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文檔簡介
1、<p> 芻議軟土地基橋梁下部結(jié)構(gòu)設(shè)計</p><p> 摘要:橋梁下部結(jié)構(gòu)設(shè)計的重要性關(guān)乎到整個工程的造價、質(zhì)量、工期及其使用。在軟土地基中橋梁下部結(jié)構(gòu)中的設(shè)計更需要重視,下面對結(jié)構(gòu)型式選用、內(nèi)力計算、結(jié)構(gòu)配筋等進行分析,并結(jié)合工程實例施工中技術(shù)難題處理進行論述。 </p><p> 關(guān)鍵詞:軟土地基;橋梁;下部結(jié)構(gòu);設(shè)計 </p><p> 中
2、圖分類號:S611文獻標識碼: A </p><p><b> 前言 </b></p><p> 近年來,隨著我國交通事業(yè)的迅速發(fā)展,橋梁的建設(shè)也逐漸增多。大到跨海大橋、跨江鐵路橋,小到公路橋、田野中小橋,橋梁工程給人們的生活帶來了諸多方便,給物流等經(jīng)濟發(fā)展帶來了機遇。同時橋梁建設(shè)施工質(zhì)量也備受人們的關(guān)注和期待。橋梁下部結(jié)構(gòu)是橋梁整體的重要組成部分,橋梁下部結(jié)構(gòu)設(shè)
3、計和施工質(zhì)量對工程造價、工期以及后期使用等都有直接的影響,合理設(shè)計橋梁下部結(jié)構(gòu)、嚴抓橋梁施工質(zhì)量,滿足交通所需的安全可靠等要求十分關(guān)鍵。 </p><p> 1、橋梁下部結(jié)構(gòu)型式選用 </p><p> 某橋梁施工段地基,表層覆蓋0.5——2m的粘性土硬殼層,下部是3——13m的淤泥、淤泥質(zhì)粘土層,往下依次為粘土、亞粘土層,花崗石麻巖。其中軟土淤泥層呈流塑狀態(tài),具有含水量大、壓縮性大、
4、透水性差、力學(xué)強度低等特點。軟土地基上墩臺型式的正確選用非常重要,不僅影響工程的正常使用,而且也是工程費用節(jié)省的關(guān)鍵,一旦有損,破壞性大且難以修復(fù),其安全重要性甚于上部構(gòu)造。受上部結(jié)構(gòu)、軟土性質(zhì)、填土高度、臨河情況、軟基處理措施等眾多因素的影響,比較復(fù)雜,需結(jié)合具體工程分析。軟土地基經(jīng)常選用的輕型墩臺有:鋼筋混凝土薄壁墩臺、柔性排架式墩臺、埋置式樁柱式橋臺、柱式橋墩。 </p><p> 很大程度上,軟基位移對
5、于墩臺的選擇會有很大影響,為了減少軟基位移,要盡可能減少超靜定個數(shù),在設(shè)計中還可適當(dāng)加大樁距,減少樁根數(shù),這樣的方法還有利于減少工程造價。當(dāng)樁底接近基巖表面時,承載力接近設(shè)計要求,沒有必要再伸入基巖以求更加保險;若承載力不夠,可把樁徑加大再算。盡可能不用嵌巖柱樁而采用摩擦樁。 </p><p> 2、下部結(jié)構(gòu)內(nèi)力計算 </p><p> 通常,通過在上部采用簡支結(jié)構(gòu)的標準梁,以達到減少
