毛穗豐，康 東，王 宏

(中國水電顧問集團(tuán)成都勘測設(shè)計(jì)研究院，四川 成都 610072)

1 前 言

當(dāng)今連續(xù)剛構(gòu)橋型修建得比較多，特別是跨度在100～200m時(shí)，只要地形條件合適，首選的橋型一般都是連續(xù)剛構(gòu)。此類橋型，當(dāng)橋墩不高時(shí)(一般在70m以下)，一般采用雙肢薄壁墩；當(dāng)橋墩在70m以上時(shí)，采用箱型整體式的比較多。但不管采用哪種橋墩形式，除了擴(kuò)大基礎(chǔ)外，比較常見的是采用承臺(tái)加群樁的基礎(chǔ)型式，且樁基的根數(shù)一般不小于4。當(dāng)樁數(shù)為n2時(shí)，樁基一般按縱橫向?qū)ΨQ排列，即按n×n的形式排列；但若不滿足時(shí)，其排列方式則值得研究。以下主要介紹此類群樁的排列方式。

2 群樁的排列方式

群樁指在水平外力作用平面內(nèi)有一根以上的樁的樁基礎(chǔ)，群樁多與承臺(tái)固結(jié)為一整體，共同受力。常見的群樁一般均有4根及以上的樁，其排列的方式也有多種，有縱橫直線排列的，也有梅花形布置的。具體布置形式見圖1(由于7根樁的形式很罕見，故圖中未示此布置)。

以上幾種常見的群樁排列方式，其共同點(diǎn)是樁基及承臺(tái)均關(guān)于x軸與y軸對稱布置，不同點(diǎn)是A、B、E排列由于承臺(tái)為正方形，樁基排列完全對稱(此時(shí)假定xi=yi)，此種情形比較簡單，不再過多論述。但是當(dāng)樁基承臺(tái)為C、D特別是常見的C中(1)、(2)與D中(3)、(4)布置時(shí)，此時(shí)由于承臺(tái)長邊較短邊長得多，樁基的排列就值得探討了。

3 承臺(tái)樁基豎直力計(jì)算

為了研究以上樁基承臺(tái)中群樁的排列采用C中(1)與(2)以及D中(3)與(4)哪種更為合理，即在相同的前提條件下，哪種群樁的布置方式使樁基產(chǎn)生的最大豎直力更小，即認(rèn)為是更合理的，這樣在橋梁的設(shè)計(jì)中可減短樁長，降低橋梁造價(jià)。為此，先來探討樁基豎直力的計(jì)算。計(jì)算圖示見圖2，計(jì)算公式見式(1)。

(1)

式中Nid——第i根樁的單樁豎向力設(shè)計(jì)值；

Fd——由承臺(tái)底面以上的作用(或荷載)產(chǎn)生的豎向力組合設(shè)計(jì)值；

Mxd、Myd——由承臺(tái)底面以上的作用(或荷載)繞通過樁群形心的x軸、y軸的彎矩組合設(shè)計(jì)值；

n——承臺(tái)下面樁的總根數(shù)；

xi、yi——第i排樁中心至y軸、x軸的距離。

由上式可知，當(dāng)公式等號(hào)后面兩項(xiàng)均取正值即“+”時(shí)，此時(shí)樁承受的豎直力最大，即與Mxd、Myd轉(zhuǎn)動(dòng)方向相同一側(cè)的樁即承臺(tái)角點(diǎn)處的樁承受的豎直力最大，式(1)變?yōu)椋?/p>

(2)

圖1 群樁的排列方式(圖中x軸表示縱橋向，y軸表示橫橋向)

(3)

(4)

圖2 承臺(tái)樁基豎向力計(jì)算

研究圖1中C的情況，將(1)旋轉(zhuǎn)90°且將x軸、y軸互換即得到圖(2)的情形，由此可知:

同理可推斷圖1中D(1)、(2)的情況:

而圖1中D(3)、(4)的情況:

4 示 例

某連續(xù)剛構(gòu)橋，布置為63m+110m+63m，橋?qū)挒閮?6.5m+2×0.5m(防撞欄桿)，設(shè)計(jì)荷載為公路—Ⅱ級，地震動(dòng)峰值加速度系數(shù)為0.15。主墩為雙肢薄壁墩，高度均為25m，主墩基礎(chǔ)為14m×10m×4m的承臺(tái)加6根群樁基礎(chǔ)。其承臺(tái)加群樁基礎(chǔ)有兩種布置方式，具體布置見圖3。

圖3 某連續(xù)剛構(gòu)橋橋型布置

該橋在初步設(shè)計(jì)時(shí)，承臺(tái)及群樁基礎(chǔ)是按圖3中方式(1)布置的，該布置方式的優(yōu)點(diǎn)是橋墩的每個(gè)墩肢縱向均對應(yīng)3根樁基，橋墩傳力方式明確，但承臺(tái)在縱橋向似乎作用不大，僅起聯(lián)系墩身及樁基的作用?？紤]到按圖3中方式(2)布置時(shí)，承臺(tái)能很好地發(fā)揮傳力作用，樁基受力更均勻，所以又按方式(2)進(jìn)行了計(jì)算。

為了驗(yàn)證以上結(jié)論的可靠性，針對以上橋型布置，采用橋梁結(jié)構(gòu)計(jì)算專用程序MidasCivil建立兩個(gè)模型分別進(jìn)行計(jì)算，得到在正常使用極限狀態(tài)下的組合結(jié)果(見表1)。

表1 正常使用極限狀態(tài)下組合結(jié)果 MPa

從表1可知，樁基按縱三橫二(即圖1C(2)中方式)進(jìn)行排列時(shí)，各項(xiàng)計(jì)算值均比按縱二橫三(即圖1C(1)中方式)排列時(shí)的計(jì)算值略小，從而進(jìn)一步驗(yàn)證了縱三橫二的排列方式更合理。

5 結(jié) 語

(1)群樁的排列方式對橋梁整體剛度有一定的影響。由于橋梁一般縱向受力較大，群樁布置時(shí)使其縱橋向剛度較大則更合理，即群樁的排列方式在一般情況下以縱橋向多排橫橋向少排受力相對更合理。

(2)在特殊情況下(如橫向力風(fēng)力、地震力、撞擊力較大時(shí))，為了增加橋梁橫向剛度，也可將樁基按橫橋向多排縱橋向少排的方式排列，此時(shí)相比樁基縱橋向多排橫橋向少排的方式排列，對橋梁其它部位應(yīng)力的影響并不明顯。

(3)當(dāng)山區(qū)某些橋梁布置橋梁承臺(tái)時(shí)，若承臺(tái)縱橋向長度比橫橋向長度長，靠岸側(cè)可能引起更大的邊坡開挖，靠河側(cè)可能使承臺(tái)和樁基更伸入河床而增加施工難度時(shí)，也可以將承臺(tái)長邊布置在橫橋向，短邊布置在縱橋向，相應(yīng)樁基也應(yīng)適當(dāng)調(diào)整。

參考文獻(xiàn)：

[1] 中交公路規(guī)劃設(shè)計(jì)院.JTG D62-2004《公路鋼筋混凝土及預(yù)應(yīng)力混凝土橋涵設(shè)計(jì)規(guī)范》[S].北京：人民交通出版社，2004.

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