農(nóng)橋設(shè)計原理的實踐運用

楊夢嬌

（開封市汴龍勘察設(shè)計中心）

1 工程概況

Y河溝是所在城區(qū)主要排水溝之一，本次工程任務(wù)為對渠道進(jìn)行生態(tài)補(bǔ)水，保證溝邊農(nóng)田灌溉，并確保渠道兩側(cè)耕地排水問題，減少澇災(zāi)損失，保護(hù)沿岸農(nóng)田。本工程灌溉面積為0.14 萬hm2，工程等別為IV 級，工程規(guī)模為小（1）型。Y 河溝發(fā)源于龍亭區(qū)北郊鄉(xiāng)郭樓村，穿連霍高速，在馬灣村北匯入惠北泄水渠，全長2.40 km，流域面積14km2，設(shè)計流量13.03 m3/s。此次工程將Y河溝與柳園口總干渠連通，在柳園口總干渠樁號9+165 處右岸新建退水閘，Y 河溝引水流量為5 m3/s，Y 河溝在退水閘處樁號為0+000，入惠北泄水渠樁號為2+559，治理長度共2.56 km。Y河溝樁號0+000～2+559長2.56 km的渠道疏浚和全斷面襯砌工程，規(guī)劃新建退水閘1座，重建生產(chǎn)橋3座。

2 農(nóng)橋設(shè)計及穩(wěn)定計算

本次安排3 座重建生產(chǎn)橋，按設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)為農(nóng)橋-Ⅰ級設(shè)計。分別為郭樓橋，樁號0+159，橋面凈寬為3.50 m，上部平板下部墩臺橋，1孔跨10 m，角度90°；吳寨北橋，樁號1+217，橋面凈寬為4.50 m，上部平板下部墩臺橋，1孔跨10 m，角度90°。由于此橋橋址距離高鐵較近，應(yīng)于施工前與高鐵管理部門及各利益相關(guān)方進(jìn)行溝通協(xié)調(diào)，經(jīng)各方同意后方可施工；吳寨東北橋，樁號1+530，橋面凈寬4.50 m，1 孔跨10 m，上部采用預(yù)制預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土空心板簡支結(jié)構(gòu)，下部采用C30鉆孔灌注摩擦樁結(jié)構(gòu)，直徑為1 m。3 座農(nóng)橋面板采用板梁通用圖集中華人民共和國交通行業(yè)《公路橋涵通用圖》預(yù)制裝配式鋼筋混凝土空心簡支板（1 m板寬）。農(nóng)橋橋臺基礎(chǔ)均為重力式基礎(chǔ)，農(nóng)橋車道設(shè)計荷載為公路-Ⅱ級車道荷載的0.70倍計取，具體布置情況詳見圖1。

圖1 農(nóng)橋剖面圖

農(nóng)橋預(yù)制板采用C40，橋面現(xiàn)澆混凝土采用C40，抗凍標(biāo)號F200，抗?jié)B標(biāo)號W6，基礎(chǔ)混凝土強(qiáng)度均為C30，抗凍標(biāo)號F200，抗?jié)B標(biāo)號W6。以保證通行安全，具體樁號見表1。

表1 Y河溝渠道生態(tài)補(bǔ)水工程農(nóng)橋型式匯總表

根據(jù)《灌溉與排水渠系建筑物設(shè)計規(guī)范》（SL482-2011）農(nóng)橋-Ⅱ級汽車設(shè)計荷載即以小客車車隊為主的汽車荷載。采用農(nóng)橋-Ⅱ級汽車荷載設(shè)計跨度為2～50 m的簡支農(nóng)橋時，其車道荷載的效應(yīng)應(yīng)與同跨徑橋梁采用乘以0.60后的農(nóng)橋-Ⅱ級車道荷載效應(yīng)相同，其車輛荷載的效應(yīng)應(yīng)與同跨徑橋梁采用乘以0.70后的農(nóng)橋-Ⅱ級車輛荷載效應(yīng)相同。

2.1 農(nóng)橋設(shè)計

0+159 處1 座農(nóng)橋，橋臺型式均為U 型橋臺，橋臺高度5.00 m，橋面凈寬3.50 m，單跨10.00 m，農(nóng)橋設(shè)計荷載按照公路Ⅱ級的0.70倍設(shè)計，農(nóng)橋兩側(cè)安裝荷載警示牌，橋身采用裝配式鋼筋混凝土簡支板梁，鋪裝層采用C40混凝土，二級配，欄桿采用C20預(yù)制混凝土，二級配。1+217、1+530處2座農(nóng)橋，橋臺型式均為U型橋臺，橋臺高度5.00m，橋面凈寬4.50m，單跨10.00 m，農(nóng)橋設(shè)計荷載按照公路Ⅱ級的0.70倍設(shè)計，農(nóng)橋兩側(cè)安裝荷載警示牌，橋身采用裝配式鋼筋混凝土簡支板梁，鋪裝層采用C40混凝土，二級配，欄桿采用C20預(yù)制混凝土，二級配。

