胡富平，申鐵軍，李逢源，郭海燕

(山西路橋建設集團有限公司，山西 太原 030006)

1 GRS-IBS結(jié)構組成

GRS-IBS橋臺指土工合成材料加筋柔性橋臺，主要包括加筋土地基、加筋土橋臺、橋頭引道，加筋土橋臺是該復合體結(jié)構的核心，由壓實填料和小間距布置的土工合成材料分層交互構成，橋梁結(jié)構可以直接安放在加筋土橋臺頂部。從本質(zhì)上講，加筋土橋臺是小間距加筋土擋墻作為橋臺結(jié)構的應用，因此主要由加筋材料、回填土和面板三部分組成。

2 GRS-IBS設計要點

2.1 橋臺結(jié)構設計要點

(1)根據(jù)工程特點和場地條件確定橋臺結(jié)構物的平面布置范圍及其它重要尺寸，具體為橋臺高度、底寬、加筋地基寬度、厚度等。

①橋臺高度。設計路面標高與基底標高之差，再扣除瀝青路面厚度、橋梁面板厚度及加筋地基厚度。

②橋臺底寬。是指加筋橋臺結(jié)構物底部與加筋地基接觸面的寬度，包括面層厚度。對于跨度Ls≥7.5 m的單跨橋梁，Bamin=max{1.8 m，0.3Ha}；對于跨度Ls≥7.5 m的單跨橋梁，Bamin=max{1.5 m，0.3Ha}。

③加筋地基厚度。加筋橋臺需設置于人工換填的加筋地基之上，以提高地基承載能力，并減少結(jié)構物的總沉降量；換填厚度≥0.25Ba，具體由工程師根據(jù)工程特點及下臥層條件等綜合確定。

④加筋地基寬度。加筋地基的處理范圍應至少超出橋臺底面以外0.25Ba的寬度，即Bf≥B+0.25Ba。當加筋橋臺結(jié)構位于河岸地段，應將橋臺底面置于計算沖刷線以上。

(2)確定加筋長度和間距。

①若受場地條件限制，放坡空間有限，橋臺底部一定高度范圍內(nèi)加筋長度取L1=Ba，頂部加筋長度取L1≥0.1Ha，中間部分的加筋長度順著切坡逐漸從Ba加長至0.7Ha(即滿鋪)。

②若場地條件寬余，結(jié)構物后緣宜緩于1∶1放坡，此時橋臺底層加筋長度仍取L1=Ba，并在一定高度范圍內(nèi)逐漸加長滿鋪；其它部位的筋材則分區(qū)域等長(L1≥0.7Hi)布置，(即無需處處滿鋪)。

③整體式柔性加筋橋臺結(jié)構中，加筋間距不得大于30 cm，具體尺寸根據(jù)結(jié)構穩(wěn)定性驗算并結(jié)合工程經(jīng)驗確定。

④橋臺頂部靠近外立面處，應設置短加筋局部加強處理，以支承橋梁面板傳遞的附加荷載。短加筋的長度至少應超出橋梁面板端面以外0.5 m，處理深度應根據(jù)選用的筋材強度按內(nèi)部穩(wěn)定性設計要求確定且不小于5倍主加筋間距。短加筋間距(即次加筋間距)一般為主加筋間距的一半。

(3)注意構造要求及各部件之間的節(jié)點設計。

①橋梁面板安置于橋臺頂面的接觸面寬度(搭接寬度，對于跨度乙Ls≥7.5 m的單跨橋梁，bmin=0.75 m；對于跨度Ls<7.5 m的單跨橋梁，bmin=0.5 m。搭接區(qū)域與面層單元之間應預留一定的伸縮空間，用砌塊無粘接填塞，預留寬度(ab)至少應為20 cm。

②面層頂端距離橋梁面板底面應預留一定的凈空距離(de)，并填塞塑料泡沫 塊作為伸縮緩沖帶。凈空距離至少應滿足demin=max{0.1 m，0.02 Ha}。

③引道路基由土工織物返包式加筋，加筋間距亦不得大于30 cm。引道返包端面應與橋梁面板端面緊密銜接并平滑過渡，尤其應保證該端部填土的壓實性，以使接觸部位能盡量達到變形協(xié)調(diào)。引道另一端應延伸至切坡面以外一定距離，以覆蓋加筋土結(jié)構與原有坡體之間的交界，防止降雨入滲。

④坡腳防護層應使用堅硬、耐用、棱角或次棱角狀塊石漿砌碼放，不得含有機物、棄土、軟頁巖或黏土物質(zhì)等。防護層尺寸及其它防沖刷措施，結(jié)合實際工程的特點進行設計或調(diào)整。