6、軟土地基位移對超靜定結(jié)構(gòu)的影響的目的。但是為了改善行車條件,僅在橋面作連續(xù)處理。這樣,整個橋梁的設(shè)計工作主要集中于下部結(jié)構(gòu),故其內(nèi)力計算方法的選用是否正確,考慮因素是否全面,直接關(guān)系到工程的安危。 </p><p> 2.1蓋梁內(nèi)力計算 </p><p> 上部恒載對下部墩臺影響力的計算不存異議。活載對下部墩臺的影響由《橋規(guī)》知,應(yīng)根據(jù)實際可能發(fā)生的最不利情況布置。但在新編《墩臺與基礎(chǔ)
7、》設(shè)計手冊的算例中,活載對墩臺的影響力計算為:當(dāng)荷載對稱布置時,按杠桿法計算,當(dāng)荷載偏心布置時,按偏心壓力法計算,兩種布載狀況的內(nèi)力取大值控制設(shè)計。這種算法沒有真正體會《橋規(guī)》用意,僅為兩種布載狀況下的內(nèi)力計算,不是各截面最不利狀態(tài)的內(nèi)力計算,所算內(nèi)力以偏概全,存在著不安全因素,將不少設(shè)計者引入誤區(qū)。筆者認為正確的做法,應(yīng)先畫出各截面內(nèi)力影響線,對應(yīng)影響線用杠桿法及偏心法進行最不利橫向布載,求出各截面內(nèi)力最大、最小值,再根據(jù)內(nèi)力包絡(luò)圖進
8、行結(jié)構(gòu)配筋。近幾年,有的設(shè)計單位作如下簡化計算也可行,對多支座的板、箱梁橋的墩臺蓋梁計算,按活載直接作用于由墩臺蓋梁簡化成的連續(xù)梁上進行計算,不考慮活載及二期恒載的橫向分布作用。 </p><p> 2.2橋臺土壓力計算 </p><p> 橋臺荷載的計算不僅要考慮橋墩內(nèi)力項目,而且還要對土壓力、負摩阻力、搭板自重等內(nèi)容進行計算。尤其是土壓力的計算需要注意,土壓力對橋臺結(jié)構(gòu)的影響復(fù)雜,
9、設(shè)計時需要注意以下幾點:(1)鋼筋砼薄壁臺土壓力計算:軟土地基上帶基樁的薄壁臺土壓力計算要按深層考慮。(2)埋置式橋臺土壓力計算:土壓力一般是以填土前原地面或沖刷線起算的,對較差土質(zhì),需根據(jù)實際土質(zhì)驗算,確定是否考慮地面以下臺后深層土對樁水平壓力的影響。另外,由于設(shè)計時土壓力計算均按臺后不滲水考慮,因此臺后一定要選用透水、強度高、穩(wěn)定性好的材料,否則,滲水后,摩擦角及粘接力下降,自重增加,橋臺實際所受土壓力遠大于設(shè)計值,造成橋臺失穩(wěn)。(
10、3)搭板對土壓力影響:設(shè)搭板的橋臺還應(yīng)考慮搭板作用后活載土壓力改變對橋臺有利的影響。(4)橋頭路基沉降、滑動的影響:路基沉降過大的影響橋頭跳車、臺背和梁端過早損壞;加大豎向土壓力及負摩阻力,橋臺蓋梁開裂及樁基不均勻下沉;路面開裂及路基滲水,促使路基失穩(wěn)。路基滑動導(dǎo)致橋臺嚴重破壞,此時橋臺所承受水平土壓力已遠大于正常計算,對于橋頭路基加寬、加高或處于改河、填溝段或路基外不遠有溝、河的,更要注意深層滑動驗算。上述兩</p>&
11、lt;p><b> 3、下部結(jié)構(gòu)配筋 </b></p><p> 3.1蓋梁配筋注意事項 </p><p> 對于等截面連續(xù)蓋梁的設(shè)計可以采用容許應(yīng)力法或極限法,但也不能完全套用,負彎矩處要有所保留;對于變截面連續(xù)蓋梁就只能使用容許應(yīng)力法。蓋梁的抗彎配筋,要考慮蓋梁受彎、剪、扭等的復(fù)雜影響及下部結(jié)構(gòu)的重要性,并應(yīng)對裂縫提出更嚴格的控制要求,兩種配筋方法一般
