桩柱式桥台位移计算以及软弱地基时对其的影响

徐妍XU Yan

（大连市市政设计研究院有限责任公司，大连 116011）

（Dalian Municipal Design &Research Institute Co.，Ltd.，Dalian 116011，China）

1 概述

桩柱式桥台是当前常用的桥台形式之一。在软土地基上的桩柱式桥台设计时，应考虑到由于桩基发生较大的台顶位移（河心方向的水平位移）引起的桥梁病害的多种因素，从而预防桥台基础失稳。

2 台顶位移计算

桩在横向荷载作用下，桩的内力和位移计算，较普遍采用的是将桩最为弹性地基上的梁，符合文克尔假定：即梁身任一点的土抗力和该点的位移成比例，简称弹性地基梁法。因为桩与土共同承受外荷载作用，考虑到为便于计算，就需要在基本理论中做了一些必要的假定：①将土视为弹性变形介质，它具有随深度成比例增长的地基系数（即C=m×Z）；②土的应力应变关系符合文克尔假定；③计算公式推导时，不考虑桩与土之间的摩擦力和粘结力；④桩与桩侧土在受力前后始终密贴；⑤桩作为一弹性构件。

根据桩的水平承载力理论，我们不难看出，在将桩侧土压力经过等效换算后得到的水平力和弯矩作用下，必定使桩基在地面处产生水平位移和转角，这样方向就会背离台后镇土指向河心。桩基上的立柱也因此发生线位移，柱顶位置移动会使两部分叠加起来。一部分是桩在地面处的线位移，位移方向指向河心；另一部分是由地面处的转角所引起的扭转位移。该值就是桥台台顶的总位移。

现以普兰店市3x18m 简支空心板桥为实例介绍台顶位移的计算。桥梁工程场地场地土类型为软弱土。桥台采用桩柱式桥台，盖梁宽度1.7m、高1.2m、长16.99m。桩基础直径1.5m，3 柱、柱间距5.5m。台后和锥坡填土内摩擦角35°，桩身土体内摩擦角10.4°。

2.1 桩的内力计算

2.1.1 桩的计算宽度（m） b1=0.9（d+1） b1≤2d

b1=0.9×（1.5+1）=2.25m

不同土层变形系数α 和αi×hi计算表见表1。

表1

2.1.3 计算地面线处的桩顶外力N0、H0、M0

取最不利组合，轴力N0=1744kN、剪力H0=525kN、弯矩M0=1410kN·m，经计算得到桩身最大弯矩处的弯矩值为Mz=2641.1kN·m，继而进行桩截面强度和裂缝验算。

2.2 台顶位移计算

桩基顶水平位移计算

地面处的水平位移

地面以上桩基在土压力作用下的弹性位移

hw=H-h1=5.529-2.4=3.129m

土压力强度p1=μγh1=0.4132×20×2.400=19.834kN/m2；

p2=μγh2=0.4132×20×5.529=45.692kN/m2。

（μ 为主动土压力系数、γ 为土的容重）

单位土压力q1=p1×b1=19.834×2.25=44.6kN/m

q2=p2×b1=45.692×2.25=102.8kN/m

台顶位移Δ=X0-φ0×h+Δ0=0.003552+0.002527125×5.529+0.00088=0.0184m=18.4mm

根据《铁路桥涵设计基本规范》5.3.3-2-2

L—桥梁跨度（m）：当L＜24m 时，取24m。

Δ＜[Δ]满足规范要求。

3 台后填土对桩基产生的附加水平力

在台后填土的作用下，桥台地基或多或少都将发生侧向位移。地基好的，m 值偏大，侧向位移小些；地基差的，m值偏小。对于桩柱式桥台，由于桩基的存在水平位移的分布将有所变化：桩基是具有较大刚性的混凝土构件，当桥台有水平位移时，遇到桩基的阻碍，从而在桩基附近有所减小；桩基本身也将承受与水平位移同向的水平力，即台后填土对桩基产生的附加水平力。附加水平力和桩基阻碍水平位移的面积以及桩基本身的刚性有关，桩径越大，阻碍面积相对越大，水平力也越大。在公路桥规中，虽然没有明确、系统地分析这个附加水平力，但对于软土地基，产生的附加水平力较大，桥台位移较大，应予以考虑。特别是对于上部的梁未架设时，桥台除了考虑地面以上的土压力外，还必须考虑这个附加水平力。另外，由于附加水平力与地基水平位移同时产生，所以桥台产生向河心较大位移的情况多发生在下部结构施工与路基施工同时进行的桥梁，很可能在台后填土施工中或者完成不久就会出现。

4 桥台设计时的考虑要素

①要求盖梁完工后与混凝土底模分开，以免增加自重。②台后顺桥向水平土压力对盖梁的水平弯矩造成盖梁跨中附近竖向裂缝，而侧向水平土压力可能会造成耳墙根部弯裂。③桥台位移过大造成台缝顶死，使有缝桥变成无缝桥，大梁就会对桥台背墙产生很大的推力去平衡台后压力，其结果是：桩基与盖梁连接处弯裂；背墙从根部剪裂。④桥台在荷载作用下将有很大的扭矩产生，使盖梁发生剪扭破坏。⑤台后的路基下沉以至于使背墙、梁端受活载冲击而过早破坏。

5 总结

本文概述了台顶位移的计算方法，并指出了软土地基的桩柱式桥台，在进行桥台设计时应考虑的要素，有利于今后进一步优化设计。

[1]JTG D63-2007,公路桥涵地基与基础设计规范[S].

[2]凌治平.基础工程[M].北京：人民交通出版社，1996.

[3]杨玲燕，殷培南，杨仲元.软土基础桩柱式桥台位移影响及防治措施[J].浙江交通职业技术学院学报，2006(7).