公路橋梁高橋臺(tái)適用性分析

段繼祖

1 概述

近年來,我們設(shè)計(jì)的橋臺(tái)高度多控制在15 m以內(nèi),對(duì)于橋臺(tái)高度在15 m以上的橋梁大都以加孔的方式來降低橋臺(tái)的高度。但由于受路線縱坡的限制,以加孔方式來降低橋臺(tái)高度會(huì)使工程造價(jià)增加很多。實(shí)際中還有墊高地面、設(shè)高樁承臺(tái)及設(shè)加筋土擋墻等方法來解決高橋臺(tái),但墊高地面在施工中容易出現(xiàn)土的壓實(shí)度不夠,而且施工工期一般比較緊張,往往不等自然沉降完畢就進(jìn)行以后的施工。工程完工后,隨著臺(tái)后填土進(jìn)一步沉降,帶動(dòng)了橋臺(tái)下墊高的土層,則橋臺(tái)下土層容易產(chǎn)生負(fù)摩阻力,土層也容易產(chǎn)生空洞,如何解決這一問題也是較為困難的;設(shè)高樁承臺(tái)對(duì)橋臺(tái)下填土要求不高,但是對(duì)樁基礎(chǔ)的設(shè)計(jì)提出較高的要求,如何解決好設(shè)計(jì)及施工時(shí)的難題,現(xiàn)在還存在一定困難;對(duì)于加筋土擋墻方案有很多人提出,但擋墻的高度也要控制在15 m以內(nèi),當(dāng)高度大于15 m時(shí),加筋擋墻容易產(chǎn)生裂縫,其穩(wěn)定性也值得商榷。

2 橋梁高橋臺(tái)結(jié)構(gòu)計(jì)算分析

2.1 橋臺(tái)結(jié)構(gòu)計(jì)算簡介

根據(jù)交通部頒發(fā)的JTG D60-2004公路橋涵設(shè)計(jì)通用規(guī)范規(guī)定:埋置式橋臺(tái)或岸墩,當(dāng)驗(yàn)算截面強(qiáng)度和穩(wěn)定時(shí),可考慮來自橋臺(tái)后填土及橋臺(tái)溜坡的兩方土側(cè)壓力。

梁橋的墩臺(tái)驗(yàn)算內(nèi)容有強(qiáng)度驗(yàn)算、偏心驗(yàn)算和穩(wěn)定驗(yàn)算。由于橋臺(tái)為透空式橋臺(tái),采用圓弧滑動(dòng)法驗(yàn)算穩(wěn)定性,填土及橋臺(tái)的整體穩(wěn)定是可以的。因此本文主要就橋臺(tái)強(qiáng)度及偏心來進(jìn)行計(jì)算分析,得到橋臺(tái)實(shí)際的受力特點(diǎn),找出結(jié)構(gòu)最不利的受力位置及其大小來進(jìn)行配筋。

根據(jù)規(guī)范要求,永久作用考慮結(jié)構(gòu)物的自重、土的自重及其引起的土側(cè)壓力、混凝土收縮及徐變的影響力;可變作用有車輛荷載、汽車沖擊力、汽車引起的土側(cè)壓力、人群荷載、平板掛車或履帶車及其引起的土側(cè)壓力;其他可變作用考慮支座摩阻力。

2.2 橋臺(tái)結(jié)構(gòu)計(jì)算

1)臺(tái)后土壓力計(jì)算公式,其計(jì)算圖式見圖1。

其中,μ為主動(dòng)土壓力系數(shù)。

2)臺(tái)前溜坡土壓力的計(jì)算公式,其計(jì)算圖式見圖2。

埋置式橋臺(tái),臺(tái)前溜坡對(duì)橋臺(tái)的側(cè)向壓力一般也可按主動(dòng)土壓力計(jì)算,見規(guī)范JTJ 021-89附1.1。

其中,φ為土的內(nèi)摩擦角;α為臺(tái)肋前緣與豎直線的交角;δ為臺(tái)肋前緣與土的摩擦角;β為臺(tái)前溜坡與水平線交角;E的豎向分力:Ev=E×sin(δ+α),E 的水平分力:Em=E×cos(δ+α)。