12、均不控制設(shè)計,主要由裂縫寬度控制配筋。至于抗剪設(shè)計,兩種方法都對砼與箍筋承擔(dān)剪力比例作了明確規(guī)定,這樣梁體往往需要設(shè)置大量斜剪力筋,給梁內(nèi)布筋帶來困難,配筋時,可以通過多設(shè)箍筋,讓砼與箍筋承擔(dān)更多的比例,使配筋自由度更大一點。蓋梁配筋要注意“強剪弱彎”,大部分梁體破壞是由剪力不足造成的,對抗彎筋滿足要求即可,而抗剪筋一般留有富余。對施工階段的應(yīng)力計算多用容許應(yīng)力法。 </p><p> 3.2樁筋設(shè)計注意事項
13、</p><p> 目前樁體抗彎筋的設(shè)計均采用極限法進行,這在規(guī)范中已有詳細的規(guī)定與公式。從理論上講,應(yīng)根據(jù)樁的彎矩包絡(luò)圖來對樁基各截面的配筋進行計算布置。通常是根據(jù)最大彎矩處進行配筋,從樁頂一直伸到最大彎矩一半及以下一定的錨固長位置,減少一半配筋再一直伸至彎矩為零及以下一定的錨固長位置,再下為素砼段,對于軟基,樁主筋最好穿過軟土層。江蘇省交通規(guī)劃設(shè)計院采用這種方式,而交通部第一勘察設(shè)計院將基樁主筋一半部分一直
14、伸到樁底。具體那種配筋更合理,對于摩擦灌注樁,無論從樁體受力來看,還是從節(jié)省工程費用及降低施工難度來看,筆者認為前一種更合理:(1)節(jié)省大量鋼筋;(2)鋼筋籠少受樁長的變更而變更;(3)減少底部斷樁處理的難度,減少扁擔(dān)樁處理的機率。澆樁時,開始幾米發(fā)生卡管等事故機率高,而采用第一種方式配筋,底部斷樁后,鋼筋籠拔出后,可原孔再鉆,新沂河特大橋由省院設(shè)計,施工中有4根素混凝土段斷樁是通過重新掃孔澆筑成功的,而新沂河特大橋以北路段由勘一院設(shè)計
15、,有兩根樁出現(xiàn)類似情況,因鋼筋籠一通到底,只能采用斷樁處理。 </p><p> 3.3橋臺配筋注意事項 </p><p> 在眾多橋梁調(diào)查研究中,橋臺的破壞數(shù)量最多,這與橋臺受力的復(fù)雜性有關(guān)。破壞主要表現(xiàn)在樁基、臺身、臺帽、臺墻、耳墻等開裂,尤以各構(gòu)件連接部位的裂縫為多。以往橋臺破壞多歸結(jié)為超載,事實上也與設(shè)計時忽略某些因素有關(guān),以下方面須予以考慮:(1)要求蓋梁完工后與混凝土底模分
16、開,以免增加自重;(2)臺后順橋向水平土壓力對蓋梁的水平彎矩是造成蓋梁跨中附近前側(cè)面豎向裂縫的主要原因,而側(cè)水平土壓力易造成耳墻根部彎裂;(3)橋臺前移使有縫橋變成無縫橋,大梁就會對橋臺背墻產(chǎn)生巨大的推力去平衡臺后的土壓力,兩個力作用的結(jié)果導(dǎo)致:a.背墻從根部剪裂;b.蓋梁挑出部分從支撐根部斜下彎裂;c.臺身與蓋梁及樁基與臺身連接處彎裂。(4)橋臺在土壓力、恒載、活載、梁反推力作用下將有很大的扭矩,使蓋梁發(fā)生扭剪破壞。(5)橋頭路基持續(xù)
17、不斷地下沉,致使背墻、梁端受活載過大沖擊而提前破壞。 </p><p> 因此,在設(shè)計中要適當(dāng)增加橋臺蓋梁抗剪、扭的箍、斜筋,并在蓋梁前側(cè)表面布置部分抗彎鋼筋;還應(yīng)加大背墻、耳墻尺寸及配筋;加大臺身尺寸及配筋;加大樁基與蓋梁或臺身連接處的樁根部配筋;加強橋臺前后軟基處理。 </p><p> 4施工中下部結(jié)構(gòu)技術(shù)難題的處理 </p><p> 施工與設(shè)計是緊密
