公路橋梁高橋臺適用性分析

段繼祖

1 概述

近年來,我們設計的橋臺高度多控制在15 m以內,對于橋臺高度在15 m以上的橋梁大都以加孔的方式來降低橋臺的高度。但由于受路線縱坡的限制,以加孔方式來降低橋臺高度會使工程造價增加很多。實際中還有墊高地面、設高樁承臺及設加筋土擋墻等方法來解決高橋臺,但墊高地面在施工中容易出現土的壓實度不夠,而且施工工期一般比較緊張,往往不等自然沉降完畢就進行以后的施工。工程完工后,隨著臺后填土進一步沉降,帶動了橋臺下墊高的土層,則橋臺下土層容易產生負摩阻力,土層也容易產生空洞,如何解決這一問題也是較為困難的;設高樁承臺對橋臺下填土要求不高,但是對樁基礎的設計提出較高的要求,如何解決好設計及施工時的難題,現在還存在一定困難;對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,當高度大于15 m時,加筋擋墻容易產生裂縫,其穩定性也值得商榷。

2 橋梁高橋臺結構計算分析

2.1 橋臺結構計算簡介

根據交通部頒發的JTG D60-2004公路橋涵設計通用規范規定:埋置式橋臺或岸墩,當驗算截面強度和穩定時,可考慮來自橋臺后填土及橋臺溜坡的兩方土側壓力。

梁橋的墩臺驗算內容有強度驗算、偏心驗算和穩定驗算。由于橋臺為透空式橋臺,采用圓弧滑動法驗算穩定性,填土及橋臺的整體穩定是可以的。因此本文主要就橋臺強度及偏心來進行計算分析,得到橋臺實際的受力特點,找出結構最不利的受力位置及其大小來進行配筋。

根據規范要求,永久作用考慮結構物的自重、土的自重及其引起的土側壓力、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、汽車引起的土側壓力、人群荷載、平板掛車或履帶車及其引起的土側壓力;其他可變作用考慮支座摩阻力。

2.2 橋臺結構計算

1)臺后土壓力計算公式,其計算圖式見圖1。

其中,μ為主動土壓力系數。

2)臺前溜坡土壓力的計算公式,其計算圖式見圖2。

埋置式橋臺,臺前溜坡對橋臺的側向壓力一般也可按主動土壓力計算,見規范JTJ 021-89附1.1。

其中,φ為土的內摩擦角;α為臺肋前緣與豎直線的交角;δ為臺肋前緣與土的摩擦角;β為臺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)肋板式橋臺土壓力的計算寬度。肋板式橋臺每根肋板所受到土壓力計算寬度應大于實際肋板的寬度;增大多少現還缺少足夠的理論依據和實際數據,公路橋梁設計規范規定:當樁柱間凈距大于樁柱直徑或寬度時,應根據樁柱的直徑或寬度考慮樁柱間空隙的折減,如果樁柱直徑不大于1∶1,作用在每一樁柱的土壓力計算寬度為:

4)車輛荷載引起的土側壓力。車輛荷載引起的土側壓力可換算成等代均布土層厚度,按橋臺橫橋向全寬在破棱體上均布進行計算。

汽車的等代土層厚度為:

其中,∑G為破棱體平面內布設的活載軸重;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可按下式計算,先求破棱體破裂面與豎直線夾角“θ”正切值,按規范JTJ 021-89公式(附1.4)進行計算。

5)荷載組合:橋臺計算應根據各種可能出現的情況進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后填土的破棱體上(見圖3a));b.車輛荷載僅布置在橋跨結構上(見圖3b));c.車輛荷載同時布置在橋跨結構和破棱體上(見圖3c))。

此外,在個別情況下,還要考慮在架橋之前,臺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,臺后的土側壓力,一般按主動土壓力計算,其大小與土的壓實程度有關。因此,在計算橋臺前端的最大應力,向橋孔一側的偏心和向橋孔方向的傾覆與滑動時,按臺后填土尚未壓實考慮;當計算橋臺后端的最大應力,向路堤一側的偏心和路堤方向的傾覆與滑動時,則按臺后填土已經壓實考慮。

6)橋梁上部結構荷載的簡化及臺身計算:

a.臺身的平面簡化計算。根據1985年出版的公路設計手冊《墩臺和基礎》中提到:對于肋板式橋臺,臺身需要進行頂截面及底截面的驗算。b.關于臺身的配筋計算的說明。臺身頂截面及底截面的驗算按JTG D62-2004公路鋼筋混凝土及預應力混凝土橋涵設計規范計算。臺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范規定。

3 結語

通過上述的計算與分析,從橋臺結構上可以通過選擇合適的橋臺類型達到使用高橋臺的目的。當橋臺的高度要求較高時,肋板式橋臺因其良好的受力特性成為首選;當基礎為普通土時,可以先進行一定高度的路基填土再進行肋板臺的施工,以免樁長過長;當基礎為巖石時,可以采用擴大基礎和肋板式橋臺。

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