某高速公路大橋橋梁中分帶綠化填土對(duì)護(hù)欄安全性影響設(shè)計(jì)

郭紀(jì)康

（廣東省高速公路有限公司）

1 工程背景

某高速公路特大橋、大橋及中橋橋梁中央分隔帶施工圖設(shè)計(jì)采用鋼筋混凝土防撞護(hù)欄和植樹綠化的方案。內(nèi)側(cè)護(hù)欄采用SAm 級(jí)F 型墻式防撞護(hù)欄，護(hù)欄與主梁設(shè)預(yù)埋鋼筋澆筑為一體，中分帶護(hù)欄凈距為50cm，標(biāo)準(zhǔn)小箱梁段內(nèi)護(hù)欄之間使用18cm 厚的碎石+不大于60cm厚的耕植土進(jìn)行填充，中分帶標(biāo)準(zhǔn)斷面布置圖如圖1。

圖1 中央綠化帶立面布置(小箱梁)

結(jié)合已通車橋梁調(diào)查反饋信息，橋梁中分帶回填土在長(zhǎng)期車輛荷載振動(dòng)下會(huì)被壓密，對(duì)橋梁中分帶護(hù)欄有擠壓作用，可能使護(hù)欄產(chǎn)生外傾。針對(duì)中分帶內(nèi)耕植土的土壓力對(duì)護(hù)欄的安全性影響設(shè)計(jì)進(jìn)行核查。

2 計(jì)算內(nèi)容

2.1 內(nèi)側(cè)護(hù)欄構(gòu)造及鋼筋布置

圖2

如圖2，護(hù)欄采用C35 混凝土，在受土壓力側(cè)鋼筋設(shè)計(jì)有N2、N5 鋼筋（HRB400），N5 鋼筋直徑為φ14，鋼筋間距10cm；N2 鋼筋直徑為φ10，鋼筋間距10cm；鋼筋保護(hù)層厚度為5cm。

2.2 土壓力計(jì)算

依據(jù)《公路橋涵設(shè)計(jì)通用規(guī)范》（JTG D60-2015）計(jì)算中分帶內(nèi)填土的靜土壓力。

取單位長(zhǎng)護(hù)欄分兩種工況計(jì)算土壓力：

工況一：綠化帶內(nèi)填土為天然狀態(tài)，護(hù)欄僅受土壓力作用；

工況二：雨季最不利狀態(tài)，中分帶內(nèi)滿水，護(hù)欄受土壓力和水壓力作用。

⑴工況一：土壓力作用時(shí)的力學(xué)簡(jiǎn)圖如圖3。

圖3

計(jì)算時(shí)將碎石層厚度納入土壓力計(jì)算范圍，計(jì)算填土高度采用0.78m，填土容重取20kN/m3，土壓力系數(shù)取0.65，計(jì)算得土壓力的合力Ej 為：

Ej=0.5×0.65×20×0.78×0.78=3.955kN

靜土壓力作用于護(hù)欄根部的彎矩Mj 為：

Mj=3.955×0.39=1.54kN.m

⑵工況二：土壓力、水壓力作用時(shí)的力學(xué)簡(jiǎn)圖如圖4。

滿水狀態(tài)護(hù)欄同時(shí)受土壓力、水壓力，土壓力計(jì)算時(shí)水中土的容重取浮容重11kN/m3，計(jì)算得土壓力的合力Ej′為：

圖4

Ej′=0.5×0.65×11×0.78×0.78=2.175kN

對(duì)護(hù)欄根部產(chǎn)生的彎矩為：

Mj=2.175×0.39=0.848kN.m

計(jì)算得水壓力的合力Pw 為：

Pw=0.5×10×1.05×1.05=5.51kN

對(duì)護(hù)欄根部產(chǎn)生的彎矩為：

Mw=5.51×0.48=2.64kN.m

工況二護(hù)欄根部彎矩合計(jì)為：

M=2.64+0.848=3.49kN.m

工況二為驗(yàn)算控制工況，選取該工況計(jì)算彎矩設(shè)計(jì)值Md，土側(cè)壓力永久作用分項(xiàng)系數(shù)為1.4，車輛荷載振動(dòng)對(duì)土壓力提高系數(shù)按1.5 考慮，彎矩設(shè)計(jì)值Md=1.4×1.5×3.49=7.33kN.m。

2.3 護(hù)欄承載能力驗(yàn)算

依據(jù)《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》（JTG 3362-2018）5.2.2 條計(jì)算護(hù)欄根部截面承受最大受彎承載力容許值。

圖5

只計(jì)入N2 鋼筋的作用，截面受壓區(qū)高度：

根部截面承受最大受彎承載力容許值：

根據(jù)計(jì)算結(jié)果，護(hù)欄在綠化帶填土的土壓力作用下截面承載力驗(yàn)算滿足要求。

2.4 護(hù)欄位移分析

建立護(hù)欄局部實(shí)體模型，分析在土壓力作用下護(hù)欄的位移值，取2m 長(zhǎng)的護(hù)欄，模型中考慮小箱梁翼緣板懸臂部分，在小箱梁腹板處約束，實(shí)體模型如圖6。

圖6

按工況二考慮土壓力和水壓力的作用如圖7。

圖7

在工況二荷載作用下，護(hù)欄的位移變形如圖8。

圖8

根據(jù)位移變形計(jì)算結(jié)果，護(hù)欄最大位移發(fā)生在護(hù)欄頂部，最大位移量為0.1mm。

3 結(jié)論

⑴在橋梁中分帶內(nèi)填土產(chǎn)生的土壓力荷載作用下，內(nèi)護(hù)欄截面承載能力驗(yàn)算滿足要求。

⑵在橋梁中分帶內(nèi)填土產(chǎn)生的土壓力荷載作用下，內(nèi)護(hù)欄的最大位移值為0.1mm，不會(huì)因耕植土的土壓力發(fā)生外傾。