桥梁承台的构造及计算模型探讨

■张 涛 ■南通市市政工程设计院有限责任公司，江苏 南通 226001

1 工程概况

南通市通刘路拓宽改造(幸福街道∽通州界)工程是位于港闸区的一条城市主干路，起着联系港闸区幸福街道与通州区交通的重要作用。本工程跨越团结河，双幅桥梁，单幅宽度为25.5m。桥梁结构拟建4 ×30m+4 ×30m+(60m+90m+60m)+4 ×30m+4 ×30m 预应力混凝土连续梁桥。其中跨越团结河的主跨为60m +90m +60m 的变截面连续梁桥，上部结构为满堂支架浇筑变截面预应力混凝土连续箱梁，下部结构采用桩基承台上接双柱式框架墩。本次举主跨9 号中墩下部的承台为例，对其构造、计算作探讨。

2 承台构造尺寸拟定

承台尺寸的拟定与桥梁上部结构、下部桩基均有密切关系，需同时满足承载力、裂缝、耐久性、刚性角、最小配筋面积、造价较低、方便施工等要求。

根据上部梁体计算的反力，9 号中墩顶部支座反力标准值为36500KN，按照抗震支座规格，经查需设置GPZ(KZ)37.5DX 系列支座满足承载力和位移要求，GPZ(KZ)37.5DX 支座底钢板尺寸为168cm×168cm。支座垫石比支座底钢板每边宽出15cm，支座垫石平面尺寸为200cm×200cm。按《公路圬工桥涵设计规范》(JTG D61 -2005)第6.2.2 条，支座每侧边缘与墩柱边缘应保持40cm 以上距离，桥墩尺寸不小于168 +2 ×40=248cm，因此初部拟定桥墩墩顶尺寸为300cm ×250cm，墩底尺寸为250cm×250cm，横桥向桥墩双柱的支座中心距离为700cm。

桥墩墩身承受的主要荷载为顺桥向弯矩和竖向压力，建立一端固定一端自由的计算模型，按照偏心受压构件对墩柱进行偏心抗压承载力、裂缝验算，墩柱构造250cm ×250cm 符合要求，墩柱两侧配以Ф32钢筋，间距12cm。

由于上部荷载较大，选用大直径150cm 钻孔灌注桩，桩基中心距离按照《公路桥涵地基及基础设计规范》(JTG D63 -2007)5.2.4 条钻孔桩中距不应小于桩径的2.5 倍，取桩基中心距离为380cm。根据桥墩根部宽度900cm，横桥向布置4 排桩，顺桥向布置3 排桩。边桩外侧与承台边缘的距离，对于直径大于1.0m 的桩不应小于0.3 倍桩径，并不应小于50cm，即在0.3 ×150=75cm 与50cm 两者取较大值，边桩中心与承台边缘的距离为125cm，由此确定承台横桥向尺寸为125 +3 ×380 +125=1390cm，顺桥向尺寸为125 +2 ×380 +125=1010cm。

已知了墩柱、承台的尺寸，综合考虑墩底支反力、刚性角，根据《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》(JTG D61 -2004)8.5条以下要求拟定承台厚度尺寸:

(1)柱或承台向下冲切的破坏锥体应采用自柱或墩台边缘至相应桩顶边缘连线构成的锥体;桩顶位于承台顶面以下一倍有效高度h0处。锥体斜面与水平面的夹角，不应小于450，当小于450时，取用450。

(2)柱或墩台边缘到桩边缘的水平距离，其值不应大于承台有效高度h0。

(3)承台刚性角不大于40 度，即墩外缘距离承台外缘不大于承台高度h×tg400。

综上要求，拟定承台高度为350cm，桥墩及承台构造图如下:

3 承台承载力计算

采用桥梁博士3.0“弹性多排桩计算”软件，考虑到本承台覆土深度不小于50cm 要求，采用荷载标准组合计算出顺桥向单桩轴力和横桥向单桩轴力，取较大值为12240KN。多排桩基承台中，由于水平力和偏心荷载的影响，外排桩单桩承载力一般远大于中间排桩，因此一般取外排桩荷载作为承台计算的控制荷载。

目前承台设计可概括为两类:一类是将承台作为受弯构件，按“梁式体系”设计模式进行受弯、受冲切、受剪切承载力计算;另一类是按“撑系杆体系”进行分析和设计。

根据公路钢筋砼规范8.5.2 条、8.5.3 条，当外排桩中心距墩台身边缘距离120cm 小于承台高度350cm 时，承台短悬臂可按照“撑杆-系杆体系”计算撑杆的抗压承载力和系杆的抗拉承载力。

承台底设置双层Ф32 钢筋，对承台进行抗压强度、抗拉强度、冲切、裂缝和构造要求验算，符合规范，计算结果如下:

①撑杆-系杆验算

②抗剪验算

③下冲切验算

④角桩上冲切验算

⑤边桩上冲切验算

根据公路钢筋砼规范9.1.12 条最小配筋百分率P 的要求，偏心受拉构件及轴心受拉构件一侧的受拉钢筋的配筋百分率不应小于45ftd/fsd，同时不应小于0.20。P=45ftd/fsd=45 ×1.52/280=0.244 ＞0.2，即最小配筋面积为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，符合设计要求。

在承台顶部、侧面分别设置Ф16 构造钢筋，在顶部与底部钢筋网之间设置Ф16 竖向连系钢筋。

通过以上步骤完成了确定承台尺寸和配筋计算，承台设计考虑因素较多，计算较复杂，应对其相关规范、控制参数作全面的掌握。

4 结语

承台在桥梁下部结构中占据重要的作用，确定承台的结构必须从上部梁体到下部桩基综合考虑，有时候甚至要考虑拆迁影响、埋地管线通过、大体积混凝土分层浇筑、预留冷却水管等因素。拟定合理的承台可以有效降低工程造价、优化结构的受力合理性、提高下部结构的耐久性，为优质、精品工程打好基础。本文结合具体工程的计算模型和方法，可供处理同类工程设计借鉴。

［1］李元音，毕梦雄.关于承台强度几种计算方法的分析比较.《港工技术》.2002 年6 月.NO.2.

［2］胡敏.新规范关于桩基承台计算方法的分析比较.《交通标准化》.2009 年12 期:34 -38.