高填土肋板式桥台设计

张振伟

(中国市政工程中南设计研究总院有限公司，湖北 武汉　430000)



高填土肋板式桥台设计

张振伟

(中国市政工程中南设计研究总院有限公司，湖北 武汉430000)

摘要：以樱花桥项目的超高肋板式桥台进行结构计算分析，根据计算结果合理设计桥台尺寸，使桥台更安全、经济。

关键词：桥台设计；高填土；肋板式桥台

1工程概况及地质资料

1.1工程概况

樱花桥位于安陆市李店镇杨棚村，跨小沟而设。根据建设单位要求，本桥设计为3～20 m预应力钢筋混凝土简支空心板，总长为66.04 m。桥梁总体布置如图1所示。

图1　樱花布置图(单位：cm)

主要技术标准：设计荷载为公路-I级；地震基本烈度6度；设计基准期：100年；设计安全等级：一级；桥面宽度：0.5 m(防撞墙)+8.5 m(行车道)+8.5 m(行车道)+0.5 m(防撞墙)=17 m(全宽)。

1.2地质资料

第1层，种植土：工程地质力学性质差，厚度较小。第2层，粉质粘土：黄褐色，硬塑，连续分布于桥址区，工程地质力学性质一般。第3层，强风化玄武岩：较破碎，该层为极软岩、软岩，厚度较小，软硬较不均，分布连续，厚度不均，工程地质性质相对较好。第4层，中风化玄武岩：岩体破碎，连续分布于整个桥址区下部，工程地质性质较好。

桥址所在地形主要为冲积河谷地貌，地面起伏较小，地势较低平、地表水排水条件好，未发现不良地质现象，区域稳定性较好，适宜本桥建设。

2桥台设计

台后填土高度11.16 m，采用采用肋板+承台桩基础桥台。帽梁厚度1.6 m，高1.2 m。肋板顶宽1.4 m，至承台顶逐渐加宽，加宽斜率1∶3，板厚1.2 m。单个承台宽2.5 m，长6.3 m，高2 m，通过承台系梁连接成整体。桩基直径1.5 m。

图2　桥台结构图(单位：cm)

3桥台荷载分析

3.1台后土压力

(1)台后填土自重引起的土压力计算

根据《公路桥涵设计通用规范》第4.2.3条，按主动土压力计算。填土的重力20 kN/m3，内摩擦角35°，主动土压力系数0.246 1。

表1　无车土压力

(2)台后有车(车辆荷载)引起的土压力计算

根据设计标准，横桥向布置4辆车。破坏棱体长度6.511 m，等代土层厚0.506 m。

表2　车辆荷载引起的土压力

3.2荷载组合

(1)背墙底截面

表3　承载能力极限状态组合

注：顺时针-；逆时针+，下同。

表4　正常使用限状态短期组合

(2)肋板底截面

表5　承载能力极限状态组合

表6　正常使用限状态短期组合

(3)承台底截面

表7　承载能力极限状态组合

表8　正常使用限状态短期组合

4桥台计算结果分析

4.1背墙底验算结果

背墙强度计算按规范《JTG D62—2004》极限状态法压弯构件进行计算。

表9　背墙底截面强度计算(单位：kN,m)

背墙裂缝计算按照短期效应组合，选取工况2计算， 按照规范相关规定计算裂缝宽度0.01 mm<0.2 mm，满足要求。故桥台背墙设计满足规范要求。

4.2肋板底验算结果

肋板强度按规范《JTG D62—2004》极限状态法压弯构件进行计算。肋板与承台之间按固结考虑，肋板与盖梁之间按铰接考虑。同时考虑肋板土的土压力作用效应。根据荷载组合验算最不利工况。

表10　肋板底截面强度计算

肋板裂缝按照短期效应组合，按照规范相关规定计算裂缝宽度0.07 mm<0.2 mm。故桥台肋板设计满足规范要求。

4.3承台验算结果

承台按照撑杆-系杆体系进行计算。

表11　承台正截面强度计算

表12　承台斜截面抗剪计算

表13　承台冲切计算

由上表可知，承台正截面强度最小安全系数2.9，斜截面抗剪安全系数1.9，冲切承载力安全系1.1。故承台设计满足规范要求。

4.4桩基验算结果

根据地质报告，桥台桩基按嵌岩桩设计，嵌岩深度为2.5桩径。桩径1.5 m，桩长12 m。计算时应充分考虑台后填土附加应力对桩基不利影响。计算结果如表肋板裂缝按照短期效应组合，按照规范相关规定计算裂缝宽度0.17 mm<0.2 mm。故桥台桩基设计满足规范要求。

表14　桩基承载力计算

表15　桩身截面强度计算

5桥台设计要点及施工注意事项

(1)台背土压力随着填土高的增加呈线性变化。对肋板式桥台因背墙、肋板、承台各部件横向计算宽度不同导致土压力计算变得复杂，应正确计算台后土压力的叠加，才能合理优化桥台尺寸。

(2)高填土桥台应充分由于填土对基础产生附加应力导致负摩阻力增大。桩侧负摩阻力对桩基承载力往往影响较大。在计算中，对各参数进行正确取值，保证对桩摩阻力的结果计算正确，使设计安全经济合理。

(3)对桥台填土高于8 m时，台前溜坡应设一2 m宽平台，可增加台前溜坡的稳定性，并增加台前填土的反向压力，有利于肋板受力。

(4)在施工时，钻孔应严格清孔，沉渣不能过厚。一定要满足设计要求。

(5)台后填土速率对桥台桩基影响较大，桩基挠度随着填土速率的快慢而变化。在施工时，应适当减缓填土速度，减小填土对桩基的不利影响。并台后填土与台前溜坡同步进行。

6总结

随时公路建设高速发展，为节约造价，高填土桥台设计越来越普遍，其中肋板式桥台应用较为广泛。通过樱花桥桥台设计，结合工程经验，对高填土肋板式桥台进行系统的计算分析，计算结果表明该桥台设计均满足规范要求。

参考文献：

[1]马希田,徐龙,丁少凌.超高填土肋板式桥台的桩基础结构分析[J].应用科技，2011.

[2]何廷全，兰日彦，何世超.中小跨径桥梁高填土桥台合理结构型式浅析[J].西部交通科技，2011.

[3]贺薇，王保田.肋板式桥台填土期间的土压力和桥台位移的现场试验研究[J].现代交通技术，2007.

Gao tiantu ribbed plate type abutment design

ZHANG Zheng-wei

(China Municipal Engineering Central South Design & Research Institute Co., Ltd.,Wuhan,Hubei 430000,China)

Abstract:With cherry blossom bridge project ultra-high ribbed plate type abutment structure calculation analysis, according to the calculation results abutment size reasonable design, make the abutment safer and more economic.

Keywords:the abutment design;gao tiantu;ribbed plate type abutment

中图分类号：U443

文献标识码：C

文章编号：1008-3383(2016)03-0097-03

作者简介：张振伟(1985-)，男，绥化庆安人，助理工程师，主要从事桥梁设计及大跨度桥梁健康监测与诊断工作。

收稿日期：2015-07-07