橋梁承臺的構(gòu)造及計(jì)算模型探討

■張 濤 ■南通市市政工程設(shè)計(jì)院有限責(zé)任公司，江蘇 南通 226001

1 工程概況

南通市通劉路拓寬改造(幸福街道∽通州界)工程是位于港閘區(qū)的一條城市主干路，起著聯(lián)系港閘區(qū)幸福街道與通州區(qū)交通的重要作用。本工程跨越團(tuán)結(jié)河，雙幅橋梁，單幅寬度為25.5m。橋梁結(jié)構(gòu)擬建4 ×30m+4 ×30m+(60m+90m+60m)+4 ×30m+4 ×30m 預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁橋。其中跨越團(tuán)結(jié)河的主跨為60m +90m +60m 的變截面連續(xù)梁橋，上部結(jié)構(gòu)為滿堂支架澆筑變截面預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)箱梁，下部結(jié)構(gòu)采用樁基承臺上接雙柱式框架墩。本次舉主跨9 號中墩下部的承臺為例，對其構(gòu)造、計(jì)算作探討。

2 承臺構(gòu)造尺寸擬定

承臺尺寸的擬定與橋梁上部結(jié)構(gòu)、下部樁基均有密切關(guān)系，需同時(shí)滿足承載力、裂縫、耐久性、剛性角、最小配筋面積、造價(jià)較低、方便施工等要求。

根據(jù)上部梁體計(jì)算的反力，9 號中墩頂部支座反力標(biāo)準(zhǔn)值為36500KN，按照抗震支座規(guī)格，經(jīng)查需設(shè)置GPZ(KZ)37.5DX 系列支座滿足承載力和位移要求，GPZ(KZ)37.5DX 支座底鋼板尺寸為168cm×168cm。支座墊石比支座底鋼板每邊寬出15cm，支座墊石平面尺寸為200cm×200cm。按《公路圬工橋涵設(shè)計(jì)規(guī)范》(JTG D61 -2005)第6.2.2 條，支座每側(cè)邊緣與墩柱邊緣應(yīng)保持40cm 以上距離，橋墩尺寸不小于168 +2 ×40=248cm，因此初部擬定橋墩墩頂尺寸為300cm ×250cm，墩底尺寸為250cm×250cm，橫橋向橋墩雙柱的支座中心距離為700cm。

橋墩墩身承受的主要荷載為順橋向彎矩和豎向壓力，建立一端固定一端自由的計(jì)算模型，按照偏心受壓構(gòu)件對墩柱進(jìn)行偏心抗壓承載力、裂縫驗(yàn)算，墩柱構(gòu)造250cm ×250cm 符合要求，墩柱兩側(cè)配以Ф32鋼筋，間距12cm。

由于上部荷載較大，選用大直徑150cm 鉆孔灌注樁，樁基中心距離按照《公路橋涵地基及基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范》(JTG D63 -2007)5.2.4 條鉆孔樁中距不應(yīng)小于樁徑的2.5 倍，取樁基中心距離為380cm。根據(jù)橋墩根部寬度900cm，橫橋向布置4 排樁，順橋向布置3 排樁。邊樁外側(cè)與承臺邊緣的距離，對于直徑大于1.0m 的樁不應(yīng)小于0.3 倍樁徑，并不應(yīng)小于50cm，即在0.3 ×150=75cm 與50cm 兩者取較大值，邊樁中心與承臺邊緣的距離為125cm，由此確定承臺橫橋向尺寸為125 +3 ×380 +125=1390cm，順橋向尺寸為125 +2 ×380 +125=1010cm。

已知了墩柱、承臺的尺寸，綜合考慮墩底支反力、剛性角，根據(jù)《公路鋼筋混凝土及預(yù)應(yīng)力混凝土橋涵設(shè)計(jì)規(guī)范》(JTG D61 -2004)8.5條以下要求擬定承臺厚度尺寸:

(1)柱或承臺向下沖切的破壞錐體應(yīng)采用自柱或墩臺邊緣至相應(yīng)樁頂邊緣連線構(gòu)成的錐體;樁頂位于承臺頂面以下一倍有效高度h0處。錐體斜面與水平面的夾角，不應(yīng)小于450，當(dāng)小于450時(shí)，取用450。

