連云港海濱大道超高填土橋臺分析與設計

徐凱耀

摘 要：文章結合了一座超高填土肋板式橋臺的工程實例設計，介紹了超高填土肋板式橋臺的受力特點及設計要點，分析并總結了其設計時需驗算的主要內容，以期為同類型橋臺的設計提供一定的參考。

關鍵詞：超高填土；肋板式橋臺；結構計算

1 概述

隨著城市化進程的逐步推進，社會對交通基礎設施的需求越來越高，部分處于平原微丘區甚至山嶺重丘區的城市也對城市交通基礎設施有了較高的要求。在部分地形起伏較大且地基基礎較好的地區，為滿足橋梁使用功能并減少橋梁的造價，有時會利用臺后高填土來減少橋梁結構的長度。因此，橋臺將承受較大的土壓力，如不采取有效措施，將危及橋梁安全。

2 高填土橋臺的特點及可選結構形式

由于填土高度較大，橋臺承受的土壓力急劇增大，在橋臺受力中占有較大的比重。同時上部結構偏心荷載及水平力（溫度影響力、混凝土收縮及徐變影響力、支座摩阻力及汽車制動力）對橋臺的彎矩也隨橋臺高度增加而增加。

常見高填土橋臺結構形式：

2.1 重力式U型橋臺

重力式U形橋臺的優點是構造簡單、受力明確、施工方便，可以用混凝土或片、塊石砌筑；同時U型橋臺臺前無需溜坡，當填土高度較大時對橋墩不產生影響。但是，由于U型橋臺體積大、重量大，容易造成由于地基的壓密下沉而引起的基礎沉降，若地基土不良或經常受到地下水位升降等因素影響有可能產生不均勻沉降，從而造成橋臺開裂；另外，U型橋臺中空填土部分容易積水，冰凍后產生膨脹而使墻身產生裂縫；對于混凝土或片石混凝土U型橋臺，在施工過程中還易產生溫度裂縫和施工縫；同時，U型橋臺基礎較大，在地形起伏較大的山區施工均為困難。因此，高填土U型橋臺在工程實施中存在的病害較多，局限性較大，后期維修加固費用較高。

2.2 框架式橋臺

框架式橋臺是一種在橫橋向成框架式結構的樁基礎輕型橋臺，優點是所受的土壓力較小，可用于地基承載力較低、臺身較高、跨徑較大的梁橋，但臺前需設置溜坡深入橋孔，因而會壓縮河道，占地較多。

適用于高填土橋臺情況的橋臺構造形式主要有樁柱式和肋板式兩種。

樁柱式橋臺一般為埋置式，對于各種土質地基都適宜。樁柱式橋臺由于可以先填土后進行樁基施工，因此填土較密實，能有效減少填土沉降及臺后填土對橋臺產生的水平推力。

2.3 肋板式橋臺

肋板式橋臺穩定性較好，但通常要用雙排樁基，鋼筋、混凝土用量均較樁柱式多。

2.4 組合式橋臺

為使橋臺輕型化，橋臺本身主要承受橋跨結構傳來的豎向力和水平力，臺后的土壓力由其他結構來承受，從而形成了組合式橋臺。常見的組合式橋臺有加筋土組合橋臺、錨碇板式橋臺等形式。組合式橋臺一般受力較明確，在理論上具有一定的優勢，但由于結構復雜，施工較麻煩，因而在實際工程中使用并不多，在實踐上經驗還不成熟。

3 工程實例

3.1 工程背景

某山區橋梁，地形復雜，且因交通需要需在橋臺處設置平交口，造成橋臺填土高度達到18.5m。橋墩側橋梁需跨越港口隧道（皮帶機通道），為保證隧道正常使用，需對臺前溜坡作出限制。同時，本工程處于近海區域，環境類別為近海或海洋環境，作用等級D、E級，對結構耐久性有較高的要求。由于本橋與已建成皮帶機隧道線位相交，且主體結構間距離較近，為確保已建成隧道的安全，必須保證橋臺樁基與隧道二襯結構距離不超過5.8m，承臺不得侵占隧道二襯結構。為此，需將承臺抬高設計成高樁承臺。同時，橋臺所處位置橫橋向地面存在8.9m高差，在設計時保守地按照較低的地面高程計算，地面以上的樁基將達到9.2m，給設計帶來了極大的困難。經過多次試算和論證，本橋臺采用肋板式橋臺，5×3A1.8m樁基礎，肋板高2.2m，承臺厚2.5m，臺前設置一道樁板式擋土墻。其立面和平面圖如圖1、圖2所示。

