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桥梁下部结构设计探讨


2010年 第 5期 (总第 195期 )

黑龙江交通科技 HE ILONG JI NG J I OTONG KEJI A A

No 5, 2010 . ( S u No 195) m .

桥梁下部结构设计探讨
孙力虹 (张家口城投路桥工程有限公司 ) 摘 要: 桥梁下部结构 设计是否得当, 对公路工程造价、 质量、 工期及 使用影响 很大, 本文就 目前软 土地基 桥

梁下部结构设计中的几个主要问题结合工程实例进行讨论: 型式选用; 内力 计算; 结构配筋; 施工中技术问 题 的处理和前期规划影响。 关键词: 桥梁; 下部结构; 设计 中图分类号: U 442 文献标识码: C 文章编号: 1008- 3383( 2010) 05- 0085- 02 用柔性墩理论中的集成刚度法, 将桥面汽车制动力及梁体混 凝土收缩、 徐变、 温差、 地震产生的水平力在 全联墩台进行分 配; 最后根据不同组 合的墩 桩顶水平 力、 弯距及 对应桩 顶竖 向力进行桩基各截面内力计算。 2. 3 桥台内力计算 除了桥墩内力计算项目外, 桥台竖向荷载还要增加土压 力、 负摩阻力、 搭板自重等 项; 水平荷载 要增 加土 压力, 其影 响复杂, 需注意以下几点 。 ( 1)钢筋混凝土薄壁台土压力计算 软土地基上带基桩的 薄壁台 土压力计 算要 按承台 底面 以下一定深度考虑。 ( 2)埋置式桥台土压力计算 土压力一般是以填土前原地面或冲刷线起算的, 对较差 土质, 需根据实际土 质验算, 确定 是否考 虑地面 以下台 后深 层土对桩水平压力的 影响。台后 应选用 透水、 度高、 强 稳定 性好的材料, 否则渗水后摩擦角及 粘结力下降, 自重增 加, 台 实际受土压力大于设计值, 使桥台失稳。 ( 3)搭板对土压力影响 设搭板桥台还应考虑 搭板作 用后活载 土压 力改变 对桥 台有利的影响。 ( 4)桥头路基沉降、 滑动验算 第一, 路基沉降过大 : 桥 头跳 车, 台 背和 梁端 过早损 坏; 加大竖向土压力及负摩阻力, 桥台盖梁开裂及村庄琪不均匀 下沉: 路面开 裂及 路 基渗 水, 促使 路 基失 稳。第 二, 路 基滑 动: 导致桥台严重破坏此 时桥台所承受水平土压力已远大于 正常计算, 对于桥头 路基加 宽或处于 改河、 填沟 段或路 基外 不远有沟、 河的, 更要注 意深层滑 动验 算。上述 两项如 不满 足要求, 须采用切实可靠 措施进行处理。 3 下部结构配筋 下部结构配筋首先涉及配筋方法的选用问题, 故在该项 中对配筋方法、 盖梁配筋、 桩筋设计、 桥台配 筋等注意事项分 别进行讨论。 3. 1 盖梁配筋注意事项 ( 1)等截面连续梁可以用极 限法, 但负弯 矩处最 好留有 富余。 ( 2)变截面连续盖梁只能使用容许应力法。 ( 3)盖梁的抗弯 配筋 , 两种 方法 均不 控制 设计, 主 要由 裂缝宽控制。 ( 4)抗剪设计, 两种方法都 对混凝 土与箍 筋承担 剪力比 例作了明确规定, 这 样梁体 往往需要 设置大 量斜 剪力筋, 给

