軟土高震區“V”形墩支撐鋼橋的基礎設計

趙興中，華龍海，項敬輝

（天津市市政工程設計研究院，天津300457）

1 工程概況

本工程采用88m+140m+88m 三跨“V”形墩剛構橋，橋寬為34m。主墩采用5 片分離式弧形鋼墩柱，墩柱寬度為2.20m，高度為3.00～4.70m，變截面鋼箱梁結構，與5 片“V”形墩對應位置設置5 個箱體。主墩基礎為承臺，群樁基礎。計算參數按規范相應選取。

2 不同基礎形式的比較

不同的基礎布置形式會導致不同的結構剛度和頻率，同時，也會對施工和造價產生不同的影響[1]。

根據相關規范，得出本工程基礎部分荷載組合，如表1所示，并對高樁和低樁承臺基礎進行比較分析，如表2～表4所示。均采用MIDAS 有限元程序計算，通過節點彈性支承模擬基礎水平抗推剛度、繞水平軸的抗彎剛度以及豎向剛度的作用。

表1 荷載組合表

表2 高樁承臺基礎計算表

表3 低樁承臺基礎計算表

表4 方案比選表

結論：高樁承臺經濟效果好，施工方便，但樁身內力和位移較大。低樁承臺的鋼圍堰深度需要增加約9m，施工較為復雜且施工費用較高。同時會導致鋼墩長期浸入水中，鋼結構防腐蝕措施難度和費用增加。

3 基礎的設計計算

3.1 計算原則

剛度計算時，應充分考慮鋼護筒的參與受力；將鋼護筒折算為鋼筋進行強度計算；沖刷線處樁的水平位移控制在約1cm,樁的上部結構偏安全按自由外露考慮[2]。

3.2 基礎荷載計算

偶然荷載：地震作用；基本烈度：7 度,地震動峰值加速度0.15g。橋梁抗震設防分類：乙類。考慮鋼墩在E2 作用下彈性設計，表5 為正常使用階段、E1 以及E2 地震階段控制設計的荷載及計算結果。

表5 荷載及計算結果

如表5 所示，在E1地震作用下，基礎受力較正常使用工況小，樁基配筋率2.3%，單樁最大剪力1145kN。在E2 地震作用下，樁基配筋率4.1%，單樁最大剪力2480kN。

3.3 樁水平承載力驗算、抗剪驗算、抗彎驗算

根據JGJ 94—2014《建筑樁基技術規范》，群樁基礎的單樁水平承載力計算公式，直徑1.6m（鋼護筒直徑）混凝土灌注樁，土的水平向抗力系數的比例系數m值為3500 kN/m4，位移控制10mm 時，單樁水平承載力1380kN，正常使用滿足規范要求。根據CJJ 166—2011《城市橋梁抗震設計規范》規定，地震動土抗力可采用靜土抗力（規范取值）的2～3 倍，m值取為9500 kN/m4，位移控制10mm 時，單樁水平承載力2580kN，E2地震作用滿足規范要求。

高樁承臺樁頂為潛在塑性鉸區域，在E1 地震作用下，需要φ14mm 的HRB335 箍筋或者2 支 φ12mm 的R235 箍筋，在E2 地震作用下，需要φ16mm 的HRB335 箍筋或者2 支φ14mm 的R235 箍筋，配箍率較大，需要考慮鋼護筒的共同作用才能滿足抗剪計算及配箍率要求。

樁基鋼筋配筋率1.75%，以10 mm 鋼護筒折算配筋率2.45%，合計樁基配筋率4.23%，滿足基礎強度計算要求。

4 鋼護筒設計

既然考慮鋼護筒參與受力，那么鋼護筒與承臺樁基之間必須有可靠的連接。常規施工用鋼護筒不能滿足使用要求，需要特殊設計。

5 結語

在軟土高震區“V”形墩支撐鋼橋的設計，其基礎承受的水平力彎矩相對較大，基礎的設計是個重要的控制節點。

1）低樁承臺相對受力較為合理，但是在河中卻會增加施工難度，同時，會使鋼墩進入水中，增加耐久性措施的難度。

2）軟土地基土的m值較低，樁頂位移及基礎的水平承載力需重點關注，有可能成為控制基礎體量的關鍵點。

3）鋼墩橋的延性抗震需進一步研究，否則在高震區，上部完全彈性計算會導致地震水平力和彎矩較大，基礎體量較大。