永定新河100 m+160 m+100 m 连续梁桥基础设计

杨敏 肖杰 冯克岩

(天津市市政工程设计研究院，天津 300051)

1 工程概况

中央大道永定新河特大桥位于永定新河彩虹大桥下游约2.1 km处，工程北起永定新河治导线以北约200 m处，沿规划中央大道线路分别跨越永定新河治导线(河堤)、永定新河左岸海挡巡堤路、左岸海挡、永定新河、永定新河右岸海挡、右岸海挡巡堤路，止于集疏港一期工程中央大道立交主线修筑起点处，线路与永定新河河道基本垂交。其中主桥跨越永定新河河道，为一座100 m+160 m+100 m变截面预应力混凝土连续梁桥(24号墩～27号墩);桥梁横向布置为双幅桥，单幅桥宽17.25 m;引桥根据跨越构筑物的不同，分别为30 m～50 m跨径的等截面预应力混凝土连续梁桥和30 m，35 m两种跨径的先简支后连续预制小箱梁桥。主桥上部结构采用挂篮悬臂浇筑施工，单侧悬浇21个块件，采用直腹板单箱单室截面，主跨支点处梁高9.5m，跨中梁高3.5m;主桥中墩基础采用桩径2m的钻孔灌注桩，制动中墩为82m灌注桩共48根，非制动中墩为86 m灌注桩共40根;主桥边墩基础采用桩径1.5 m的钻孔灌注桩，边墩64 m灌注桩共40根。图1，图2分别为永定新河特大桥桥梁立面图与平面图。

2 地质情况

中央大道永定新河特大桥勘察钻孔最大深度为100 m，根据地质年代及时代成因，共分为九个工程地质层，自上而下分别为:人工填土层、第Ⅰ陆相层、第Ⅰ海相层、第Ⅱ ～Ⅲ陆相层、第Ⅱ海相沉积层、第Ⅳ陆相冲积层、第Ⅲ海相沉积层、第Ⅴ陆相冲积层

根据《岩土工程勘察报告》及《抗震评价》，场地土类别为Ⅳ类，场地地震基本烈度为7度，为不液化场地。根据室内试验数据及统计成果，各层土的物理和力学指标统计见表1。

图1 桥梁立面图（1∶500）

图2 桥梁平面图（1∶500）

表1 土的物理和力学指标统计

3 基础型式及持力层的选择

本工程基础型式采用钻孔灌注桩，钻孔灌注桩主墩承受上部荷载大，单桩承载力要求高，场地⑥1细砂层及其以下土层分布均匀，工程性质较好，均可作为桩基持力层使用，可根据上部荷载情况进行选择。⑧及⑨1粉细砂层分布稳定，厚度较大，密实状态，承载能力高，根据主墩竖向力较大的特点，可作为主墩的首选桩基持力层。

4 基础设计

4.1 墩柱型式

主桥中墩均采用12.6m×4.0 m实体墩，墩高17.5 m;边墩采用12.6 m×3.2 m实体墩，墩高19.5 m，墩柱端部均设置85 cm×30 cm的抹角。同时考虑防撞、流水压力及破冰等因素，将主墩标高在4.5 m以下墩柱范围内外包80 cm厚C80钢砂混凝土，并抹一定半径的圆弧，作为防流冰及防撞等构造措施。

4.2 基础布置

主桥中墩基础采用桩径200 cm的钻孔灌注桩，其中26号墩为制动中墩，共采用灌注桩48根，承台厚度为5 m，承台平面尺寸为41.45 m ×29.5 m(见图3)。

25号主墩为非制动中墩，共采用灌注桩40根，承台厚度为4.5 m，承台平面尺寸为41.45 m ×24.4 m(见图4)。主桥边墩基础采用桩径150 cm的钻孔灌注桩，采用桩长65 m灌注桩20根，承台厚度为3.0 m，承台平面尺寸为41.45 m×29.5 m。

4.3 使用阶段荷载考虑

使用阶段荷载效应包括:结构自重、基础沉降、温度作用、汽车荷载、汽车制动力、风荷载、船舶撞击力、地震力。

1)上部结构反力提供主要包括结构自重、基础沉降、活载，采用半幅计算，其反力见表2。2)墩柱为矩形实体墩并外包防撞铁钢砂混凝土作为防撞构造措施，墩柱特性见表3。3)半幅桥25 号，26 号中墩承台自重分别为:60 682.8 kN，76 682.5 kN，边墩承台自重为7 548.8 kN。4)制动力计算按JTG D60-2004公路桥涵设计通用规范关于制动力计算的规定计算得1 110 kN。5)风荷载计算按JTG D60-2004公路桥涵设计通用规范相关规定计算，使用阶段采用100年一遇风荷载。6)船撞击力:根据《公路桥涵设计通用规范》4.4.2条规定计算，四级航道，横桥向撞击作用550 kN，顺桥向撞击作用450 kN。但是考虑该桥位处有挖泥船，因而在设计中船撞击力横桥向撞击作用950 kN，顺桥向撞击作用775 kN。7)关于地震力:主桥地震动峰值加速度系数按抗震评价提供的0.175g，场地土类型为Ⅳ类，采用Midas/civil软件按规范反应谱法计算地震力，并进行结构抗震专项分析。