(2)柱或墩臺邊緣到樁邊緣的水平距離，其值不應(yīng)大于承臺有效高度h0。

(3)承臺剛性角不大于40 度，即墩外緣距離承臺外緣不大于承臺高度h×tg400。

綜上要求，擬定承臺高度為350cm，橋墩及承臺構(gòu)造圖如下:

3 承臺承載力計(jì)算

采用橋梁博士3.0“彈性多排樁計(jì)算”軟件，考慮到本承臺覆土深度不小于50cm 要求，采用荷載標(biāo)準(zhǔn)組合計(jì)算出順橋向單樁軸力和橫橋向單樁軸力，取較大值為12240KN。多排樁基承臺中，由于水平力和偏心荷載的影響，外排樁單樁承載力一般遠(yuǎn)大于中間排樁，因此一般取外排樁荷載作為承臺計(jì)算的控制荷載。

目前承臺設(shè)計(jì)可概括為兩類:一類是將承臺作為受彎構(gòu)件，按“梁式體系”設(shè)計(jì)模式進(jìn)行受彎、受沖切、受剪切承載力計(jì)算;另一類是按“撐系桿體系”進(jìn)行分析和設(shè)計(jì)。

根據(jù)公路鋼筋砼規(guī)范8.5.2 條、8.5.3 條，當(dāng)外排樁中心距墩臺身邊緣距離120cm 小于承臺高度350cm 時(shí)，承臺短懸臂可按照“撐桿-系桿體系”計(jì)算撐桿的抗壓承載力和系桿的抗拉承載力。

承臺底設(shè)置雙層Ф32 鋼筋，對承臺進(jìn)行抗壓強(qiáng)度、抗拉強(qiáng)度、沖切、裂縫和構(gòu)造要求驗(yàn)算，符合規(guī)范，計(jì)算結(jié)果如下:

①撐桿-系桿驗(yàn)算

②抗剪驗(yàn)算

③下沖切驗(yàn)算

④角樁上沖切驗(yàn)算

⑤邊樁上沖切驗(yàn)算

根據(jù)公路鋼筋砼規(guī)范9.1.12 條最小配筋百分率P 的要求，偏心受拉構(gòu)件及軸心受拉構(gòu)件一側(cè)的受拉鋼筋的配筋百分率不應(yīng)小于45ftd/fsd，同時(shí)不應(yīng)小于0.20。P=45ftd/fsd=45 ×1.52/280=0.244 ＞0.2，即最小配筋面積為A0=0.244 ×0.01bsh0=0.244 ×0.01 ×13.9 ×3.35=113619mm2。本次采用228Ф32，As=228 ×804.2=183358mm2＞A0=113619mm2，符合設(shè)計(jì)要求。

在承臺頂部、側(cè)面分別設(shè)置Ф16 構(gòu)造鋼筋，在頂部與底部鋼筋網(wǎng)之間設(shè)置Ф16 豎向連系鋼筋。

通過以上步驟完成了確定承臺尺寸和配筋計(jì)算，承臺設(shè)計(jì)考慮因素較多，計(jì)算較復(fù)雜，應(yīng)對其相關(guān)規(guī)范、控制參數(shù)作全面的掌握。

4 結(jié)語

承臺在橋梁下部結(jié)構(gòu)中占據(jù)重要的作用，確定承臺的結(jié)構(gòu)必須從上部梁體到下部樁基綜合考慮，有時(shí)候甚至要考慮拆遷影響、埋地管線通過、大體積混凝土分層澆筑、預(yù)留冷卻水管等因素。擬定合理的承臺可以有效降低工程造價(jià)、優(yōu)化結(jié)構(gòu)的受力合理性、提高下部結(jié)構(gòu)的耐久性，為優(yōu)質(zhì)、精品工程打好基礎(chǔ)。本文結(jié)合具體工程的計(jì)算模型和方法，可供處理同類工程設(shè)計(jì)借鑒。

［1］李元音，畢夢雄.關(guān)于承臺強(qiáng)度幾種計(jì)算方法的分析比較.《港工技術(shù)》.2002 年6 月.NO.2.

［2］胡敏.新規(guī)范關(guān)于樁基承臺計(jì)算方法的分析比較.《交通標(biāo)準(zhǔn)化》.2009 年12 期:34 -38.