毛穗豐，康 東，王 宏

(中國(guó)水電顧問(wèn)集團(tuán)成都勘測(cè)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(jiàn)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(jiàn)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(jiàn)圖1(由于7根樁的形式很罕見(jiàn)，故圖中未示此布置)。

以上幾種常見(jiàn)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(duì)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(duì)稱(此時(shí)假定xi=yi)，此種情形比較簡(jiǎn)單，不再過(guò)多論述。但是當(dāng)樁基承臺(tái)為C、D特別是常見(jiàn)的C中(1)、(2)與D中(3)、(4)布置時(shí)，此時(shí)由于承臺(tái)長(zhǎng)邊較短邊長(zhǎng)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(zhǎng)，降低橋梁造價(jià)。為此，先來(lái)探討樁基豎直力的計(jì)算。計(jì)算圖示見(jiàn)圖2，計(jì)算公式見(jiàn)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(guò)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(jí)，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(jiàn)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(duì)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(duì)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(jiàn)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(yǔ)

(1)群樁的排列方式對(duì)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(duì)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(duì)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(zhǎng)度比橫橋向長(zhǎng)度長(zhǎng)，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(zhǎng)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.

[2] 中交公路規(guī)劃設(shè)計(jì)有限公司.JTG D63-2007《公路橋涵地基與基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范》[S].北京：人民交通出版社，2007.

[3] 趙明華.橋梁樁基計(jì)算與檢測(cè)[M]. 北京：人民交通出版社，2000.