大跨度公路橋梁中下部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要點(diǎn)之研究

金建鵬

摘 要：在我國公路橋梁建設(shè)中，大跨度橋梁的建設(shè)里程非常驚人。據(jù)此，為了進(jìn)一步推進(jìn)我國大跨度公路橋梁建設(shè)事業(yè)的健康發(fā)展，本文筆者結(jié)合甘肅××工程，探究大跨度公路橋梁下部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要點(diǎn)，即從樁基計(jì)算、橋墩選型兩個(gè)方面展開具體的討論。

關(guān)鍵詞：大跨度橋梁；樁基計(jì)算；橋墩選型；負(fù)摩阻力

中圖分類號(hào)：U448.14 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1004-7344（2018）21-0184-02

1 工程概況

2 樁基計(jì)算

依據(jù)JTGD63-2007的規(guī)定，若土層的濕陷系數(shù)≥0.015，則可認(rèn)定其為濕陷性黃土。在案例工程中，橋址土層的濕陷系數(shù)與非自重濕陷系數(shù)分別為0.021～0.085、0.015～0.022，則可判定該土層為濕陷性黃土，因此要求在樁基設(shè)計(jì)時(shí)考慮到負(fù)摩阻力的影響。

2.1 樁長計(jì)算

在黃土地區(qū)，樁長的確定首先要求算得忽略黃土濕陷時(shí)樁的長度，即在計(jì)算時(shí)不考慮負(fù)摩阻力的影響。依據(jù)JTGD63-2007，樁長的計(jì)算公式為：

其中：[Ra]（kN）為鉆（挖）孔灌注樁單樁軸向受壓容許承載力；u（m）為樁身周長；n為土層數(shù)量；qik（kPa）為樁側(cè)與li對(duì)應(yīng)土層的摩阻力標(biāo)準(zhǔn)值；li（m）為承臺(tái)局部沖刷線或底面以下土層的厚度；Ap（m2）為樁端截面面積；qr（kPa）為樁端土的容許承載力。

2.2 確定中性點(diǎn)位置

在實(shí)際工程中，計(jì)算負(fù)摩阻力的關(guān)鍵是確定中性點(diǎn)的位置。目前，中性點(diǎn)位置一般采用估算方法或依據(jù)試驗(yàn)得到的經(jīng)驗(yàn)值進(jìn)行確定，即：先假定中性點(diǎn)的位置，并算出相應(yīng)的負(fù)摩阻力，再加到樁的荷載中，并算出樁的彈性壓縮，而后采用分層總和法算出樁底土層與樁周土層的壓縮變形，并繪制樁身土層位移曲線與樁側(cè)土層下沉曲線，選取兩條曲線的交點(diǎn)作為中性點(diǎn)位置，最后通過比較計(jì)算值與假定值來進(jìn)行驗(yàn)算。通過分析試驗(yàn)結(jié)果，可結(jié)合經(jīng)驗(yàn)來估算負(fù)摩阻力深度h1（m），即：h1=0.77h2-0.80h2（h2為自重濕陷黃土層或軟弱壓縮層的厚度）。

2.3 軟粘土層負(fù)摩阻力強(qiáng)度計(jì)算

2.4 負(fù)摩阻力計(jì)算

關(guān)于樁身總的負(fù)摩阻力Pnf，其計(jì)算公式為：Pnf=fAnf，其中Anf=2πrh1（r為樁的截面半徑，m）。需要強(qiáng)調(diào)的是，由以上公式算得的Pnf值不應(yīng)比單樁樁周的下沉土重大。

2.5 驗(yàn)算單樁承載

關(guān)于單樁承載的驗(yàn)算，若將負(fù)摩阻力看作外荷載，則單樁容許承載力[P]的計(jì)算應(yīng)僅考慮正摩阻力，可描述為：

其中：P（kN）為樁頂?shù)妮S向荷載；PF（kN）為樁側(cè)的極限正摩阻力；PE（kN）為樁底的極限阻力。

2.6 負(fù)摩阻力的控制

鑒于負(fù)摩阻力會(huì)增加樁基的下沉量或引起不均勻沉降，則有效控制負(fù)摩阻力是保證橋梁結(jié)構(gòu)安全的重要手段，具體控制方法包括：

（1）對(duì)于預(yù)制混凝土樁與鋼樁，最好以涂層的方法來控制負(fù)摩阻力，即對(duì)插入濕陷性土層等軟弱土層的樁身涂抹軟瀝青土層。

（2）對(duì)于灌注樁，可在沉降地層插入預(yù)制混凝土樁段（直徑比鉆孔小5～10cm），并在樁段外圍填充高稠度的膨潤土泥漿進(jìn)行隔離；在泥漿護(hù)壁成孔時(shí)，可在下段混凝土澆注結(jié)束后先填充高稠度的膨潤土泥漿，再插入預(yù)制混凝土樁段；在干作業(yè)成樁時(shí)，可先在鉆孔沉降土層中放置雙層筒形塑料薄膜，再澆筑混凝土，以使塑料薄膜形成隔離層并可在孔壁與樁身間隙自由滑動(dòng)。

