考慮土體側(cè)向作用的高承臺橋臺分析研究

張建娟

(山東交通學(xué)院，山東濟(jì)南250357)

0 引言

隨著公路建設(shè)的不斷發(fā)展，因場地限制或?yàn)闇p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(dǎo)致臺背承受較大的土壓力，危及結(jié)構(gòu)的安全?，F(xiàn)行橋梁設(shè)計規(guī)范中未考慮高樁承臺的設(shè)計計算，土中承臺及樁基的受力部分并未說明計算方法，設(shè)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(yàn)算橋臺及樁基安全性。

1 工程概況

該橋?yàn)樾屡f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(jìn)行承載力驗(yàn)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(shè)計荷載瀝青混合料路面的施工質(zhì)量主要是看瀝青混合料的配比設(shè)計是否合理、施工材料的質(zhì)量是否合格以及瀝青混合料設(shè)備的裝置完整程度。

為公路1級；地震設(shè)防烈度為7度。

2 計算參數(shù)

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?yàn)橹ё鶚O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(jù)《公路橋涵設(shè)計通用規(guī)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(jīng)計算h汽=0.28 m。

2.4 地震力

根據(jù)《公路橋梁抗震設(shè)計細(xì)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(nèi)力計算

承臺底面形心處組合內(nèi)力結(jié)果如表1所示。

表1 承載能力極限基本組合內(nèi)力(彎矩以橋臺內(nèi)傾為正)

承載能力極限最不利組合內(nèi)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(nèi)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(yàn)算

按照m法計算彈性樁，其計算模型圖見圖1。

樁身強(qiáng)度驗(yàn)算結(jié)果如表2所示。

表2 樁身內(nèi)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(yàn)算滿足要求。

正常使用極限狀態(tài)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(guī)范要求。

5 橋臺肋板底部截面驗(yàn)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(jìn)行截面驗(yàn)算。截面驗(yàn)算內(nèi)力組合，如表3所示。

表3 肋板底部截面驗(yàn)算內(nèi)力組合

計算結(jié)果表明，承載能力極限狀態(tài)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(tài)下，裂縫寬度分別為9.16e-02 mm<0.2 mm，9.44e-02<0.2 mm滿足規(guī)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(jié)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(shù)，保證橋臺的安全性，嚴(yán)禁臺前填土、錐坡破壞。3)綜合考慮承載能力極限狀態(tài)基本組合與偶然組合，驗(yàn)算橋臺強(qiáng)度，確定合理樁徑為1.3 m。4)正常使用極限狀態(tài)時，橋臺裂縫寬度，滿足規(guī)范要求。