3)肋板式橋臺(tái)土壓力的計(jì)算寬度。肋板式橋臺(tái)每根肋板所受到土壓力計(jì)算寬度應(yīng)大于實(shí)際肋板的寬度;增大多少現(xiàn)還缺少足夠的理論依據(jù)和實(shí)際數(shù)據(jù),公路橋梁設(shè)計(jì)規(guī)范規(guī)定:當(dāng)樁柱間凈距大于樁柱直徑或?qū)挾葧r(shí),應(yīng)根據(jù)樁柱的直徑或?qū)挾瓤紤]樁柱間空隙的折減,如果樁柱直徑不大于1∶1,作用在每一樁柱的土壓力計(jì)算寬度為:

4)車輛荷載引起的土側(cè)壓力。車輛荷載引起的土側(cè)壓力可換算成等代均布土層厚度,按橋臺(tái)橫橋向全寬在破棱體上均布進(jìn)行計(jì)算。

汽車的等代土層厚度為:

其中,∑G為破棱體平面內(nèi)布設(shè)的活載軸重;Bl0為破棱體平面面積;B為破棱體寬度;l0為破棱體長度。

B,l0可按下式計(jì)算,先求破棱體破裂面與豎直線夾角“θ”正切值,按規(guī)范JTJ 021-89公式(附1.4)進(jìn)行計(jì)算。

5)荷載組合:橋臺(tái)計(jì)算應(yīng)根據(jù)各種可能出現(xiàn)的情況進(jìn)行荷載的最不利組合,而車輛荷載可按以下三種情況布置:a.車輛荷載僅布置在臺(tái)后填土的破棱體上(見圖3a));b.車輛荷載僅布置在橋跨結(jié)構(gòu)上(見圖3b));c.車輛荷載同時(shí)布置在橋跨結(jié)構(gòu)和破棱體上(見圖3c))。

此外,在個(gè)別情況下,還要考慮在架橋之前,臺(tái)后已填土完畢并在其上布置有施工荷載的荷載組合情形。這里要指出的是,臺(tái)后的土側(cè)壓力,一般按主動(dòng)土壓力計(jì)算,其大小與土的壓實(shí)程度有關(guān)。因此,在計(jì)算橋臺(tái)前端的最大應(yīng)力,向橋孔一側(cè)的偏心和向橋孔方向的傾覆與滑動(dòng)時(shí),按臺(tái)后填土尚未壓實(shí)考慮;當(dāng)計(jì)算橋臺(tái)后端的最大應(yīng)力,向路堤一側(cè)的偏心和路堤方向的傾覆與滑動(dòng)時(shí),則按臺(tái)后填土已經(jīng)壓實(shí)考慮。

6)橋梁上部結(jié)構(gòu)荷載的簡化及臺(tái)身計(jì)算:

a.臺(tái)身的平面簡化計(jì)算。根據(jù)1985年出版的公路設(shè)計(jì)手冊《墩臺(tái)和基礎(chǔ)》中提到:對(duì)于肋板式橋臺(tái),臺(tái)身需要進(jìn)行頂截面及底截面的驗(yàn)算。b.關(guān)于臺(tái)身的配筋計(jì)算的說明。臺(tái)身頂截面及底截面的驗(yàn)算按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)范計(jì)算。臺(tái)身在任何荷載組合下,均為偏心受壓,故最小配筋率要求符合規(guī)范規(guī)定。

3 結(jié)語

通過上述的計(jì)算與分析,從橋臺(tái)結(jié)構(gòu)上可以通過選擇合適的橋臺(tái)類型達(dá)到使用高橋臺(tái)的目的。當(dāng)橋臺(tái)的高度要求較高時(shí),肋板式橋臺(tái)因其良好的受力特性成為首選;當(dāng)基礎(chǔ)為普通土?xí)r,可以先進(jìn)行一定高度的路基填土再進(jìn)行肋板臺(tái)的施工,以免樁長過長;當(dāng)基礎(chǔ)為巖石時(shí),可以采用擴(kuò)大基礎(chǔ)和肋板式橋臺(tái)。

[1]黃 荻,李 中.公路橋梁高墩臺(tái)施工方法及控制措施[J].山西建筑,2009,35(4):332-333.