樁蓋板結(jié)構(gòu)計(jì)算分析

武 揚(yáng)

（山西省城鄉(xiāng)規(guī)劃設(shè)計(jì)研究院，山西 太原 030001）

1 概述

樁蓋板結(jié)構(gòu)是指樁基接蓋梁，在蓋梁上擱置蓋板，有時(shí)也可不做蓋梁，蓋板直接放置在樁基上。蓋板跨度視被跨越管線要求確定，考慮樁基施工對(duì)管線影響，應(yīng)注意管線與蓋梁間需留夠安全距離。與常規(guī)橋梁結(jié)構(gòu)相比，樁蓋板結(jié)構(gòu)有造價(jià)低廉、構(gòu)造簡(jiǎn)單、施工方便、無(wú)需遷改管線等優(yōu)點(diǎn)。因此，樁蓋板結(jié)構(gòu)在市政道路、鐵路建設(shè)中得到廣泛應(yīng)用。本文依托某實(shí)際工程，對(duì)樁蓋板結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)進(jìn)行總結(jié)探討。

2 工程概況

某新建道路寬40m，在交叉口以北地下有兩條天然氣管線，根據(jù)天然氣公司提供的資料，管徑分別為D250 和D500，兩管線平均間距為8.5m，管線埋深在原地面下4～5m。該處路基為高填方路堤，最大填筑高度約9.3m，同時(shí)管線下方存在煤炭采空區(qū)，屬淺層開(kāi)采，對(duì)工程影響較大。由于采空區(qū)的存在，高填方路堤在重力作用下可能會(huì)造成地基不均勻沉降，進(jìn)而導(dǎo)致管道局部受彎，嚴(yán)重情況下管道會(huì)在連接處開(kāi)裂漏氣，影響運(yùn)營(yíng)安全。

為保證天然氣管正常運(yùn)營(yíng)，不遷移管線。為預(yù)防高填方路堤對(duì)管線不利影響，決定采取以下方案：首先對(duì)管線下方采空區(qū)注漿加固處理，然后在管線上方修建一樁蓋板結(jié)構(gòu)，增加管線上方土體的剛度，減小管線處應(yīng)力集中，防止土體發(fā)生不均勻沉降，進(jìn)而危及管線安全運(yùn)營(yíng)。樁基及蓋板施工時(shí)，為避免對(duì)管線造成干擾，樁蓋板結(jié)構(gòu)和管線間保證至少有3m 凈距。

3 樁蓋板構(gòu)造設(shè)計(jì)

該處地下無(wú)巖層，采用摩擦樁。兩天然氣管線不是平行布置，間距是變化的，為保證結(jié)構(gòu)與管線最小凈距3m，因此兩管線間只布置一排樁基，管線兩側(cè)各布置一排樁基，結(jié)構(gòu)形式為跨徑10m 的兩跨連續(xù)結(jié)構(gòu)。路堤坡腳處寬70m，考慮一定富余度，布置8 塊蓋板，每塊寬10m，蓋板間橫向留2cm 縫。樁蓋板平面布置如下1 所示。

圖1 蓋板布置示意圖

圖2 樁蓋板立面圖

4 樁蓋板結(jié)構(gòu)計(jì)算分析

4.1 蓋板計(jì)算分析

蓋板可近似為兩跨連續(xù)單向板，將填土面荷載轉(zhuǎn)化為均布線荷載計(jì)算，或者采用有限元法計(jì)算。板計(jì)算跨徑取支撐面中心線間距，抗剪計(jì)算采用凈跨徑。由于板上填土厚度達(dá)9.3m，因此可不考慮車輛荷載作用，只考慮蓋板自重及填土荷載。

蓋板配筋計(jì)算時(shí)，應(yīng)考慮地基對(duì)蓋板支撐作用，根據(jù)地質(zhì)資料，考慮地基支撐剛度折減一半，按100kN/m2計(jì)。填土重按18kN/m3計(jì)，蓋板重按25kN/m3計(jì)。則板上荷載為18×9.3+25×1-100＝92.4kPa，按連續(xù)梁計(jì)算板上荷載為92.4×10＝924kN/m。

計(jì)算得最大正彎矩6500kN·m，需鋼筋面積22041mm2；板下緣配置C25 鋼筋72 根；墩頂處最大負(fù)彎矩11550kN·m，需鋼筋面積40137mm2，因此板上緣配置C16 通長(zhǎng)鋼筋37 根，墩頂處C25 加強(qiáng)鋼筋72 根。

4.2 蓋梁計(jì)算分析

蓋梁埋在土中，裂縫寬度可不控制。計(jì)算蓋梁及樁基時(shí)，偏安全地認(rèn)為路堤填土及蓋板荷載全部作用于蓋梁上。依據(jù)新版規(guī)范《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 3362-2018）（以簡(jiǎn)稱《公橋規(guī)》），蓋梁宜按框架結(jié)構(gòu)分析計(jì)算。對(duì)于跨高比小于5 的蓋梁按深梁計(jì)算。

蓋梁上部土荷載及蓋板自重轉(zhuǎn)化為均布線荷載：（9.3*18+25）*10＝1924kN/m，按兩跨連續(xù)梁計(jì)算得橋臺(tái)處反力7215kN，橋墩處反力12015kN。將作用于蓋梁均布力等效為10 個(gè)集中力，間距1m，橋臺(tái)蓋梁集中力為721.5kN，橋墩蓋梁集中力為1201.5kN，選取橋墩蓋梁，按《公橋規(guī)》8.4 節(jié)進(jìn)行配筋計(jì)算。蓋梁上緣及下緣分別配C28 鋼筋14 根，樁頂處蓋梁上緣配置C28 加強(qiáng)筋14 根。

4.3 樁基計(jì)算分析

按連續(xù)梁算得橋臺(tái)和橋墩處支反力分別為7215kN 和12015kN，則單樁頂作用力為3608kN 和6013kN，根據(jù)地質(zhì)資料采用直徑1.5m 圓樁，算得樁長(zhǎng)分別為35m和55m。采空區(qū)位于地下30m 左右，樁端應(yīng)穿透采空區(qū)置于穩(wěn)定土層中。同時(shí)，采空區(qū)需注漿治理檢驗(yàn)合格后方可施工。

5 結(jié)語(yǔ)

樁蓋板結(jié)構(gòu)類似于蓋板涵，常用于跨越地下不可遷移的管線，但樁蓋板結(jié)構(gòu)因其基礎(chǔ)承載力高，結(jié)構(gòu)剛度大，因此適用于填土較高，跨徑較大的情況。樁蓋板結(jié)構(gòu)研究較少，本文以某實(shí)際工程為例，詳細(xì)介紹了樁蓋板構(gòu)造設(shè)計(jì)及計(jì)算過(guò)程，為以后同類型工程提供參考借鑒。