2.2 橋臺結(jié)構設計限制條件與遵循原則

(1)限制條件

①橋臺結(jié)構中，加筋間距不得大于30 cm(原則性條件)，筋材極限抗拉強 度不得低于70 KN/m；橋臺結(jié)構』般適用于跨度不超過40 m的小型單跨橋梁工程，且橋臺高度一般不超過9 m；

②當橋梁跨度超過40 m時，橋臺容許承載力設計值不應超過200 KPa；加筋土橋臺的豎向應變達到0.5%或水平向應變達到1.0%，認為橋臺達 到正常使用功能極限狀態(tài)。

(2)遵循原則

①加筋土體視為物理力學性質(zhì)橫觀各向同性的復合材料(類似于鋼筋混凝土材料)，且具有結(jié)構自穩(wěn)能力；在加筋土復合體破壞前，筋材與填土應變協(xié)調(diào)；

②由于加筋土復合體具有自穩(wěn)能力，因此面板對橋臺的穩(wěn)定性作用不大，主 要起防護和美觀作用；

③面板砌塊與加筋材料之間通常采用摩擦連接；加筋土體側(cè)向土壓力較小，面板破壞通常表現(xiàn)為與筋材的連接破壞；在填土滿足要求的前提下，不單獨考慮筋材蠕變問題，筋材蠕變對結(jié)構物 長期穩(wěn)定性的影響在安全系數(shù)的冗余量中加以考慮。

3 內(nèi)部穩(wěn)定性分析

3.1 橋臺承載能力驗算

(1)通常應根據(jù)加筋復合體縮尺模型的載荷試驗結(jié)果進行確定，模型試驗用的材料應與實際工程應用的材料相同。根據(jù)模型試驗獲得的應力-應變關系曲線，取應變值達到5%時所對應的應力值為橋臺的極限承載力。對于有工程經(jīng)驗可以借鑒的橋臺結(jié)構即填料性質(zhì)、筋材性質(zhì)與分布方式、壓實方法等相同時，可按工程類比法直接參考已有的應力-應變關系曲線。

(2)當不具備試驗條件時，也可按下述經(jīng)驗公式估算橋臺的極限承載力。使用該公式的前提是填料必須滿足前述質(zhì)量控制要求。橋臺的容許極限承載力則為極限承載力除以一個安全系數(shù)(通常取3.5)確定。

3.2 橋臺變形驗算

(1)加筋橋臺的填料為粗顆粒土，其沉降大部分在施工過程中已完成。為有效地 減緩或消除“橋頭跳車”問題，橋臺的工后沉降應控制在0.5%的變形以內(nèi)。預計工后變形值可取應力-應變關系曲線中應力值的對應值。下臥層地基土的沉降量可依據(jù)《建筑地基基礎設計規(guī)范》(GB50007-2011)中的相關方法確定，該沉降量應控制在一定范圍內(nèi)，不得過大。

(2)側(cè)向變形的理論計算值根據(jù) “橋臺結(jié)構體積變化為零”的假設確定。假定豎 向變形為均勻分布、而側(cè)向變形按三角形分布，則側(cè)向變形的最大值為豎向變形 的2倍，因此最大側(cè)向變形值應控制在1%之內(nèi)。根據(jù)工程經(jīng)驗，最大的側(cè)向變形發(fā)生在距離橋臺頂面1/3Ha的高度位置。

3.3 筋材抗拉驗算

(1)根據(jù)加筋橋臺的受力分析，按最不利工況設計筋材承受的水平向拉力；筋材的容許抗拉強度則由極限抗拉強度除以一個安全系數(shù)(通常取3.5)確定；

(2)筋材承受的水平向拉力不得超過容許抗拉強度，同時不得超過筋材變形程度達2%時的容許變形強度；

(3)當不能滿足上述條件時，應換用強度更高的筋材或局部短加筋處理，局部處理深度即為原有筋材所受水平向拉力滿足上述要求時的深度。短加筋的強度應能滿足上述驗算要求。

3.4 整體穩(wěn)定性驗算

通常根據(jù)加筋土邊坡整體穩(wěn)定性分析理論，由計算軟件按圓孤滑動面法或楔形體滑動面法驗算，計算穩(wěn)定系數(shù)不得小于安全系數(shù)1.5。原型試驗表明，加筋土整體式橋臺具有良好的力學性能。

4 結(jié)束語

結(jié)構穩(wěn)定性驗算表明，該種橋臺能夠消除橋臺與連接路基之間的差異沉降，從而為避免多年來公路橋梁行業(yè)難以克服的橋臺跳車現(xiàn)象提供了可能。