1 桥梁下部结构型式选用 1. 1 钢筋混凝土薄壁墩台 当填土不高, 河床不宽 时, 为 减少 桥长、 省造价, 不 让 节 台前锥坡压缩河床, 可采用靠河较近墩台身直立的桩基 薄壁 墩台, 墩台下面有条件可 设支撑 梁, 整 个桥梁 构成框 架结 构 系统, 并借助两端台后的被动土压力来保持稳定。 1. 2 柔性排架式墩台 我省有部分多孔 小跨径老桥采用此型式, 墩台基桩 多为 预制打入。现在我省高速公路 设计中已较少采用。 1. 3 埋置式桩柱式桥台 该型式桥台设于 岸上, 台身埋 入锥形 护坡 中, 有 单排 桩 柱式与双排桩肋扳台 两种。 1. 4 柱式桥墩 该型式桥墩适应 性广、 施工方 便, 为 软基 中最好 的选 择 型式。分为 ( 1) 带 盖梁 单 排桩 柱 式桥 墩, 一般 用 于简 支 梁 桥; ( 2)不带盖梁 独柱式 桥墩 或排 柱式 桥墩, 用 于连 续现 浇 箱梁。 选用墩台应注意 以下两点: ( 1)为减少软基位移对结 构的影 响, 尽可能减 少超静 定 个数, 适当加大桩距, 减少桩 根数。以上 处理 还降低 工程 造 价。 ( 2)当桩底 接近基 岩 表面 时, 承载 力接 近设 计要 求, 就 没有必要再伸入基岩 以求更加保险; 若承载力不够而计 算桩 长过长时, 可把桩径加大 再算, 尽可能 选用较 适当的 桩长 以 降低了施工难度。 2 下部结构内力计算 为减少软土地基 位移对超静定结构的影响, 上部工 程多 采用标准梁的先简支 后连续构造, 这样整个工程的计算 工作 主要集中于下部结构 , 故下部结构内力计算方法的选用 是否 正确; 考虑因素是否全面, 直接关系到工 程安全, 为此作 以下 几点分析。 2. 1 盖梁内力计算 墩台设计手册 中 算例 对墩 台内 力按 下列 方式 计算; 当荷载对称布置时, 按杠杆法计算, 当荷 载偏心布置, 按 偏心 压力法计算, 两种布载状况的内力取大值控制设计。但 这种 算法仅为两种布载状 况下的内力计算, 不是各截面最不 利状 态的内力计算, 所算内力存在着不安全因素。较适宜做 法应 先得出各截内力影响 线, 再对应影响线用杠杆法及偏心 法进 行最不利横向布载, 求出各截面内力最大、 最小值, 然后 根据 内力包络图进行结构 配筋。 2. 2 桥墩内力计算 墩桩顶的最大竖 向力计算 同上; 墩桩 顶水 平力计 算, 运
收稿日期: 2010- 03- 11 作者简介: 孙力虹 ( 1972- ) , 男, 工程师, 研究方向: 路桥。

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第 5期

梁内带来困难, 配筋时可 以通过 多设箍 筋, 让 混凝土 号箍 筋 承担更多的比例, 使配筋自由度大一点。 ( 5)盖梁配筋要 注意 ? 强剪弱弯 #, 大部分 梁体破坏 是由 剪力不足造成的, 对抗弯 筋满足 要求即 可, 而 抗筋一 般留 有 富余. ( 6)施工阶段应 力计算多用容许应力法。 3. 2 桩配筋设计注意事项 目前均采用极限 法进行桩体抗弯筋设计, 这在规范 中已 有详细公式。对桩体抗裂还没 有明确要求。 对于基桩各截面 的配筋, 从理 论上讲, 应 根据桩 内弯 矩 包络图进行计算布置。通常是根据最大 弯矩处进行配筋, 从 桩顶一直伸到最大弯矩一半处 , 下一定锚固长位置。减 少一 半配 筋, 再一直伸 至弯矩 为零处, 下 一定锚 固长位置, 再 下 为素混凝土段。对于软基, 桩主筋最好穿过软土层。对 于摩 擦灌注桩, 无论从桩体受 力来看, 还是 从节省 工程费 用及 降 低施工难度来看, 认为前种更合理: ? 钢 筋笼少、 主筋短 节省 大量钢筋 % 减少 底部 断桩 处理 的难 度, 减少 扁担 桩 发生 机 率; 浇桩时, 开始几米发生卡管等事故机 率高, 而采用第 一种 方式配筋, 底部断桩后, 钢筋笼 拔出后, 即可原孔再钻。 3. 3 桥台配筋注意事项 ( 1)台后顺 桥向水 平土 压力 对盖 梁的 水平 弯矩 是造 成 盖梁跨带附近侧面竖 向裂缝的主要原因, 而侧水平土压 力易 造成耳墙根部弯裂。 ( 2)桥台在土压 力、 恒载、 活载、 梁反 推力作用 下将有 很 大的扭矩, 使盖梁发生扭剪破坏。 ( 3)桥头路基下 沉致使背墙受活载冲击力而过早破坏。 4 施工中下部结构技术问题的处理 施工和设计 是相 互关 联的, ? 怎么 设计, 就怎 么施 工 #, 反过来现有的施工技 术水平也决定着设计, 设计者应保 证设 计方案的合理性、 可实施 性, 对 其提供 的施工 方案安 全性 应 进行验算, 施工方案的工艺、 工序在设计 文件中必须明确, 否 则对质量、 安全有不良影响。施工中出现的问题有的也 要设 计来解决。 ( 上接第 84页 ) 在传统桥面铺装 层中, 沥青混凝土柔性层直接铺在 刚性 层上, 致使沥青混凝土层内产生应力集中, 发生剪切破坏, 当 设置级配碎石层后, 将使该层 内受力 趋于连 续 (级 配碎石 层 模量 500~ 800 M Pa 沥青混凝土层模量 1 500 M P a左右 ), 从 , 而有效缓解在沥青混 凝土层中的剪应力集中, 同时级配 碎石 层为石 - 石接触, 形成骨 架嵌挤 结构, 因此较 沥青混 凝土 层 有较大的内、 外摩擦角, 使级配 碎石层 具有良 好的抗 剪强 度 和层间摩阻力, 从而很好的连结沥青混凝土柔性层和钢 筋混 凝土铺装刚性层。 3 新结构形式的可行性 通过分析奥得利用弹性层状体系理论计算的多种不同路 面结构中的应力和应变数据, 得出在未处置级配碎石层下, 采用 刚度较大的下承层,可使未处置层底面不受拉应变,从而使未处 置层在抵抗永久变形方面是安全的。连续梁体和钢筋混凝土铺 装层为级配碎石层提供了稳定和足够大的纵横向刚度, 完全可 以达到未处治层对下承层的要求。 4 新结构形式的技术指标 ( 1)柔性层 (级配碎石层、 沥青混凝土 铺装层 )的承载力 通过对美国 法悉 尼亚 州 26 种相 似路 面 的统 计 分析 表 明, 级配碎石层的 级配, 特 别是 通过 0 075 mm 筛孔 的颗 粒 . 百分率对总体弯沉值 和扩展性 (指 应力扩散 能力 ) 有主要 影 响, 其最优拟和多元回归方程是 DEFL = 0. 004 4( PP 200) - 1. 8 & 10- 6 (E s)

