橋梁承臺的構造及計算模型探討

■張 濤 ■南通市市政工程設計院有限責任公司，江蘇 南通 226001

1 工程概況

南通市通劉路拓寬改造(幸福街道∽通州界)工程是位于港閘區的一條城市主干路，起著聯系港閘區幸福街道與通州區交通的重要作用。本工程跨越團結河，雙幅橋梁，單幅寬度為25.5m。橋梁結構擬建4 ×30m+4 ×30m+(60m+90m+60m)+4 ×30m+4 ×30m 預應力混凝土連續梁橋。其中跨越團結河的主跨為60m +90m +60m 的變截面連續梁橋，上部結構為滿堂支架澆筑變截面預應力混凝土連續箱梁，下部結構采用樁基承臺上接雙柱式框架墩。本次舉主跨9 號中墩下部的承臺為例，對其構造、計算作探討。

2 承臺構造尺寸擬定

承臺尺寸的擬定與橋梁上部結構、下部樁基均有密切關系，需同時滿足承載力、裂縫、耐久性、剛性角、最小配筋面積、造價較低、方便施工等要求。

根據上部梁體計算的反力，9 號中墩頂部支座反力標準值為36500KN，按照抗震支座規格，經查需設置GPZ(KZ)37.5DX 系列支座滿足承載力和位移要求，GPZ(KZ)37.5DX 支座底鋼板尺寸為168cm×168cm。支座墊石比支座底鋼板每邊寬出15cm，支座墊石平面尺寸為200cm×200cm。按《公路圬工橋涵設計規范》(JTG D61 -2005)第6.2.2 條，支座每側邊緣與墩柱邊緣應保持40cm 以上距離，橋墩尺寸不小于168 +2 ×40=248cm，因此初部擬定橋墩墩頂尺寸為300cm ×250cm，墩底尺寸為250cm×250cm，橫橋向橋墩雙柱的支座中心距離為700cm。

橋墩墩身承受的主要荷載為順橋向彎矩和豎向壓力，建立一端固定一端自由的計算模型，按照偏心受壓構件對墩柱進行偏心抗壓承載力、裂縫驗算，墩柱構造250cm ×250cm 符合要求，墩柱兩側配以Ф32鋼筋，間距12cm。

由于上部荷載較大，選用大直徑150cm 鉆孔灌注樁，樁基中心距離按照《公路橋涵地基及基礎設計規范》(JTG D63 -2007)5.2.4 條鉆孔樁中距不應小于樁徑的2.5 倍，取樁基中心距離為380cm。根據橋墩根部寬度900cm，橫橋向布置4 排樁，順橋向布置3 排樁。邊樁外側與承臺邊緣的距離，對于直徑大于1.0m 的樁不應小于0.3 倍樁徑，并不應小于50cm，即在0.3 ×150=75cm 與50cm 兩者取較大值，邊樁中心與承臺邊緣的距離為125cm，由此確定承臺橫橋向尺寸為125 +3 ×380 +125=1390cm，順橋向尺寸為125 +2 ×380 +125=1010cm。

已知了墩柱、承臺的尺寸，綜合考慮墩底支反力、剛性角，根據《公路鋼筋混凝土及預應力混凝土橋涵設計規范》(JTG D61 -2004)8.5條以下要求擬定承臺厚度尺寸:

(1)柱或承臺向下沖切的破壞錐體應采用自柱或墩臺邊緣至相應樁頂邊緣連線構成的錐體;樁頂位于承臺頂面以下一倍有效高度h0處。錐體斜面與水平面的夾角，不應小于450，當小于450時，取用450。

(2)柱或墩臺邊緣到樁邊緣的水平距離，其值不應大于承臺有效高度h0。

(3)承臺剛性角不大于40 度，即墩外緣距離承臺外緣不大于承臺高度h×tg400。

綜上要求，擬定承臺高度為350cm，橋墩及承臺構造圖如下:

3 承臺承載力計算

采用橋梁博士3.0“彈性多排樁計算”軟件，考慮到本承臺覆土深度不小于50cm 要求，采用荷載標準組合計算出順橋向單樁軸力和橫橋向單樁軸力，取較大值為12240KN。多排樁基承臺中，由于水平力和偏心荷載的影響，外排樁單樁承載力一般遠大于中間排樁，因此一般取外排樁荷載作為承臺計算的控制荷載。

目前承臺設計可概括為兩類:一類是將承臺作為受彎構件，按“梁式體系”設計模式進行受彎、受沖切、受剪切承載力計算;另一類是按“撐系桿體系”進行分析和設計。

根據公路鋼筋砼規范8.5.2 條、8.5.3 條，當外排樁中心距墩臺身邊緣距離120cm 小于承臺高度350cm 時，承臺短懸臂可按照“撐桿-系桿體系”計算撐桿的抗壓承載力和系桿的抗拉承載力。

承臺底設置雙層Ф32 鋼筋，對承臺進行抗壓強度、抗拉強度、沖切、裂縫和構造要求驗算，符合規范，計算結果如下:

①撐桿-系桿驗算

②抗剪驗算

③下沖切驗算

④角樁上沖切驗算

⑤邊樁上沖切驗算

根據公路鋼筋砼規范9.1.12 條最小配筋百分率P 的要求，偏心受拉構件及軸心受拉構件一側的受拉鋼筋的配筋百分率不應小于45ftd/fsd，同時不應小于0.20。P=45ftd/fsd=45 ×1.52/280=0.244 ＞0.2，即最小配筋面積為A0=0.244 ×0.01bsh0=0.244 ×0.01 ×13.9 ×3.35=113619mm2。本次采用228Ф32，As=228 ×804.2=183358mm2＞A0=113619mm2，符合設計要求。

在承臺頂部、側面分別設置Ф16 構造鋼筋，在頂部與底部鋼筋網之間設置Ф16 豎向連系鋼筋。

通過以上步驟完成了確定承臺尺寸和配筋計算，承臺設計考慮因素較多，計算較復雜，應對其相關規范、控制參數作全面的掌握。

4 結語

承臺在橋梁下部結構中占據重要的作用，確定承臺的結構必須從上部梁體到下部樁基綜合考慮，有時候甚至要考慮拆遷影響、埋地管線通過、大體積混凝土分層澆筑、預留冷卻水管等因素。擬定合理的承臺可以有效降低工程造價、優化結構的受力合理性、提高下部結構的耐久性，為優質、精品工程打好基礎。本文結合具體工程的計算模型和方法，可供處理同類工程設計借鑒。

［1］李元音，畢夢雄.關于承臺強度幾種計算方法的分析比較.《港工技術》.2002 年6 月.NO.2.

［2］胡敏.新規范關于樁基承臺計算方法的分析比較.《交通標準化》.2009 年12 期:34 -38.