论述桥梁下部结构设计

2022-09-10

1 桥梁下部结构型式选用

(1) 钢筋混凝土薄壁墩台当填土不高, 河床不宽时, 为减少桥长、节省造价, 不让台前锥坡压缩河床, 可采用靠河较近墩台身直立的桩基薄壁墩台, 墩台下面设支撑梁, 整个桥梁构成框架结构系统, 并借助两端台后的被动土压力来保持稳定。

(2) 柔性排架式墩台, 墩台基桩多为预制打入。

(3) 埋置式桩柱式桥台该型式桥台设于岸上台身埋入锥形护坡中, 有单排桩柱式与双排桩框架式两种。

(4) 柱式桥墩该型式桥墩适应性广、施工方便, 为软基中最好的选择型式。分为以下几点。

(1) 带盖梁单排桩柱式桥墩, 一般用于简支梁桥。

(2) 不带盖梁独柱式桥墩或排柱式桥墩, 用于连续现浇箱梁。

(5) 选用墩台应注意以下两点。

(1) 为减少软基位移对结构的影响, 尽可能减少超静定个数, 适当加大桩距, 减少桩根数。以上处理还降低工程造价。

(2) 当桩底接近基岩表面时, 承载力接近设计要求, 就没有必要再伸入基岩以求更加保险;若承载力不够时, 可把桩径加大再算, 尽可能用摩擦桩代替嵌岩柱桩。桥设计中就这样处理当用1.2m桩径时, 桩需嵌入基岩1.5m, 改用1.5m桩径时, 位于基岩表面即可满足承载要求, 却大大降低了施工难度。

2 下部结构

(1) 盖梁内力计算《墩台设计手册》中算例对墩台内力按下列方式计算:当荷载对称布置时, 按杠杆法计算, 当荷载偏心布置, 按偏心压力法计算, 两种布载状况的内力取大值控制设计。这种算法没有真正体会规范用意, 仅为两种布载状况下的内力计算, 不是各截面最不利状态的内力计算, 所算内力存在着不安全因素。正确做法:应该先画出各截面内力影响线, 再对应影响线用杠杆法及偏心法进行最不利横向布载, 求出各截面内力最大、最小值, 然后根据内力包络图进行结构配筋。近几年, 有的设计单位作如下简化计算也可行, 对多支座的板、箱梁桥的墩台帽计算, 按活载直接作用于由墩台简化成的连续梁上进行计算, 不考虑活载及二期恒载的横向分布作用。

(2) 桥墩内力计算墩桩顶的最大竖向力计算同上;墩桩顶水平力计算, 运用柔性墩理论中的集成刚度法, 将桥面汽车制动力及梁体混凝土收缩、徐变、温差、地震产生的水平力在全联墩台进行分配;最后根据不同组合的墩桩顶水平力、弯距及对应桩顶竖向力进行桩基各截面内力计算。

(3) 桥台内力计算除了桥墩内力计算项目外, 桥台竖向荷载还要增加土压力、负摩阻力、搭板自重等项。

3 下部结构配筋

(1) 极限法及容许应力法应用分析由于现行桥规将钢筋混凝土桥原容许应力法的弹性状态设计改按承载极限状态设计, 大家对容许应力法有淡漠趋势。事实上, 极限法是在等截面简支梁试验基础上获得的, 其适用范围有限, 有些方面还必须用容许应力法, 设计者需注意根据实际情况合理选用。

(2) 盖梁配筋注意事项。

(1) 等截面连续梁可以用极限法, 但不能完全套用, 负弯矩处需留有富余。 (2) 变截面连续盖梁只能使用容许应力法。 (3) 盖梁的抗弯配筋, 两种方法均不控制设计, 主要由裂缝宽度控制。 (4) 抗剪设计, 两种方法都对混凝土与箍筋承担剪力比例作了明确规定。这样梁体往往需要设置大量斜剪力筋

