樁柱式橋臺位移計算以及軟弱地基時對其的影響

徐妍XU Yan

（大連市市政設計研究院有限責任公司，大連 116011）

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

1 概述

樁柱式橋臺是當前常用的橋臺形式之一。在軟土地基上的樁柱式橋臺設計時，應考慮到由于樁基發生較大的臺頂位移（河心方向的水平位移）引起的橋梁病害的多種因素，從而預防橋臺基礎失穩。

2 臺頂位移計算

樁在橫向荷載作用下，樁的內力和位移計算，較普遍采用的是將樁最為彈性地基上的梁，符合文克爾假定：即梁身任一點的土抗力和該點的位移成比例，簡稱彈性地基梁法。因為樁與土共同承受外荷載作用，考慮到為便于計算，就需要在基本理論中做了一些必要的假定：①將土視為彈性變形介質，它具有隨深度成比例增長的地基系數（即C=m×Z）；②土的應力應變關系符合文克爾假定；③計算公式推導時，不考慮樁與土之間的摩擦力和粘結力；④樁與樁側土在受力前后始終密貼；⑤樁作為一彈性構件。

根據樁的水平承載力理論，我們不難看出，在將樁側土壓力經過等效換算后得到的水平力和彎矩作用下，必定使樁基在地面處產生水平位移和轉角，這樣方向就會背離臺后鎮土指向河心。樁基上的立柱也因此發生線位移，柱頂位置移動會使兩部分疊加起來。一部分是樁在地面處的線位移，位移方向指向河心；另一部分是由地面處的轉角所引起的扭轉位移。該值就是橋臺臺頂的總位移。

現以普蘭店市3x18m 簡支空心板橋為實例介紹臺頂位移的計算。橋梁工程場地場地土類型為軟弱土。橋臺采用樁柱式橋臺，蓋梁寬度1.7m、高1.2m、長16.99m。樁基礎直徑1.5m，3 柱、柱間距5.5m。臺后和錐坡填土內摩擦角35°，樁身土體內摩擦角10.4°。

2.1 樁的內力計算

2.1.1 樁的計算寬度（m） b1=0.9（d+1） b1≤2d

b1=0.9×（1.5+1）=2.25m

不同土層變形系數α 和αi×hi計算表見表1。

表1

2.1.3 計算地面線處的樁頂外力N0、H0、M0

取最不利組合，軸力N0=1744kN、剪力H0=525kN、彎矩M0=1410kN·m，經計算得到樁身最大彎矩處的彎矩值為Mz=2641.1kN·m，繼而進行樁截面強度和裂縫驗算。

2.2 臺頂位移計算

樁基頂水平位移計算

地面處的水平位移

地面以上樁基在土壓力作用下的彈性位移

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

土壓力強度p1=μγh1=0.4132×20×2.400=19.834kN/m2；

p2=μγh2=0.4132×20×5.529=45.692kN/m2。

（μ 為主動土壓力系數、γ 為土的容重）

單位土壓力q1=p1×b1=19.834×2.25=44.6kN/m

q2=p2×b1=45.692×2.25=102.8kN/m

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

根據《鐵路橋涵設計基本規范》5.3.3-2-2

L—橋梁跨度（m）：當L＜24m 時，取24m。

Δ＜[Δ]滿足規范要求。

3 臺后填土對樁基產生的附加水平力

在臺后填土的作用下，橋臺地基或多或少都將發生側向位移。地基好的，m 值偏大，側向位移小些；地基差的，m值偏小。對于樁柱式橋臺，由于樁基的存在水平位移的分布將有所變化：樁基是具有較大剛性的混凝土構件，當橋臺有水平位移時，遇到樁基的阻礙，從而在樁基附近有所減?。粯痘旧硪矊⒊惺芘c水平位移同向的水平力，即臺后填土對樁基產生的附加水平力。附加水平力和樁基阻礙水平位移的面積以及樁基本身的剛性有關，樁徑越大，阻礙面積相對越大，水平力也越大。在公路橋規中，雖然沒有明確、系統地分析這個附加水平力，但對于軟土地基，產生的附加水平力較大，橋臺位移較大，應予以考慮。特別是對于上部的梁未架設時，橋臺除了考慮地面以上的土壓力外，還必須考慮這個附加水平力。另外，由于附加水平力與地基水平位移同時產生，所以橋臺產生向河心較大位移的情況多發生在下部結構施工與路基施工同時進行的橋梁，很可能在臺后填土施工中或者完成不久就會出現。

4 橋臺設計時的考慮要素

①要求蓋梁完工后與混凝土底模分開，以免增加自重。②臺后順橋向水平土壓力對蓋梁的水平彎矩造成蓋梁跨中附近豎向裂縫，而側向水平土壓力可能會造成耳墻根部彎裂。③橋臺位移過大造成臺縫頂死，使有縫橋變成無縫橋，大梁就會對橋臺背墻產生很大的推力去平衡臺后壓力，其結果是：樁基與蓋梁連接處彎裂；背墻從根部剪裂。④橋臺在荷載作用下將有很大的扭矩產生，使蓋梁發生剪扭破壞。⑤臺后的路基下沉以至于使背墻、梁端受活載沖擊而過早破壞。

5 總結

本文概述了臺頂位移的計算方法，并指出了軟土地基的樁柱式橋臺，在進行橋臺設計時應考慮的要素，有利于今后進一步優化設計。

[1]JTG D63-2007,公路橋涵地基與基礎設計規范[S].

[2]凌治平.基礎工程[M].北京：人民交通出版社，1996.

[3]楊玲燕，殷培南，楊仲元.軟土基礎樁柱式橋臺位移影響及防治措施[J].浙江交通職業技術學院學報，2006(7).