4. 1 桩长变更 地质钻探资料仅反映局部地质情况, 加之钻探描述与实 际桩孔地质有所出入; 因此, 桩底 碰到大 孤石或 岩面难 以钻 进或地质较好时, 应允许对桩长进 行变更, 但要求设计 人员、 监理人员根据实际情况 判断, 设计者 既不能 轻易 变更桩 长, 又要避免过于保守, 在满 足承载力情况下进行桩长调整。 4. 2 沉淀层厚度指标选用分析 ( 1)不要对沉淀层要 求的 太小, 施 工中 难以 控制。 ( 2) 清底系数 m 值对桩长影响较大, 以 0. 3~ 0 4 d为宜, 个别桩 . 底沉淀层厚度超标的, 浇 筑前可用反循环清孔法进行清孔。 4. 3 断桩处理 桩底设素混凝土段对底层断桩处理有很大帮助, 对于上 层断桩, 可用挖孔接桩法处理, 对于中层断桩费时费事, 应重 点控制。 4. 4 横系梁、 承台功用讨论 横系梁的主要功能是为了联结墩柱时调偏, 同时增大桩 的横向整体性, 桥墩 不高时, 可以 取消; 较高 时, 也可将 系梁 上提, 减少开挖及防护费用和困难 。承台的 主要作用是联结 群桩, 对于一些旧桥拆除 后遇老桥桩, 承台型式可灵活选用。 5 前期工作规划科学、 方案合理 桥梁前期方案设计, 对节省 工程费 用, 保证 工程质 量很 重要。主管部门应给设 计单位一 个合 理的设 计周 期。但很 多时候任务紧要求急, 前期工作不 细, 方案没有深度, 施工图 基本搞好了, 又重新 完善方 案, 降 低设计 效率且 设计连 贯性 不好也容易出问题。如方 案做得 全面细 致, 经济 合理, 就可 以得到主管部门的认同而较少变动。 总之设计者要善于结 合工程 实际分 析问 题、 解决问 题, 并坚持在工程设计中推陈出新, 以不断提高下部工程设计质 量和使用效果。
参考文献: [ 1] [ 2] 桥梁工程铁道部大桥局 [ M ] 中国铁道出版社 公路钢筋混凝 土及预 应力钢 筋混凝 土桥涵 设计 规范 ( JT J023 - 85 ) [M ] 人民交通出版社

式中: D EFL 为弯沉 值。以 in 计; PP 200 为 级配 碎石 中 通过 0. 075 mm 筛孔 的颗粒 百分 率; E s 为级 配碎石 下承 层模 量, 以 1 b / in2 计。 通过上式可以看出, 弯沉值与 通过 0. 075 mm 筛 孔的颗 粒百分率成正比, 与 下承层 模量成反 比, 根据该 州的调 查结 论, 集料中小于 0. 075 mm 的颗粒设计含量在 7% 以内 时, 可 获得较大的强度和合适的排水, 并可预期在不影响强度和排 水性的前提下, 适当减少 通过 0. 075 mm 筛孔 的颗粒 含量会 得到更好的路用性能。 ( 2)厚度: 级配碎石层的厚度 应不大于 10 c 因其过厚 m, 会造成上下硬、 中间 软的夹 馅现象, 使下 承层的 强度得 不到 充分发挥。 ( 3)集料和级配: 该层级配 碎石在 新结构 形式中 起到排 水和应力消减的双重作 用, 因此技术 要求很 高, 故在设 计中 应选用优质的集料和优良的 级配 ( 可参见 JT J034 - 2000 公 路路面基层施工技术规范 有关级配 碎石的规定 )。 5 结 语 对钢筋混凝土桥面铺 装层的 早期病害 及其 成因进 行了 分析, 提出了采用级配碎 石过渡层来解决桥面铺装早期病害 的构想, 并作了适用 性分析, 希望 能对桥 面铺装 层的发 展有 所帮助。
参考文献: [ 1] 沙庆林 高等级公路半刚性基层沥青路面 [ M ] 北京: 人民交 通出版社

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