永定新河100 m+160 m+100 m 連續梁橋基礎設計

楊敏 肖杰 馮克巖

(天津市市政工程設計研究院，天津 300051)

1 工程概況

中央大道永定新河特大橋位于永定新河彩虹大橋下游約2.1 km處，工程北起永定新河治導線以北約200 m處，沿規劃中央大道線路分別跨越永定新河治導線(河堤)、永定新河左岸海擋巡堤路、左岸海擋、永定新河、永定新河右岸海擋、右岸海擋巡堤路，止于集疏港一期工程中央大道立交主線修筑起點處，線路與永定新河河道基本垂交。其中主橋跨越永定新河河道，為一座100 m+160 m+100 m變截面預應力混凝土連續梁橋(24號墩～27號墩);橋梁橫向布置為雙幅橋，單幅橋寬17.25 m;引橋根據跨越構筑物的不同，分別為30 m～50 m跨徑的等截面預應力混凝土連續梁橋和30 m，35 m兩種跨徑的先簡支后連續預制小箱梁橋。主橋上部結構采用掛籃懸臂澆筑施工，單側懸澆21個塊件，采用直腹板單箱單室截面，主跨支點處梁高9.5m，跨中梁高3.5m;主橋中墩基礎采用樁徑2m的鉆孔灌注樁，制動中墩為82m灌注樁共48根，非制動中墩為86 m灌注樁共40根;主橋邊墩基礎采用樁徑1.5 m的鉆孔灌注樁，邊墩64 m灌注樁共40根。圖1，圖2分別為永定新河特大橋橋梁立面圖與平面圖。

2 地質情況

中央大道永定新河特大橋勘察鉆孔最大深度為100 m，根據地質年代及時代成因，共分為九個工程地質層，自上而下分別為:人工填土層、第Ⅰ陸相層、第Ⅰ海相層、第Ⅱ ～Ⅲ陸相層、第Ⅱ海相沉積層、第Ⅳ陸相沖積層、第Ⅲ海相沉積層、第Ⅴ陸相沖積層

根據《巖土工程勘察報告》及《抗震評價》，場地土類別為Ⅳ類，場地地震基本烈度為7度，為不液化場地。根據室內試驗數據及統計成果，各層土的物理和力學指標統計見表1。

圖1 橋梁立面圖（1∶500）

圖2 橋梁平面圖（1∶500）

表1 土的物理和力學指標統計

3 基礎型式及持力層的選擇

本工程基礎型式采用鉆孔灌注樁，鉆孔灌注樁主墩承受上部荷載大，單樁承載力要求高，場地⑥1細砂層及其以下土層分布均勻，工程性質較好，均可作為樁基持力層使用，可根據上部荷載情況進行選擇。⑧及⑨1粉細砂層分布穩定，厚度較大，密實狀態，承載能力高，根據主墩豎向力較大的特點，可作為主墩的首選樁基持力層。

4 基礎設計

4.1 墩柱型式

主橋中墩均采用12.6m×4.0 m實體墩，墩高17.5 m;邊墩采用12.6 m×3.2 m實體墩，墩高19.5 m，墩柱端部均設置85 cm×30 cm的抹角。同時考慮防撞、流水壓力及破冰等因素，將主墩標高在4.5 m以下墩柱范圍內外包80 cm厚C80鋼砂混凝土，并抹一定半徑的圓弧，作為防流冰及防撞等構造措施。

4.2 基礎布置

主橋中墩基礎采用樁徑200 cm的鉆孔灌注樁，其中26號墩為制動中墩，共采用灌注樁48根，承臺厚度為5 m，承臺平面尺寸為41.45 m ×29.5 m(見圖3)。

25號主墩為非制動中墩，共采用灌注樁40根，承臺厚度為4.5 m，承臺平面尺寸為41.45 m ×24.4 m(見圖4)。主橋邊墩基礎采用樁徑150 cm的鉆孔灌注樁，采用樁長65 m灌注樁20根，承臺厚度為3.0 m，承臺平面尺寸為41.45 m×29.5 m。

4.3 使用階段荷載考慮

使用階段荷載效應包括:結構自重、基礎沉降、溫度作用、汽車荷載、汽車制動力、風荷載、船舶撞擊力、地震力。

1)上部結構反力提供主要包括結構自重、基礎沉降、活載，采用半幅計算，其反力見表2。2)墩柱為矩形實體墩并外包防撞鐵鋼砂混凝土作為防撞構造措施，墩柱特性見表3。3)半幅橋25 號，26 號中墩承臺自重分別為:60 682.8 kN，76 682.5 kN，邊墩承臺自重為7 548.8 kN。4)制動力計算按JTG D60-2004公路橋涵設計通用規范關于制動力計算的規定計算得1 110 kN。5)風荷載計算按JTG D60-2004公路橋涵設計通用規范相關規定計算，使用階段采用100年一遇風荷載。6)船撞擊力:根據《公路橋涵設計通用規范》4.4.2條規定計算，四級航道，橫橋向撞擊作用550 kN，順橋向撞擊作用450 kN。但是考慮該橋位處有挖泥船，因而在設計中船撞擊力橫橋向撞擊作用950 kN，順橋向撞擊作用775 kN。7)關于地震力:主橋地震動峰值加速度系數按抗震評價提供的0.175g，場地土類型為Ⅳ類，采用Midas/civil軟件按規范反應譜法計算地震力，并進行結構抗震專項分析。