3.2 設計資料

本橋上部結構采用裝配式預應力混凝土組合箱梁，跨徑35m，共8片箱梁均布設置。設計荷載為城-A級；臺帽采用C40海工混凝土，臺身、前墻、側墻、耳墻、承臺、樁基均采用C30海工混凝土。臺后及溜坡填土γ=19KN/m3，填土內摩擦角30°。橋臺處工程地質條件較好，地基巖土層可分兩層：拋石；中風化變粒巖。

3.3 計算分析

由于本橋臺受力復雜，必須對橋臺所受荷載進行簡化。經過研究分析，確定簡化原則如下：

（1）上部結構（組合箱梁）恒載及彎矩按實際情況進行計算，簡化后的集中力通過支座傳遞到橋臺。

（2）下部結構（耳墻、牛腿、背墻、擋塊、臺帽、肋板、承臺、頂板）恒載及彎矩按實際情況進行計算，簡化后的集中力作用在承臺底中心。

（3）土重力只計算肋板后土重力及肋身間部分土重力恒載及彎矩，忽略臺前土重力，組合后的集中力作用在承臺底中心。

（4）土壓力：分別計算背墻范圍、肋板范圍及承臺范圍土壓力，將計算結果組合為豎直力、水平力及彎矩。

（5）汽車荷載：考慮豎直力及順橋向彎矩。

（6）支座摩阻力：取摩阻系數0.06計算其水平力及彎矩。

（7）樁側部分土壓力：考慮到承臺設計標高高于原地面9.2m，在原地面以上形成9.2m的“懸空樁”，必須考慮到后填土對樁基的影響，將樁側土壓力簡化為線性荷載施加在樁側。

（1）上部結構（組合箱梁）恒載及彎矩。

（2）下部結構（耳墻、牛腿、背墻、擋塊、臺帽、肋板、承臺、頂板）恒載及彎矩。

（3）土重力（含肋板后土重力及肋身間土重力）恒載及彎矩，忽略臺前土重力。

（4）土壓力（含背墻范圍、肋板范圍及承臺范圍土壓力）豎直力、水平力及彎矩。

（5）汽車荷載，豎直力及順橋向彎矩。

（6）支座摩阻力（取摩阻系數0.06）水平力及彎矩。

經組合，單列樁（共5列）使用極限狀態P=8694KN，H=996KN，M=9013KNm，承載能力基本組合P=8694KN，H=1161KN，M=10454KNm。

（荷載組合按照豎向力最小，水平力及彎矩最大原則。豎向力分項系數均取1，水平力及彎矩分項系數按規范選取，彎矩方向為逆時針）

樁側荷載為原地面以上至承臺底范圍內樁側土壓力 q1=160KN/m，q2=277KN/m。

采用平面桿系軟件進行分析，并在樁側施加土彈簧，變粒巖部分取m=15000000KN/m4，拋石部分取m=30000KN/m4，填土部分取m=3000KN/m4，計算結果如表1所示。

由此可見，本橋臺樁徑2m是可以滿足要求的。

4 結束語

（1）超高肋板式橋臺的臺背土壓力隨著深度呈線性變化，在設計中，需要考慮較大的土壓力作用，增加結構剛度以保證結構安全。

（2）由于臺后填土較高，樁基應在臺后路基與錐坡填土按規定壓實填至路槽底后開挖進行樁基和承臺的施工。

（3）超高橋臺臺前溜坡坡每8m高應設-2m寬的平臺，增加臺前填土的穩定性和加大填土的反向壓力。因本工程沒有設置溜坡的條件，必須在臺前設置擋土墻以保證穩定。

（4）在必要情況下，可酌情考慮后填土對樁基的抗推作用。

參考文獻

[1]JTG D63-2007.公路橋涵地基與基礎設計規范[S].

[2]馬希田.超高填土肋板式橋臺的樁基礎結構分析[J].科技傳播，2011.