给梁内布筋带来困难, 配筋时可以通过多设箍筋, 让混凝土与箍筋承担更多的比例, 使配筋自由度大一点。 (5) 盖梁配筋要注意“强剪弱弯”, 大部分梁体破坏是由剪力不足造成的, 对抗弯筋满足要求即可, 而抗剪筋一般留有富余。 (6) 施工阶段应力计算多用容许应力法。

(3) 桩筋及桩长设计注意事项。

(1) 桩筋设计目前均采用极限法进行桩体抗弯筋设计, 这在规范中已有详细公式。对桩体抗裂还没有明确要求, 目前说法不一, 有待进一步研讨。对于基桩各截面的配筋, 从理论上讲, 应根据桩内弯矩包络图进行计算布置。通常是根据最大弯矩处进行配筋, 从桩顶一直伸到最大弯矩一半处下一定锚固长位置, 减少一半配筋再一直伸至弯矩为零下一定锚固长位置, 再下为素混凝土段, 对于软基, 桩主筋最好穿过软土层。 (2) 桩长设计桩长计算不同于桩基配筋, 仍采用容许应力法, 最大竖向力应按容许应力法要求计算, 不需考虑极限荷载组合系数。

(4) 桥台配筋注意事项。

桥台破坏主要表现在桩基、台身、台帽、背墙、耳墙等开裂, 尤以根部裂缝为多, 以往桥台破坏多归结为超载, 事实上也与设计时忽略某些因素有关:

4 施工中下部结构技术问题的处理

4.1 桩长变更

地质钻探资料仅反映局部地质情况, 加之钻探描述与实际桩孔地质有所出入。因此, 桩底碰到岩面难以钻进, 地质较好时, 应允许对桩长进行变更, 但必须要求设计人员、监理人员根据岩层实际强度, 设计者既不能轻易变更桩长, 又要避免过于保守, 在满足承载力情况下进行桩长调整。

4.2 沉淀层厚度指标选用分析

(1) 不要对沉淀层要求得太小, 施工中难以控制。

(2) 清底系数mo值对桩长影响较大, 以0.3d~0.4d为宜, 个别桩底沉淀层厚度超标的, 浇筑前可用反循环清孔法进行清孔。

4.3 断桩处理

桩底设素混凝土段对底层断桩处理有很大帮助, 对于上层断桩, 可用挖孔接桩法处理, 对于中层断桩, 有的桩不允许浇筑失败, 应重点控制。

4.4 横系梁、承台功用讨论

横系梁的主要功能是为了联结墩柱时调偏, 同时增大桩的横向整体性, 桥墩不高时, 可以取消;较高时, 也可将系梁提到施工水位以上, 减少围堰费用和困难。承台的主要作用是联结群桩, 有些群桩承台结构可考虑用大直径的独桩结构代替, 以降低工程造价。大桥将原框架式桥台简化为无横系梁、无台身的短凳框架式桥台, 因减少了土压力作用面, 桥台更安全可靠。

5 前期科学规划、合理方案对建桥的影响

桥梁前期方案设计, 对节省工程费用, 保证工程质量很重要。德国工程建设资金充足, 方案却往往要做好几年, 反复比较以求最佳, 而实施时间很短, 这一点很值得我们学习, 主管部门应给设计单位一个合理的设计周期。但很多时候, 大家赶急, 前期工作不细, 方案没有深度, 等施工图搞好了, 再重新完善方案, 结果整个设计又从头开始, 设计效率较低;若方案做得全面细致, 科学合理, 可以影响主管部门采纳而较少变动。

(1) 做好总体规划, 初步正确框定下部结构的位置及型式。

(2) 做好桥宽规划, 提高下部结构的设计质量及设计单位的设计效率, 规划部门希望桥宽一步到位, 而主管部门因资金所限不能一步实施到位。

(3) 勘测是下部结构设计合理的前提和基础, 现场地形、地质影响、下部结构型式的选择及方案的合理性、可行性, 对下部工程设计质量至关重要, 如果前期调查不细, 就会给工程实施造成设计变更、工期延长、费用增加等问题。