農(nóng)橋地基存在液化，液化深度11～11.50 m。本次0+159、1+217、1+530農(nóng)橋基礎(chǔ)設(shè)計采用井柱樁處理，井柱樁設(shè)置6根，位于交通橋兩端及中間，直徑1.00 m，深度15.00 m，井柱樁選用抗硫酸鹽水泥。

2.2 農(nóng)橋基礎(chǔ)穩(wěn)定計算

2.2.1 U型橋臺穩(wěn)定計算

農(nóng)橋U 型橋臺為類似扶壁式擋土墻，為了簡化計算，按照重力式擋土墻進(jìn)行抗滑移、抗傾覆、地基承載力計算。選取典型橋臺作為計算參照，總高度H=5.00 m，墻頂寬D0=0.40 m，底寬1.60 m。

穩(wěn)定計算，基底應(yīng)力按下式計算：

式（1）中：σmaxmin—擋土墻基底應(yīng)力的最大值或最小值（KPa）； G—作用于擋土墻上全部垂直于水平面的荷載（kN）； M—作用于擋土墻上全部荷載對水平面平行前墻墻面方向形心軸的力矩之和（kN·m）；A—擋土墻基底的面積（m2）；W—擋土墻基底面對于基底面平行前墻墻面方向形心軸的截面矩（m3）；B—擋土墻底寬（m）；e—偏心距（m3）；σ—平均應(yīng)力（kPa）；σ—最大應(yīng)力（kPa）。

抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)Kc按下式計算：

式（2）中：Kc—擋土墻沿基底面的抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)；f—擋土墻基底面與地基之間的摩擦系數(shù)，取0.50； H—作用于擋土墻全部平行于基底面的荷載（kN）。

抗傾覆穩(wěn)定安全系數(shù)K0按下式計算：

式（3）中：K0—擋土墻沿基底面的抗傾覆穩(wěn)定安全系數(shù)； Mv—對擋土墻基底前趾的抗傾覆力矩（kN·m）； MH—對擋土墻基底前趾的傾覆力矩（kN·m）。

作用于擋土墻的主動土壓力Ea按《水工擋土墻設(shè)計規(guī)范》（SL379-2007）中附錄A土壓力公式計算；對于重力式擋土墻，當(dāng)墻后填土表面水平時主動土壓力系數(shù)Ka按公式計算，具體如下：

式（4）中：Ea—作用于擋土墻上的主動土壓力（kN/m）；Ka—主動土壓力系數(shù)；γ—擋土墻后填土的容重，取18.00（kN/m3）；φ—填土內(nèi)摩擦角，取32°；H—墻體高度（m）。

2.2.1.1 荷載計算及組合

最不利的工況為墻前無水、無土?xí)r，即只計算墻背土壓力，不計墻前土壓力、水壓力。附加荷載作用于U型橋臺的集中荷載99.30 kN。

2.2.1.2 擋土墻穩(wěn)定計算結(jié)論

本工程主要建筑物級別為3 級，依據(jù)《水工擋土墻設(shè)計規(guī)范》（SL379-2007）取值。擋土墻平均基底應(yīng)力設(shè)計值應(yīng)不大于地基允許承載力，最大基底應(yīng)力不大于地基允許承載力的1.20倍。砂礫石地基承載力特征值可取250 kPa。抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)Kc、抗傾覆穩(wěn)定安全系數(shù)K0及橋臺穩(wěn)定計算成果見表2。

表2 橋臺穩(wěn)定計算成果表

2.2.2 橋墩穩(wěn)定計算

橋墩（中墩）基礎(chǔ)采用條形擴(kuò)大基礎(chǔ)，橋墩擴(kuò)大基礎(chǔ)面積為2.80×6=16.80 m2，地基承載力250 kPa。農(nóng)橋橋墩上部荷載及承載力結(jié)果詳見表3和表4。

表3 橋墩上部荷載計算表

表4 橋墩承載力計算表

3 結(jié)論

農(nóng)橋設(shè)計的科學(xué)性與合理性能有效節(jié)省工程投資并保證施工質(zhì)量，Y河溝渠道生態(tài)補(bǔ)水工程農(nóng)橋所采用的預(yù)制空心板結(jié)構(gòu)對施工場地及設(shè)備要求不高，還能避免面板集中預(yù)制場與灌區(qū)距離較遠(yuǎn)而增加預(yù)制梁板運輸?shù)跹b難度的問題，省去中間環(huán)節(jié)，有效簡化橋面鋪裝施工難度，保證施工進(jìn)度。