某高速公路大橋橋梁中分帶綠化填土對護欄安全性影響設計

郭紀康

（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計采用鋼筋混凝土防撞護欄和植樹綠化的方案。內側護欄采用SAm 級F 型墻式防撞護欄，護欄與主梁設預埋鋼筋澆筑為一體，中分帶護欄凈距為50cm，標準小箱梁段內護欄之間使用18cm 厚的碎石+不大于60cm厚的耕植土進行填充，中分帶標準斷面布置圖如圖1。

圖1 中央綠化帶立面布置(小箱梁)

結合已通車橋梁調查反饋信息，橋梁中分帶回填土在長期車輛荷載振動下會被壓密，對橋梁中分帶護欄有擠壓作用，可能使護欄產生外傾。針對中分帶內耕植土的土壓力對護欄的安全性影響設計進行核查。

2 計算內容

2.1 內側護欄構造及鋼筋布置

圖2

如圖2，護欄采用C35 混凝土，在受土壓力側鋼筋設計有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；鋼筋保護層厚度為5cm。

2.2 土壓力計算

依據《公路橋涵設計通用規范》（JTG D60-2015）計算中分帶內填土的靜土壓力。

取單位長護欄分兩種工況計算土壓力：

工況一：綠化帶內填土為天然狀態，護欄僅受土壓力作用；

工況二：雨季最不利狀態，中分帶內滿水，護欄受土壓力和水壓力作用。

⑴工況一：土壓力作用時的力學簡圖如圖3。

圖3

計算時將碎石層厚度納入土壓力計算范圍，計算填土高度采用0.78m，填土容重取20kN/m3，土壓力系數取0.65，計算得土壓力的合力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、水壓力作用時的力學簡圖如圖4。

滿水狀態護欄同時受土壓力、水壓力，土壓力計算時水中土的容重取浮容重11kN/m3，計算得土壓力的合力Ej′為：

圖4

Ej′=0.5×0.65×11×0.78×0.78=2.175kN

對護欄根部產生的彎矩為：

Mj=2.175×0.39=0.848kN.m

計算得水壓力的合力Pw 為：

Pw=0.5×10×1.05×1.05=5.51kN

對護欄根部產生的彎矩為：

Mw=5.51×0.48=2.64kN.m

工況二護欄根部彎矩合計為：

M=2.64+0.848=3.49kN.m

工況二為驗算控制工況，選取該工況計算彎矩設計值Md，土側壓力永久作用分項系數為1.4，車輛荷載振動對土壓力提高系數按1.5 考慮，彎矩設計值Md=1.4×1.5×3.49=7.33kN.m。

2.3 護欄承載能力驗算

依據《公路鋼筋混凝土及預應力混凝土橋涵設計規范》（JTG 3362-2018）5.2.2 條計算護欄根部截面承受最大受彎承載力容許值。

圖5

只計入N2 鋼筋的作用，截面受壓區高度：

根部截面承受最大受彎承載力容許值：

根據計算結果，護欄在綠化帶填土的土壓力作用下截面承載力驗算滿足要求。

2.4 護欄位移分析

建立護欄局部實體模型，分析在土壓力作用下護欄的位移值，取2m 長的護欄，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，護欄的位移變形如圖8。

圖8

根據位移變形計算結果，護欄最大位移發生在護欄頂部，最大位移量為0.1mm。

3 結論

⑴在橋梁中分帶內填土產生的土壓力荷載作用下，內護欄截面承載能力驗算滿足要求。

⑵在橋梁中分帶內填土產生的土壓力荷載作用下，內護欄的最大位移值為0.1mm，不會因耕植土的土壓力發生外傾。