考慮土體側向作用的高承臺橋臺分析研究

張建娟

(山東交通學院，山東濟南250357)

0 引言

隨著公路建設的不斷發展，因場地限制或為減少工程造價，常利用臺后高填土或高樁承臺來縮短橋長，但是橋臺過高，導致臺背承受較大的土壓力，危及結構的安全。現行橋梁設計規范中未考慮高樁承臺的設計計算，土中承臺及樁基的受力部分并未說明計算方法，設計計算時往往會忽略一些有利因素，保守考慮。本文以某高樁橋臺為例，驗算橋臺及樁基安全性。

1 工程概況

該橋為新舊橋梁拼寬橋梁，由于地形條件及施工原因，承臺頂高出原地面5 m，需要對高樁承臺樁基進行承載力驗算。橋臺可分為：肋板頂寬1.3 m，底寬4.2 m，臺背填土距原地面高度為11.854 m，橋臺樁基直徑1.2 m，樁長15 m，嵌巖樁；橋梁設計荷載瀝青混合料路面的施工質量主要是看瀝青混合料的配比設計是否合理、施工材料的質量是否合格以及瀝青混合料設備的裝置完整程度。

為公路1級；地震設防烈度為7度。

2 計算參數

2.1 恒載計算

考慮主梁自重作用于橋臺部分，臺帽、肋板、承臺自重及各部件自重彎矩。

2.2 活載計算

考慮臺前汽車荷載，臺后汽車荷載，支座極限摩阻力；其中汽車荷載按等代均布圖層厚度按土壓力計算公式確定，因為支座極限摩阻力大于溫度及汽車制動力荷載，所以保守計算采用支座極限摩阻力計算縱向荷載。

2.3 土壓力的計算

1)不考慮臺后汽車荷載，根據《公路橋涵設計通用規范》得主動土壓力的計算公式：

其中，φ=35°,a=0°,δ=17.5°,β=0°，μ=0.246 3,γ填土=18 kN/m3，γ混凝土=25 kN/m3，H=3.03 m，B=14.48 m。

填土表面與水平面的夾角β=0°時，破壞棱體破裂面與豎直線的夾角θ的正切值。

其中，ω=α+δ+φ,破壞棱體長度l0=H(tgα+ctgθ)(此處H=11.854 m)。

得出:θ=0.528弧度，l0=20.31 m，h為汽車荷載等代均布土層厚度。

經計算h汽=0.28 m。

2.4 地震力

根據《公路橋梁抗震設計細則》，E2地震作用下，不考慮地震動時動水壓力和主動土壓力的影響，只考慮橋臺水平地震力影響。

Ehau=CiCsCdAGau/g。

3 承臺底面形心處內力計算

承臺底面形心處組合內力結果如表1所示。

表1 承載能力極限基本組合內力(彎矩以橋臺內傾為正)

承載能力極限最不利組合內力為M=-11 473.27 kN·m，N=10 196.68 kN,Q=3 415.54 kN；偶然組合最不利組合內力為M=-13 550.80 kN·m，N=7 117.72 kN,Q=3 601.62 kN；該組合值用于計算樁基承載能力，作為樁頂外力考慮。

4 樁基驗算

按照m法計算彈性樁，其計算模型圖見圖1。

樁身強度驗算結果如表2所示。

表2 樁身內力及抗力表

橋梁樁基樁身抗力小于軸力，工況1,工況2,偶然組合時承載能力不滿足要求，建議增大樁身直徑。偶然組合時，樁號1的抗力最小，為最不利的情況。樁基直徑1.3 m，主筋為28Φ25時，截面抗力為NR=1.17e+03 kN>1.12e+03 kN，樁身最大軸力驗算滿足要求。

正常使用極限狀態下，樁徑1.2 m，主筋為24Φ25，裂縫寬度分別為0.165 mm<0.2 mm，0.167 mm<0.2 mm滿足規范要求。

5 橋臺肋板底部截面驗算

橋臺肋板底面計算模型見圖2。

橋臺肋板底部為受力最大位置，所以選其該處進行截面驗算。截面驗算內力組合，如表3所示。

表3 肋板底部截面驗算內力組合

計算結果表明，承載能力極限狀態下，橋臺肋板頂面截面抗力NR=2.71e+04 kN>2 520 kN,承載能力滿足要求；正常使用極限狀態下，裂縫寬度分別為9.16e-02 mm<0.2 mm，9.44e-02<0.2 mm滿足規范要求；偶然組合橋臺肋板頂面截面抗力NR=1.13e+04 kN>Nj=1.67e+03 kN,承載能力滿足要求。

6 結語

1)本文偏保守計算，未計入臺前土體被動土壓力作用。2)為了增大安全系數，保證橋臺的安全性，嚴禁臺前填土、錐坡破壞。3)綜合考慮承載能力極限狀態基本組合與偶然組合，驗算橋臺強度，確定合理樁徑為1.3 m。4)正常使用極限狀態時，橋臺裂縫寬度，滿足規范要求。