18、相關(guān)的,合理、恰當(dāng)、易于實施的設(shè)計方案將有利于施工人員的施工。設(shè)計者還要對其提供的施工方案安全性應(yīng)進行驗算,有些施工方案的工藝、工序在設(shè)計文件中必須明確,否則對工程質(zhì)量、施工安全有不良影響;反之,施工中出現(xiàn)的技術(shù)難題也最終通過設(shè)計來解決。 </p><p><b> 4.1樁長變更 </b></p><p> 由于地質(zhì)鉆探資料提供的只是局部地質(zhì)情況,并且鉆探的情況
19、與實際樁孔地質(zhì)也會有一定的誤差,實際工程中對于樁的改變也是難免的。當(dāng)樁底碰到巖面較高,難以鉆進,地質(zhì)較好時,應(yīng)允許對樁長進行變更,但必須要求設(shè)計人員有豐富的地質(zhì)經(jīng)驗,根據(jù)鉆渣分析巖層實際強度,在滿足承載力情況下進行樁長調(diào)整,以減少施工難度。設(shè)計者既不能輕易變更樁長,又要避免過于保守,應(yīng)針對具體情況慎重處理。 </p><p> 4.2鉆頭高度對樁長影響 </p><p> 對于鉆頭高度
20、是否算入樁長的爭議,還尚未終止,另外一個爭論不休的問題的樁底位于巖層中的情況。對黏土層,曾以承載力等同的原則這樣處理過:平底鉆頭算樁長,不扣鉆頭高度,尖錐鉆1/3鉆頭算樁長。對巖層,此時最好結(jié)合樁鉆孔情況、巖層強度等作具體分析及分別處理。 </p><p> 4.3沉淀層厚度指標選用分析 </p><p> 由于清底系數(shù)值對樁長影響的較大,因此對摩擦樁沉淀層也無須太放寬。以0.3——0
21、.4d為宜,個別樁底沉淀層厚度超標的,澆筑前可用反循環(huán)清孔法進行清孔,這樣,設(shè)計時清底系數(shù)就不會取得太小、太保守,樁長設(shè)計也就更合理一些。 </p><p> 4.4橫系梁、承臺功用討論 </p><p> 設(shè)置橫系梁的主要目的是為了連接墩樁時的調(diào)偏,并且增大樁的橫向整體性。當(dāng)橋墩不高時,可以不設(shè)置橫系梁,橋墩較高時,也可將系梁提高到水位以上,減少圍堰費用及困難。承臺的主要作用是聯(lián)結(jié)群
22、樁,有些群樁承臺結(jié)構(gòu)可考慮用大直徑的獨樁結(jié)構(gòu)代替,以降低工程造價。 </p><p><b> 結(jié)語 </b></p><p> 綜上可以看出,軟土地基橋梁下部結(jié)構(gòu)的設(shè)計是比較復(fù)雜的。解決此問題,首先要對軟土地基進行處理,設(shè)計合理的基礎(chǔ)結(jié)構(gòu),綜合考慮才能整個對橋梁的設(shè)計有整體把握。對此,設(shè)計者要結(jié)合工程實際去分析問題,解決問題,擅于利用規(guī)范,但不局限與規(guī)范的限制。
23、 </p><p><b> 參考文獻: </b></p><p> [1]墩臺與基礎(chǔ)(公路橋涵設(shè)計手冊)[M].北京:人民交通出版社,1997. </p><p> [2]凌治平.基礎(chǔ)工程[M].北京:人民交通出版社,1990. </p><p> [3]JTJ017-96.公路軟土地基路堤設(shè)計與施工技術(shù)規(guī)范[
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