圖3 26號中墩基礎布置圖

4.4 施工階段荷載考慮

計算長懸臂施工階段可分為六種工況并按最不利工況組合進行計算，各工況分別為:

工況1:梁體靜載:施工階段的梁體靜載的隨機變化誤差及梁體靜載的不均勻性，一側懸臂靜載增大4%，另一側懸臂靜載減少4%;工況2:掛籃、現澆塊件或拼裝預制梁段及施工機具的動力系數，一端采用1.2;另一端采用0.80;工況3:考慮施工需要，梁體上堆放施工機具及材料，計算時考慮最不利情況，一側懸臂作用有均布荷載，并在端頭加有一集中力，而另一側懸臂為空載;工況4:最后一側懸臂澆筑梁段不同步施工，另一側懸臂為空載;工況5:掛籃、現澆段(或懸拼段)突然墜落，沖擊系數取2.0;工況6:風荷載，計算橫、縱橋向風荷載產生的升力和彎矩。長懸臂施工階段的荷載，風載采用50年一遇頻率，不平衡風載情況按一側為設計風載的100%，另一側為50%，考慮兩幅橋的影響，橫向風力取一幅橋的1.5倍。

圖4 25號中墩基礎布置圖

表2 上部結構支點反力表

表3 墩柱特性表

4.5 沖刷

影響一般沖刷的主要因素為:流量以及河床底的標高變化情況即泄洪斷面的形狀。對于本橋來說，設計的洪峰流量是確定的;設計泄洪流量為4 640 m3/s，校核泄洪流量為4 820 m3/s。經計算一般沖刷最大值為3.25 m。

影響局部沖刷的主要因素為基礎的順橋向寬度以及墩型系數。經過計算局部沖刷為0.57 m，最大沖刷為3.82 m，為盡量減小對水流的阻礙作用，適當將承臺周邊四個直角進行抹圓處理，有利于河道水流通過，盡可能減小沖刷。

4.6 下部計算結果

根據以上各作用效應按規范取最不利進行荷載組合，樁基計算采用m法，按摩擦樁設計，考慮樁基的沖刷深度后，樁基計算結果為:26號制動墩使用階段地震工況控制，設計采用48根樁徑2 m的鉆孔灌注樁，樁長80 m;25號非制動墩施工階段控制，設計采用48根樁徑2 m的鉆孔灌注樁，樁長82 m。樁底標高位于⑧粉細砂層持力層內。

承臺計算根據JTG D62-2004公路鋼筋混凝土及預應力混凝土橋涵設計規范的相關規定，承臺按“梁式體系”計算正截面的抗彎承載力，此外進行了承臺的斜截面抗剪承載力計算和沖切承載力驗算，承臺厚度以及承臺配筋均滿足受力要求。

5 基礎施工要點

5.1 主墩基礎施工

主橋墩位均處在河道及灘涂之中，考慮以后河道清淤的要求，承臺均埋置較深，因此建議主橋各墩位灌注樁、承臺采用鋼圍堰施工方法。矩形鋼圍堰的內側距承臺邊緣1 m，圍堰的底標高進入較好持力層，頂標高施工時應露出最高潮水位不小于50 cm。圍堰內外壁豎向可用工字鋼加勁，使圍堰鋼殼具有一定的剛度，鋼圍堰刃腳高可定為1.5 m，刃腳內側焊接加勁板，鋼圍堰分上下兩段施工。圍堰擬做一定厚度的C20封底混凝土。圍堰施工根據實際情況下一階段結合施工做專項施工設計，保證施工安全。同時注意對鉆孔灌注樁的逐樁檢測，以確保樁基礎的單樁承載力及滿足基礎的不均勻沉降要求。

5.2 承臺大體積混凝土施工

主墩承臺為大體積混凝土施工，在選擇大體積混凝土用水泥時，在條件許可的情況下，應優先選用收縮性小的或具有微膨脹性的水泥。在選擇骨料時，應選擇線膨脹系數小、巖石彈模較低、表面清潔無弱包裹層、級配良好的骨料。粉煤灰只要細度與水泥顆粒相當，燒失量小，含硫量和含堿量低，需水量比小，均可摻用在混凝土中使用，通過試驗摻入粉煤灰，摻量15%～40%。混凝土中摻用粉煤灰后，可提高混凝土的抗滲性、耐久性，減少收縮，降低膠凝材料體系的水化熱。同時適當摻入高效減水劑和引氣劑復合使用，減少大體積混凝土單位用水量和膠凝材料用量。另外采用綜合措施，控制混凝土初始溫度，在承臺內埋設冷卻水管，澆筑時間盡量安排在夜間，最大限度降低混凝土的初凝溫度。最后應加強混凝土的澆灌振搗，提高密實度。

6 結語

橋梁基礎設計應考慮使用、施工兩個設計階段，并在此兩個階段下考慮最不利荷載組合進行設計，該橋于2007年完成施工圖設計，2008年開工建設，目前該橋已全線貫通，橋梁下部結構運行良好。

［1］JTG D60-2004，公路橋涵設計通用規范［S］.

［2］JTJ 024-85，公路橋涵地基與基礎設計規范［S］.

［3］JTG D62-2004，公路鋼筋混凝土及預應力混凝土橋涵設計規范［S］.

［4］永定新河特大橋工程巖土工程勘察報告［R］.天津市政工程設計研究院，2007.