徐凱耀

摘 要：文章結(jié)合了一座超高填土肋板式橋臺(tái)的工程實(shí)例設(shè)計(jì)，介紹了超高填土肋板式橋臺(tái)的受力特點(diǎn)及設(shè)計(jì)要點(diǎn)，分析并總結(jié)了其設(shè)計(jì)時(shí)需驗(yàn)算的主要內(nèi)容，以期為同類(lèi)型橋臺(tái)的設(shè)計(jì)提供一定的參考。

關(guān)鍵詞：超高填土；肋板式橋臺(tái)；結(jié)構(gòu)計(jì)算

1 概述

隨著城市化進(jìn)程的逐步推進(jìn)，社會(huì)對(duì)交通基礎(chǔ)設(shè)施的需求越來(lái)越高，部分處于平原微丘區(qū)甚至山嶺重丘區(qū)的城市也對(duì)城市交通基礎(chǔ)設(shè)施有了較高的要求。在部分地形起伏較大且地基基礎(chǔ)較好的地區(qū)，為滿足橋梁使用功能并減少橋梁的造價(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。因此，橋臺(tái)將承受較大的土壓力，如不采取有效措施，將危及橋梁安全。

2 高填土橋臺(tái)的特點(diǎn)及可選結(jié)構(gòu)形式

由于填土高度較大，橋臺(tái)承受的土壓力急劇增大，在橋臺(tái)受力中占有較大的比重。同時(shí)上部結(jié)構(gòu)偏心荷載及水平力（溫度影響力、混凝土收縮及徐變影響力、支座摩阻力及汽車(chē)制動(dòng)力）對(duì)橋臺(tái)的彎矩也隨橋臺(tái)高度增加而增加。

常見(jiàn)高填土橋臺(tái)結(jié)構(gòu)形式：

2.1 重力式U型橋臺(tái)

重力式U形橋臺(tái)的優(yōu)點(diǎn)是構(gòu)造簡(jiǎn)單、受力明確、施工方便，可以用混凝土或片、塊石砌筑；同時(shí)U型橋臺(tái)臺(tái)前無(wú)需溜坡，當(dāng)填土高度較大時(shí)對(duì)橋墩不產(chǎn)生影響。但是，由于U型橋臺(tái)體積大、重量大，容易造成由于地基的壓密下沉而引起的基礎(chǔ)沉降，若地基土不良或經(jīng)常受到地下水位升降等因素影響有可能產(chǎn)生不均勻沉降，從而造成橋臺(tái)開(kāi)裂；另外，U型橋臺(tái)中空填土部分容易積水，冰凍后產(chǎn)生膨脹而使墻身產(chǎn)生裂縫；對(duì)于混凝土或片石混凝土U型橋臺(tái)，在施工過(guò)程中還易產(chǎn)生溫度裂縫和施工縫；同時(shí)，U型橋臺(tái)基礎(chǔ)較大，在地形起伏較大的山區(qū)施工均為困難。因此，高填土U型橋臺(tái)在工程實(shí)施中存在的病害較多，局限性較大，后期維修加固費(fèi)用較高。

2.2 框架式橋臺(tái)

框架式橋臺(tái)是一種在橫橋向成框架式結(jié)構(gòu)的樁基礎(chǔ)輕型橋臺(tái)，優(yōu)點(diǎn)是所受的土壓力較小，可用于地基承載力較低、臺(tái)身較高、跨徑較大的梁橋，但臺(tái)前需設(shè)置溜坡深入橋孔，因而會(huì)壓縮河道，占地較多。

適用于高填土橋臺(tái)情況的橋臺(tái)構(gòu)造形式主要有樁柱式和肋板式兩種。

樁柱式橋臺(tái)一般為埋置式，對(duì)于各種土質(zhì)地基都適宜。樁柱式橋臺(tái)由于可以先填土后進(jìn)行樁基施工，因此填土較密實(shí)，能有效減少填土沉降及臺(tái)后填土對(duì)橋臺(tái)產(chǎn)生的水平推力。

2.3 肋板式橋臺(tái)

肋板式橋臺(tái)穩(wěn)定性較好，但通常要用雙排樁基，鋼筋、混凝土用量均較樁柱式多。

2.4 組合式橋臺(tái)

為使橋臺(tái)輕型化，橋臺(tái)本身主要承受橋跨結(jié)構(gòu)傳來(lái)的豎向力和水平力，臺(tái)后的土壓力由其他結(jié)構(gòu)來(lái)承受，從而形成了組合式橋臺(tái)。常見(jiàn)的組合式橋臺(tái)有加筋土組合橋臺(tái)、錨碇板式橋臺(tái)等形式。組合式橋臺(tái)一般受力較明確，在理論上具有一定的優(yōu)勢(shì)，但由于結(jié)構(gòu)復(fù)雜，施工較麻煩，因而在實(shí)際工程中使用并不多，在實(shí)踐上經(jīng)驗(yàn)還不成熟。

