徐妍XU Yan

（大連市市政設(shè)計(jì)研究院有限責(zé)任公司，大連 116011）

（Dalian Municipal Design &Research Institute Co.，Ltd.，Dalian 116011，China）

1 概述

樁柱式橋臺(tái)是當(dāng)前常用的橋臺(tái)形式之一。在軟土地基上的樁柱式橋臺(tái)設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)考慮到由于樁基發(fā)生較大的臺(tái)頂位移（河心方向的水平位移）引起的橋梁病害的多種因素，從而預(yù)防橋臺(tái)基礎(chǔ)失穩(wěn)。

2 臺(tái)頂位移計(jì)算

樁在橫向荷載作用下，樁的內(nèi)力和位移計(jì)算，較普遍采用的是將樁最為彈性地基上的梁，符合文克爾假定：即梁身任一點(diǎn)的土抗力和該點(diǎn)的位移成比例，簡(jiǎn)稱(chēng)彈性地基梁法。因?yàn)闃杜c土共同承受外荷載作用，考慮到為便于計(jì)算，就需要在基本理論中做了一些必要的假定：①將土視為彈性變形介質(zhì)，它具有隨深度成比例增長(zhǎng)的地基系數(shù)（即C=m×Z）；②土的應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系符合文克爾假定；③計(jì)算公式推導(dǎo)時(shí)，不考慮樁與土之間的摩擦力和粘結(jié)力；④樁與樁側(cè)土在受力前后始終密貼；⑤樁作為一彈性構(gòu)件。

根據(jù)樁的水平承載力理論，我們不難看出，在將樁側(cè)土壓力經(jīng)過(guò)等效換算后得到的水平力和彎矩作用下，必定使樁基在地面處產(chǎn)生水平位移和轉(zhuǎn)角，這樣方向就會(huì)背離臺(tái)后鎮(zhèn)土指向河心。樁基上的立柱也因此發(fā)生線位移，柱頂位置移動(dòng)會(huì)使兩部分疊加起來(lái)。一部分是樁在地面處的線位移，位移方向指向河心；另一部分是由地面處的轉(zhuǎn)角所引起的扭轉(zhuǎn)位移。該值就是橋臺(tái)臺(tái)頂?shù)目偽灰啤?/p>

現(xiàn)以普蘭店市3x18m 簡(jiǎn)支空心板橋?yàn)閷?shí)例介紹臺(tái)頂位移的計(jì)算。橋梁工程場(chǎng)地場(chǎng)地土類(lèi)型為軟弱土。橋臺(tái)采用樁柱式橋臺(tái)，蓋梁寬度1.7m、高1.2m、長(zhǎng)16.99m。樁基礎(chǔ)直徑1.5m，3 柱、柱間距5.5m。臺(tái)后和錐坡填土內(nèi)摩擦角35°，樁身土體內(nèi)摩擦角10.4°。

2.1 樁的內(nèi)力計(jì)算

2.1.1 樁的計(jì)算寬度（m） b1=0.9（d+1） b1≤2d

b1=0.9×（1.5+1）=2.25m

不同土層變形系數(shù)α 和αi×hi計(jì)算表見(jiàn)表1。

表1

2.1.3 計(jì)算地面線處的樁頂外力N0、H0、M0

取最不利組合，軸力N0=1744kN、剪力H0=525kN、彎矩M0=1410kN·m，經(jīng)計(jì)算得到樁身最大彎矩處的彎矩值為Mz=2641.1kN·m，繼而進(jìn)行樁截面強(qiáng)度和裂縫驗(yàn)算。