图3 26号中墩基础布置图

4.4 施工阶段荷载考虑

计算长悬臂施工阶段可分为六种工况并按最不利工况组合进行计算，各工况分别为:

工况1:梁体静载:施工阶段的梁体静载的随机变化误差及梁体静载的不均匀性，一侧悬臂静载增大4%，另一侧悬臂静载减少4%;工况2:挂篮、现浇块件或拼装预制梁段及施工机具的动力系数，一端采用1.2;另一端采用0.80;工况3:考虑施工需要，梁体上堆放施工机具及材料，计算时考虑最不利情况，一侧悬臂作用有均布荷载，并在端头加有一集中力，而另一侧悬臂为空载;工况4:最后一侧悬臂浇筑梁段不同步施工，另一侧悬臂为空载;工况5:挂篮、现浇段(或悬拼段)突然坠落，冲击系数取2.0;工况6:风荷载，计算横、纵桥向风荷载产生的升力和弯矩。长悬臂施工阶段的荷载，风载采用50年一遇频率，不平衡风载情况按一侧为设计风载的100%，另一侧为50%，考虑两幅桥的影响，横向风力取一幅桥的1.5倍。

图4 25号中墩基础布置图

表2 上部结构支点反力表

表3 墩柱特性表

4.5 冲刷

影响一般冲刷的主要因素为:流量以及河床底的标高变化情况即泄洪断面的形状。对于本桥来说，设计的洪峰流量是确定的;设计泄洪流量为4 640 m3/s，校核泄洪流量为4 820 m3/s。经计算一般冲刷最大值为3.25 m。

影响局部冲刷的主要因素为基础的顺桥向宽度以及墩型系数。经过计算局部冲刷为0.57 m，最大冲刷为3.82 m，为尽量减小对水流的阻碍作用，适当将承台周边四个直角进行抹圆处理，有利于河道水流通过，尽可能减小冲刷。

4.6 下部计算结果

根据以上各作用效应按规范取最不利进行荷载组合，桩基计算采用m法，按摩擦桩设计，考虑桩基的冲刷深度后，桩基计算结果为:26号制动墩使用阶段地震工况控制，设计采用48根桩径2 m的钻孔灌注桩，桩长80 m;25号非制动墩施工阶段控制，设计采用48根桩径2 m的钻孔灌注桩，桩长82 m。桩底标高位于⑧粉细砂层持力层内。

承台计算根据JTG D62-2004公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范的相关规定，承台按“梁式体系”计算正截面的抗弯承载力，此外进行了承台的斜截面抗剪承载力计算和冲切承载力验算，承台厚度以及承台配筋均满足受力要求。

5 基础施工要点

5.1 主墩基础施工

主桥墩位均处在河道及滩涂之中，考虑以后河道清淤的要求，承台均埋置较深，因此建议主桥各墩位灌注桩、承台采用钢围堰施工方法。矩形钢围堰的内侧距承台边缘1 m，围堰的底标高进入较好持力层，顶标高施工时应露出最高潮水位不小于50 cm。围堰内外壁竖向可用工字钢加劲，使围堰钢壳具有一定的刚度，钢围堰刃脚高可定为1.5 m，刃脚内侧焊接加劲板，钢围堰分上下两段施工。围堰拟做一定厚度的C20封底混凝土。围堰施工根据实际情况下一阶段结合施工做专项施工设计，保证施工安全。同时注意对钻孔灌注桩的逐桩检测，以确保桩基础的单桩承载力及满足基础的不均匀沉降要求。

5.2 承台大体积混凝土施工

主墩承台为大体积混凝土施工，在选择大体积混凝土用水泥时，在条件许可的情况下，应优先选用收缩性小的或具有微膨胀性的水泥。在选择骨料时，应选择线膨胀系数小、岩石弹模较低、表面清洁无弱包裹层、级配良好的骨料。粉煤灰只要细度与水泥颗粒相当，烧失量小，含硫量和含碱量低，需水量比小，均可掺用在混凝土中使用，通过试验掺入粉煤灰，掺量15%～40%。混凝土中掺用粉煤灰后，可提高混凝土的抗渗性、耐久性，减少收缩，降低胶凝材料体系的水化热。同时适当掺入高效减水剂和引气剂复合使用，减少大体积混凝土单位用水量和胶凝材料用量。另外采用综合措施，控制混凝土初始温度，在承台内埋设冷却水管，浇筑时间尽量安排在夜间，最大限度降低混凝土的初凝温度。最后应加强混凝土的浇灌振捣，提高密实度。

6 结语

桥梁基础设计应考虑使用、施工两个设计阶段，并在此两个阶段下考虑最不利荷载组合进行设计，该桥于2007年完成施工图设计，2008年开工建设，目前该桥已全线贯通，桥梁下部结构运行良好。

［1］JTG D60-2004，公路桥涵设计通用规范［S］.

［2］JTJ 024-85，公路桥涵地基与基础设计规范［S］.

［3］JTG D62-2004，公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范［S］.

［4］永定新河特大桥工程岩土工程勘察报告［R］.天津市政工程设计研究院，2007.