公路桥梁高桥台适用性分析

2010-08-20段继祖

山西建筑 2010年10期

段继祖

1 概述

近年来,我们设计的桥台高度多控制在15 m以内,对于桥台高度在15 m以上的桥梁大都以加孔的方式来降低桥台的高度。但由于受路线纵坡的限制,以加孔方式来降低桥台高度会使工程造价增加很多。实际中还有垫高地面、设高桩承台及设加筋土挡墙等方法来解决高桥台,但垫高地面在施工中容易出现土的压实度不够,而且施工工期一般比较紧张,往往不等自然沉降完毕就进行以后的施工。工程完工后,随着台后填土进一步沉降,带动了桥台下垫高的土层,则桥台下土层容易产生负摩阻力,土层也容易产生空洞,如何解决这一问题也是较为困难的;设高桩承台对桥台下填土要求不高,但是对桩基础的设计提出较高的要求,如何解决好设计及施工时的难题,现在还存在一定困难;对于加筋土挡墙方案有很多人提出,但挡墙的高度也要控制在15 m以内,当高度大于15 m时,加筋挡墙容易产生裂缝,其稳定性也值得商榷。

2 桥梁高桥台结构计算分析

2.1 桥台结构计算简介

根据交通部颁发的JTG D60-2004公路桥涵设计通用规范规定:埋置式桥台或岸墩,当验算截面强度和稳定时,可考虑来自桥台后填土及桥台溜坡的两方土侧压力。

梁桥的墩台验算内容有强度验算、偏心验算和稳定验算。由于桥台为透空式桥台,采用圆弧滑动法验算稳定性,填土及桥台的整体稳定是可以的。因此本文主要就桥台强度及偏心来进行计算分析,得到桥台实际的受力特点,找出结构最不利的受力位置及其大小来进行配筋。

根据规范要求,永久作用考虑结构物的自重、土的自重及其引起的土侧压力、混凝土收缩及徐变的影响力;可变作用有车辆荷载、汽车冲击力、汽车引起的土侧压力、人群荷载、平板挂车或履带车及其引起的土侧压力;其他可变作用考虑支座摩阻力。

2.2 桥台结构计算

1)台后土压力计算公式,其计算图式见图1。

其中,μ为主动土压力系数。

2)台前溜坡土压力的计算公式,其计算图式见图2。

埋置式桥台,台前溜坡对桥台的侧向压力一般也可按主动土压力计算,见规范JTJ 021-89附1.1。

其中,φ为土的内摩擦角;α为台肋前缘与竖直线的交角;δ为台肋前缘与土的摩擦角;β为台前溜坡与水平线交角;E的竖向分力:Ev=E×sin(δ+α),E 的水平分力:Em=E×cos(δ+α)。

3)肋板式桥台土压力的计算宽度。肋板式桥台每根肋板所受到土压力计算宽度应大于实际肋板的宽度;增大多少现还缺少足够的理论依据和实际数据,公路桥梁设计规范规定:当桩柱间净距大于桩柱直径或宽度时,应根据桩柱的直径或宽度考虑桩柱间空隙的折减,如果桩柱直径不大于1∶1,作用在每一桩柱的土压力计算宽度为:

4)车辆荷载引起的土侧压力。车辆荷载引起的土侧压力可换算成等代均布土层厚度,按桥台横桥向全宽在破棱体上均布进行计算。

汽车的等代土层厚度为:

其中,∑G为破棱体平面内布设的活载轴重;Bl0为破棱体平面面积;B为破棱体宽度;l0为破棱体长度。

B,l0可按下式计算,先求破棱体破裂面与竖直线夹角“θ”正切值,按规范JTJ 021-89公式(附1.4)进行计算。

5)荷载组合:桥台计算应根据各种可能出现的情况进行荷载的最不利组合,而车辆荷载可按以下三种情况布置:a.车辆荷载仅布置在台后填土的破棱体上(见图3a));b.车辆荷载仅布置在桥跨结构上(见图3b));c.车辆荷载同时布置在桥跨结构和破棱体上(见图3c))。

此外,在个别情况下,还要考虑在架桥之前,台后已填土完毕并在其上布置有施工荷载的荷载组合情形。这里要指出的是,台后的土侧压力,一般按主动土压力计算,其大小与土的压实程度有关。因此,在计算桥台前端的最大应力,向桥孔一侧的偏心和向桥孔方向的倾覆与滑动时,按台后填土尚未压实考虑;当计算桥台后端的最大应力,向路堤一侧的偏心和路堤方向的倾覆与滑动时,则按台后填土已经压实考虑。

6)桥梁上部结构荷载的简化及台身计算:

a.台身的平面简化计算。根据1985年出版的公路设计手册《墩台和基础》中提到:对于肋板式桥台,台身需要进行顶截面及底截面的验算。b.关于台身的配筋计算的说明。台身顶截面及底截面的验算按JTG D62-2004公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范计算。台身在任何荷载组合下,均为偏心受压,故最小配筋率要求符合规范规定。