3 橋墩選型

由于案例工程的跨度大且所處地區(qū)的地質(zhì)環(huán)境復(fù)雜，則在橋墩選型上可能涉及多種型式，即：

3.1 柱式橋墩

在甘肅境內(nèi)高速公路橋梁中，柱式橋墩的使用頻度非常高，因其具有施工工期短、施工難度低、結(jié)構(gòu)輕盈、自重輕、受力明確及外形美觀等優(yōu)點(diǎn)。在實(shí)際應(yīng)用中，橋梁高度<15m、跨徑<30m及橋址地形平緩的橋墩一般選擇雙柱或是三柱式橋墩。對(duì)于案例工程而言，1～4#橋墩都為柱式橋墩，樁、柱徑分別為1.8m和1.6m；蓋梁高度為1.5m。

3.2 T型薄壁墩

當(dāng)橋梁的高度>15m、跨徑30m且依山而建時(shí)，其橋墩一般選擇T型薄壁墩，從而克服了柱式墩后期耐久性差、剛度低及景觀效應(yīng)差的缺點(diǎn)。在案例工程中，10～24#高墩全部選擇了T型薄壁墩（見圖1），薄壁厚度、寬度分別為1.8m和4.7m；蓋梁高度為2.3m。

研究表明，T型薄壁墩樁基的受力非常明確，即在樁底嵌入基巖后，可與承臺(tái)組成剛性體，然后再與蓋梁、墩身連接，從而改善了橋梁下部結(jié)構(gòu)的受力狀態(tài)；嵌巖樁的使用可消除濕陷性黃土對(duì)基礎(chǔ)、承臺(tái)的影響；分幅安排橋墩，可減小橋墩的上部荷載和蓋梁尺寸，且不用設(shè)置預(yù)應(yīng)力蓋梁，同時(shí)T型薄壁墩可與同類橋墩同步施工，從而縮短了施工工期。

3.3 大跨徑門式墩

在橋梁的第八、九跨處存在線路交叉現(xiàn)象。對(duì)此，若橋墩選擇T型薄壁墩，則橋墩會(huì)擠占另一線路的建設(shè)用地，而若選擇雙柱橋墩，則會(huì)影響另一線路的改線和布設(shè)。鑒于此，實(shí)地勘測(cè)決定選擇大跨徑門式墩。其中，為了滿足跨越的實(shí)際需要，墩間距設(shè)計(jì)為18m；橋墩蓋梁設(shè)計(jì)為變截面預(yù)應(yīng)力大蓋梁；預(yù)應(yīng)力鋼束的使用優(yōu)化了蓋梁的高度，其最小值為2.3m，從而保證了橋墩外形的美觀、輕盈。與其他橋墩型式相比，大跨徑門式墩的施工工藝非常復(fù)雜，且造價(jià)較高，但面對(duì)道路交叉的特殊狀況，大跨徑門式墩無疑是最佳的選擇。

3.4 全幅雙柱大挑橋墩

為了減少橋墩施工土方的開挖量，案例工程的5/6/7/9#橋墩因橋梁較高、地形變化劇烈而設(shè)計(jì)為全幅雙柱大挑橋墩，橋墩長度、厚度分別為2.7m和1.8m；蓋梁高度為2.7m。研究表明，與T型薄壁墩相比，全幅雙柱大挑橋墩減少了水平方向視野的遮擋范圍，從而增加了交叉線路的行車視距。

4 結(jié) 語

在大跨徑公路橋梁中，下部結(jié)構(gòu)的安全使用與樁基計(jì)算、橋墩選型息息相關(guān)。因此，為了保證大跨徑公路橋梁下部結(jié)構(gòu)的安全，要求明確下列內(nèi)容：

（1）在濕陷性黃土分布區(qū)，橋梁樁基會(huì)在浸水后產(chǎn)生一個(gè)負(fù)摩阻力，從而增加了樁基施工的安全隱患。為此，在大跨度公路橋梁樁基計(jì)算時(shí)，應(yīng)充分考慮到負(fù)摩阻力的影響。

（2）對(duì)于橋址地質(zhì)環(huán)境復(fù)雜的工程，要求從道路的選線、布孔及與山谷、河道、其他線路交叉等方面綜合考慮橋墩的選型，從而保證橋墩的選型合理及橋梁工程下部結(jié)構(gòu)的安全。

參考文獻(xiàn)

[1]楊俊寧.大跨度橋梁抗震設(shè)計(jì)方法及抗震加固技術(shù)[J].四川水泥，2017（12）：54.

[2]楊福欣.大跨度橋梁抗震設(shè)計(jì)實(shí)用方法[J].建材與裝飾，2017（13）：246～247.

[3]董 聰，侯文葳，劉建華.大跨度橋梁的造型設(shè)計(jì)[J].中國鐵道科學(xué)，2002（3）：85～92.

[4]葉愛君，胡世德，范立礎(chǔ).大跨度橋梁抗震設(shè)計(jì)實(shí)用方法[J].土木工程學(xué)報(bào)，2001（1）：1～6.

[5]史春娟，王建強(qiáng)，彭澤友.導(dǎo)流墻對(duì)大跨度橋梁防撞設(shè)計(jì)的影響研究[J].武漢理工大學(xué)學(xué)報(bào)（交通科學(xué)與工程版），2017（5）：787～791.

[6]吳 鵬，吳燕蘭.大跨度橋梁設(shè)計(jì)要點(diǎn)與優(yōu)化策略[J].交通世界（中旬刊），2017（11）：96～97.

收稿日期：2018-6-25