2.2 臺(tái)頂位移計(jì)算

樁基頂水平位移計(jì)算

地面處的水平位移

地面以上樁基在土壓力作用下的彈性位移

hw=H-h1=5.529-2.4=3.129m

土壓力強(qiáng)度p1=μγh1=0.4132×20×2.400=19.834kN/m2；

p2=μγh2=0.4132×20×5.529=45.692kN/m2。

（μ 為主動(dòng)土壓力系數(shù)、γ 為土的容重）

單位土壓力q1=p1×b1=19.834×2.25=44.6kN/m

q2=p2×b1=45.692×2.25=102.8kN/m

臺(tái)頂位移Δ=X0-φ0×h+Δ0=0.003552+0.002527125×5.529+0.00088=0.0184m=18.4mm

根據(jù)《鐵路橋涵設(shè)計(jì)基本規(guī)范》5.3.3-2-2

L—橋梁跨度（m）：當(dāng)L＜24m 時(shí)，取24m。

Δ＜[Δ]滿足規(guī)范要求。

3 臺(tái)后填土對(duì)樁基產(chǎn)生的附加水平力

在臺(tái)后填土的作用下，橋臺(tái)地基或多或少都將發(fā)生側(cè)向位移。地基好的，m 值偏大，側(cè)向位移小些；地基差的，m值偏小。對(duì)于樁柱式橋臺(tái)，由于樁基的存在水平位移的分布將有所變化：樁基是具有較大剛性的混凝土構(gòu)件，當(dāng)橋臺(tái)有水平位移時(shí)，遇到樁基的阻礙，從而在樁基附近有所減??；樁基本身也將承受與水平位移同向的水平力，即臺(tái)后填土對(duì)樁基產(chǎn)生的附加水平力。附加水平力和樁基阻礙水平位移的面積以及樁基本身的剛性有關(guān)，樁徑越大，阻礙面積相對(duì)越大，水平力也越大。在公路橋規(guī)中，雖然沒(méi)有明確、系統(tǒng)地分析這個(gè)附加水平力，但對(duì)于軟土地基，產(chǎn)生的附加水平力較大，橋臺(tái)位移較大，應(yīng)予以考慮。特別是對(duì)于上部的梁未架設(shè)時(shí)，橋臺(tái)除了考慮地面以上的土壓力外，還必須考慮這個(gè)附加水平力。另外，由于附加水平力與地基水平位移同時(shí)產(chǎn)生，所以橋臺(tái)產(chǎn)生向河心較大位移的情況多發(fā)生在下部結(jié)構(gòu)施工與路基施工同時(shí)進(jìn)行的橋梁，很可能在臺(tái)后填土施工中或者完成不久就會(huì)出現(xiàn)。

4 橋臺(tái)設(shè)計(jì)時(shí)的考慮要素

①要求蓋梁完工后與混凝土底模分開(kāi)，以免增加自重。②臺(tái)后順橋向水平土壓力對(duì)蓋梁的水平彎矩造成蓋梁跨中附近豎向裂縫，而側(cè)向水平土壓力可能會(huì)造成耳墻根部彎裂。③橋臺(tái)位移過(guò)大造成臺(tái)縫頂死，使有縫橋變成無(wú)縫橋，大梁就會(huì)對(duì)橋臺(tái)背墻產(chǎn)生很大的推力去平衡臺(tái)后壓力，其結(jié)果是：樁基與蓋梁連接處彎裂；背墻從根部剪裂。④橋臺(tái)在荷載作用下將有很大的扭矩產(chǎn)生，使蓋梁發(fā)生剪扭破壞。⑤臺(tái)后的路基下沉以至于使背墻、梁端受活載沖擊而過(guò)早破壞。

5 總結(jié)

本文概述了臺(tái)頂位移的計(jì)算方法，并指出了軟土地基的樁柱式橋臺(tái)，在進(jìn)行橋臺(tái)設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)考慮的要素，有利于今后進(jìn)一步優(yōu)化設(shè)計(jì)。

[1]JTG D63-2007,公路橋涵地基與基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范[S].

[2]凌治平.基礎(chǔ)工程[M].北京：人民交通出版社，1996.

[3]楊玲燕，殷培南，楊仲元.軟土基礎(chǔ)樁柱式橋臺(tái)位移影響及防治措施[J].浙江交通職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)報(bào)，2006(7).