì)算跨徑為28.6m，本跨橋?qū)捰?9.789m變寬為22.688m，共有10片T梁均布設(shè)置；設(shè)計(jì)荷載為汽車(chē)-20級(jí)，掛-100，人群荷載為3.5kN/m2；臺(tái)帽、耳背墻、肋板用30號(hào)鋼筋混凝土，承臺(tái)與樁基礎(chǔ)采用25號(hào)鋼筋混凝土，容重均為γ1=25kN/m3；臺(tái)后及溜坡填土γ2=17kN/m3；填土的內(nèi)摩擦角φ＝35°，臺(tái)背與填土間外摩擦角δ=1/2φ=17.5°粘聚力c=0。 橋臺(tái)方案圖見(jiàn)圖1。

本橋臺(tái)處工程地質(zhì)條件較好，地基巖土地層大致可分為2層：1）含礫亞粘土；2）弱風(fēng)化灰?guī)r。其中含礫粘土在3m以?xún)?nèi)，該處工程地質(zhì)條件為高路基和臺(tái)后填土提供了良好的天然地質(zhì)條件。

3 橋臺(tái)結(jié)構(gòu)計(jì)算分析

3.1 主動(dòng)土壓力計(jì)算

根據(jù)朗肯土壓力理論，主動(dòng)土壓力Ea＝γ2H2KaB/2

其中Ka＝tg2（45°-φ/2）=0.521

H為填土深度；

B為所受土壓力的構(gòu)造物計(jì)算寬度；

汽車(chē)荷載換算的等代均布土層厚度h1=6×300/（22.668×0.583×24.3×17）=0.330m ；

由以上公式計(jì)算以后原地面上以上各構(gòu)造物的主動(dòng)土壓力見(jiàn)表1。

表1 臺(tái)后原地面以上各構(gòu)造物的主動(dòng)土壓力表

臺(tái)前溜坡填土自重對(duì)橋臺(tái)前側(cè)面的主動(dòng)土壓力

其中Kb＝0.18(查《基礎(chǔ)工程》)；

H'為各構(gòu)造物邊緣至坡面的垂直距離[3]；

由以上公式計(jì)算臺(tái)前原地面上以上各構(gòu)造物的主動(dòng)土壓力見(jiàn)表2。

表2 臺(tái)前原地面以上各構(gòu)造物的主動(dòng)土壓力表

3.2 臺(tái)前、臺(tái)后填土對(duì)基底產(chǎn)生的附加應(yīng)力計(jì)算

臺(tái)背路基填土對(duì)橋臺(tái)樁尖平面處地基填土上引起的附加應(yīng)力

對(duì)于埋置式橋臺(tái)，臺(tái)前錐體對(duì)樁尖平面處地基填土上引起的附加應(yīng)力σ2'＝α2γ2H2

式中：α1、α2為豎向壓應(yīng)力系數(shù)，可從《公路橋涵地基與基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范》查用；

H1為臺(tái)背路基填土的高度（m）；

H2為樁尖平面處的前邊緣上的錐體高度（m）；

3.3 結(jié)構(gòu)計(jì)算

本橋上部結(jié)構(gòu)恒載反力、支座摩阻力、橋臺(tái)各構(gòu)造及土壓力在承臺(tái)底面中心的彎矩如下表3。圖2

表3 承臺(tái)底面中心的彎矩匯總表

把地面線(xiàn)以上橋臺(tái)所受各種力換算到承臺(tái)底形心為水平力H=-35137.8kN，豎直力P=58175.56kN，彎矩M=203128.61kN·m

其中：

水平力H：承臺(tái)底所承受的水平外力，向右為正。

豎向力P：承臺(tái)底所承受的豎向外力，向下為正。

總彎矩M：承臺(tái)底面形心處的d合計(jì)總彎矩，順時(shí)針為正。

基礎(chǔ)的彎曲剛度為0.6EI=0.6×28000×（12πd4/64+4.2×8πd2/4）=2155974KN-m2

樁的彈性變形系數(shù)

其中：b1為基礎(chǔ)的計(jì)算寬度，按基礎(chǔ)規(guī)范附錄六計(jì)算。

m：地基土的比例系數(shù)，按基礎(chǔ)規(guī)范附表6.5取用。

EI：基礎(chǔ)的彎曲剛度，E為彎曲彈性模量，I為抗彎慣矩。

地基系數(shù)m=15000kN/m4：地基土的比例系數(shù)，按基礎(chǔ)規(guī)范附表6.5取用；

樁底豎向地基系數(shù)Co=606250：樁底土承載力為1500kPa，按基礎(chǔ)規(guī)范附表6.6取用；

系數(shù)kc=1；

入土部分單樁的平均截面積A=3.14m2；

單樁底面積Ao=3.14m2；

基礎(chǔ)露出地面以上長(zhǎng)度lo=12.2；

基礎(chǔ)入土深度=3；

由以上參數(shù)與基礎(chǔ)的尺寸，參考基礎(chǔ)規(guī)范附表6.10并通過(guò)橋梁博士彈性多排基礎(chǔ)模塊計(jì)算可得圖2。

單樁樁樁頂彎矩∶ Ma = 5859.6kN·m

中間排單樁的樁頂軸力N1=6638.3kN

兩邊排單樁的樁頂軸力N2=3952.8kN

通過(guò)單樁的樁頂彎矩和軸力，按偏心受壓構(gòu)件計(jì)算可知本橋樁徑為2m是能滿(mǎn)足受力配筋要求的。

4 結(jié)論與建議

1）超高肋板式橋臺(tái)的臺(tái)背土壓力隨著深度呈線(xiàn)性變化，在設(shè)計(jì)中，需要考慮較大的土壓力作用，增加結(jié)構(gòu)剛度以保證結(jié)構(gòu)安全；

2）超高肋板式橋臺(tái)的樁基所受軸力較大，應(yīng)適當(dāng)加長(zhǎng)樁基長(zhǎng)度的來(lái)減少樁基的沉降量；

3）由于臺(tái)后填土較高，樁基應(yīng)在臺(tái)后路基與錐坡填土按規(guī)定壓實(shí)填至路槽底后開(kāi)挖進(jìn)行樁基和承臺(tái)的施工；

4）超高橋臺(tái)臺(tái)前溜坡坡每8m高應(yīng)設(shè)一2m寬的平臺(tái)，增加臺(tái)前填土的穩(wěn)定性和加大填土的反向壓力。

[1]呂勇.高填土薄壁式輕型橋臺(tái)群樁基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)分析[J].浙江交通科技，2001，2：49-50.

[2]賀薇，王保田.肋板式橋臺(tái)填土期間的土壓力和橋臺(tái)位移的現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)研究[J].現(xiàn)代交通技術(shù)，2007，4(6)：33-35.

[3]凌治平，易經(jīng)武.基礎(chǔ)工程[M].人民交通出版社，1999.

[4]公路工程地質(zhì)勘測(cè)規(guī)范（JTJ064-98).