3 工程實(shí)例

3.1 工程背景

某山區(qū)橋梁，地形復(fù)雜，且因交通需要需在橋臺(tái)處設(shè)置平交口，造成橋臺(tái)填土高度達(dá)到18.5m。橋墩側(cè)橋梁需跨越港口隧道（皮帶機(jī)通道），為保證隧道正常使用，需對(duì)臺(tái)前溜坡作出限制。同時(shí)，本工程處于近海區(qū)域，環(huán)境類(lèi)別為近海或海洋環(huán)境，作用等級(jí)D、E級(jí)，對(duì)結(jié)構(gòu)耐久性有較高的要求。由于本橋與已建成皮帶機(jī)隧道線位相交，且主體結(jié)構(gòu)間距離較近，為確保已建成隧道的安全，必須保證橋臺(tái)樁基與隧道二襯結(jié)構(gòu)距離不超過(guò)5.8m，承臺(tái)不得侵占隧道二襯結(jié)構(gòu)。為此，需將承臺(tái)抬高設(shè)計(jì)成高樁承臺(tái)。同時(shí)，橋臺(tái)所處位置橫橋向地面存在8.9m高差，在設(shè)計(jì)時(shí)保守地按照較低的地面高程計(jì)算，地面以上的樁基將達(dá)到9.2m，給設(shè)計(jì)帶來(lái)了極大的困難。經(jīng)過(guò)多次試算和論證，本橋臺(tái)采用肋板式橋臺(tái)，5×3A1.8m樁基礎(chǔ)，肋板高2.2m，承臺(tái)厚2.5m，臺(tái)前設(shè)置一道樁板式擋土墻。其立面和平面圖如圖1、圖2所示。

3.2 設(shè)計(jì)資料

本橋上部結(jié)構(gòu)采用裝配式預(yù)應(yīng)力混凝土組合箱梁，跨徑35m，共8片箱梁均布設(shè)置。設(shè)計(jì)荷載為城-A級(jí)；臺(tái)帽采用C40海工混凝土，臺(tái)身、前墻、側(cè)墻、耳墻、承臺(tái)、樁基均采用C30海工混凝土。臺(tái)后及溜坡填土γ=19KN/m3，填土內(nèi)摩擦角30°。橋臺(tái)處工程地質(zhì)條件較好，地基巖土層可分兩層：拋石；中風(fēng)化變粒巖。

3.3 計(jì)算分析

由于本橋臺(tái)受力復(fù)雜，必須對(duì)橋臺(tái)所受荷載進(jìn)行簡(jiǎn)化。經(jīng)過(guò)研究分析，確定簡(jiǎn)化原則如下：

（1）上部結(jié)構(gòu)（組合箱梁）恒載及彎矩按實(shí)際情況進(jìn)行計(jì)算，簡(jiǎn)化后的集中力通過(guò)支座傳遞到橋臺(tái)。

（2）下部結(jié)構(gòu)（耳墻、牛腿、背墻、擋塊、臺(tái)帽、肋板、承臺(tái)、頂板）恒載及彎矩按實(shí)際情況進(jìn)行計(jì)算，簡(jiǎn)化后的集中力作用在承臺(tái)底中心。

（3）土重力只計(jì)算肋板后土重力及肋身間部分土重力恒載及彎矩，忽略臺(tái)前土重力，組合后的集中力作用在承臺(tái)底中心。

（4）土壓力：分別計(jì)算背墻范圍、肋板范圍及承臺(tái)范圍土壓力，將計(jì)算結(jié)果組合為豎直力、水平力及彎矩。

（5）汽車(chē)荷載：考慮豎直力及順橋向彎矩。

（6）支座摩阻力：取摩阻系數(shù)0.06計(jì)算其水平力及彎矩。

（7）樁側(cè)部分土壓力：考慮到承臺(tái)設(shè)計(jì)標(biāo)高高于原地面9.2m，在原地面以上形成9.2m的“懸空樁”，必須考慮到后填土對(duì)樁基的影響，將樁側(cè)土壓力簡(jiǎn)化為線性荷載施加在樁側(cè)。

（1）上部結(jié)構(gòu)（組合箱梁）恒載及彎矩。

（2）下部結(jié)構(gòu)（耳墻、牛腿、背墻、擋塊、臺(tái)帽、肋板、承臺(tái)、頂板）恒載及彎矩。

（3）土重力（含肋板后土重力及肋身間土重力）恒載及彎矩，忽略臺(tái)前土重力。

（4）土壓力（含背墻范圍、肋板范圍及承臺(tái)范圍土壓力）豎直力、水平力及彎矩。

（5）汽車(chē)荷載，豎直力及順橋向彎矩。

（6）支座摩阻力（取摩阻系數(shù)0.06）水平力及彎矩。

經(jīng)組合，單列樁（共5列）使用極限狀態(tài)P=8694KN，H=996KN，M=9013KNm，承載能力基本組合P=8694KN，H=1161KN，M=10454KNm。

（荷載組合按照豎向力最小，水平力及彎矩最大原則。豎向力分項(xiàng)系數(shù)均取1，水平力及彎矩分項(xiàng)系數(shù)按規(guī)范選取，彎矩方向?yàn)槟鏁r(shí)針）

樁側(cè)荷載為原地面以上至承臺(tái)底范圍內(nèi)樁側(cè)土壓力 q1=160KN/m，q2=277KN/m。

采用平面桿系軟件進(jìn)行分析，并在樁側(cè)施加土彈簧，變粒巖部分取m=15000000KN/m4，拋石部分取m=30000KN/m4，填土部分取m=3000KN/m4，計(jì)算結(jié)果如表1所示。

由此可見(jiàn)，本橋臺(tái)樁徑2m是可以滿足要求的。

4 結(jié)束語(yǔ)

（1）超高肋板式橋臺(tái)的臺(tái)背土壓力隨著深度呈線性變化，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）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。

（3）超高橋臺(tái)臺(tái)前溜坡坡每8m高應(yīng)設(shè)-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。因本工程沒(méi)有設(shè)置溜坡的條件，必須在臺(tái)前設(shè)置擋土墻以保證穩(wěn)定。

（4）在必要情況下，可酌情考慮后填土對(duì)樁基的抗推作用。

參考文獻(xiàn)

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

[2]馬希田.超高填土肋板式橋臺(tái)的樁基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)分析[J].科技傳播，2011.