芻議軟土地基橋梁下部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

1、<p>　　芻議軟土地基橋梁下部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)</p><p>　　摘要:橋梁下部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的重要性關(guān)乎到整個(gè)工程的造價(jià)、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(jì)更需要重視，下面對(duì)結(jié)構(gòu)型式選用、內(nèi)力計(jì)算、結(jié)構(gòu)配筋等進(jìn)行分析，并結(jié)合工程實(shí)例施工中技術(shù)難題處理進(jìn)行論述。 </p><p>　　關(guān)鍵詞:軟土地基；橋梁；下部結(jié)構(gòu)；設(shè)計(jì) </p><p>　　中

2、圖分類號(hào)：S611文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A </p><p><b>　　前言 </b></p><p>　　近年來(lái)，隨著我國(guó)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(lái)了諸多方便，給物流等經(jīng)濟(jì)發(fā)展帶來(lái)了機(jī)遇。同時(shí)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(jì)和施工質(zhì)量對(duì)工程造價(jià)、工期以及后期使用等都有直接的影響，合理設(shè)計(jì)橋梁下部結(jié)構(gòu)、嚴(yán)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(qiáng)度低等特點(diǎn)。軟土地基上墩臺(tái)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(fèi)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(tái)有:鋼筋混凝土薄壁墩臺(tái)、柔性排架式墩臺(tái)、埋置式樁柱式橋臺(tái)、柱式橋墩。 </p><p>　　很大程度上，軟基位移對(duì)

5、于墩臺(tái)的選擇會(huì)有很大影響，為了減少軟基位移，要盡可能減少超靜定個(gè)數(shù)，在設(shè)計(jì)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(jià)。當(dāng)樁底接近基巖表面時(shí)，承載力接近設(shè)計(jì)要求，沒(méi)有必要再伸入基巖以求更加保險(xiǎn)；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(jì)算 </p><p>　　通常，通過(guò)在上部采用簡(jiǎn)支結(jié)構(gòu)的標(biāo)準(zhǔn)梁，以達(dá)到減少

6、軟土地基位移對(duì)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(gè)橋梁的設(shè)計(jì)工作主要集中于下部結(jié)構(gòu)，故其內(nèi)力計(jì)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(jì)算 </p><p>　　上部恒載對(duì)下部墩臺(tái)影響力的計(jì)算不存異議?；钶d對(duì)下部墩臺(tái)的影響由《橋規(guī)》知，應(yīng)根據(jù)實(shí)際可能發(fā)生的最不利情況布置。但在新編《墩臺(tái)與基礎(chǔ)

7、》設(shè)計(jì)手冊(cè)的算例中，活載對(duì)墩臺(tái)的影響力計(jì)算為:當(dāng)荷載對(duì)稱布置時(shí)，按杠桿法計(jì)算，當(dāng)荷載偏心布置時(shí)，按偏心壓力法計(jì)算，兩種布載狀況的內(nèi)力取大值控制設(shè)計(jì)。這種算法沒(méi)有真正體會(huì)《橋規(guī)》用意，僅為兩種布載狀況下的內(nèi)力計(jì)算，不是各截面最不利狀態(tài)的內(nèi)力計(jì)算，所算內(nèi)力以偏概全，存在著不安全因素，將不少設(shè)計(jì)者引入誤區(qū)。筆者認(rèn)為正確的做法，應(yīng)先畫(huà)出各截面內(nèi)力影響線，對(duì)應(yīng)影響線用杠桿法及偏心法進(jìn)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(jìn)

8、行結(jié)構(gòu)配筋。近幾年，有的設(shè)計(jì)單位作如下簡(jiǎn)化計(jì)算也可行，對(duì)多支座的板、箱梁橋的墩臺(tái)蓋梁計(jì)算，按活載直接作用于由墩臺(tái)蓋梁簡(jiǎn)化成的連續(xù)梁上進(jìn)行計(jì)算，不考慮活載及二期恒載的橫向分布作用。 </p><p>　　2.2橋臺(tái)土壓力計(jì)算 </p><p>　　橋臺(tái)荷載的計(jì)算不僅要考慮橋墩內(nèi)力項(xiàng)目，而且還要對(duì)土壓力、負(fù)摩阻力、搭板自重等內(nèi)容進(jìn)行計(jì)算。尤其是土壓力的計(jì)算需要注意，土壓力對(duì)橋臺(tái)結(jié)構(gòu)的影響復(fù)雜，

9、設(shè)計(jì)時(shí)需要注意以下幾點(diǎn):(1)鋼筋砼薄壁臺(tái)土壓力計(jì)算:軟土地基上帶基樁的薄壁臺(tái)土壓力計(jì)算要按深層考慮。(2)埋置式橋臺(tái)土壓力計(jì)算:土壓力一般是以填土前原地面或沖刷線起算的，對(duì)較差土質(zhì)，需根據(jù)實(shí)際土質(zhì)驗(yàn)算，確定是否考慮地面以下臺(tái)后深層土對(duì)樁水平壓力的影響。另外，由于設(shè)計(jì)時(shí)土壓力計(jì)算均按臺(tái)后不滲水考慮，因此臺(tái)后一定要選用透水、強(qiáng)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(tái)實(shí)際所受土壓力遠(yuǎn)大于設(shè)計(jì)值，造成橋臺(tái)失穩(wěn)。(

10、3)搭板對(duì)土壓力影響:設(shè)搭板的橋臺(tái)還應(yīng)考慮搭板作用后活載土壓力改變對(duì)橋臺(tái)有利的影響。(4)橋頭路基沉降、滑動(dòng)的影響:路基沉降過(guò)大的影響橋頭跳車、臺(tái)背和梁端過(guò)早損壞；加大豎向土壓力及負(fù)摩阻力，橋臺(tái)蓋梁開(kāi)裂及樁基不均勻下沉；路面開(kāi)裂及路基滲水，促使路基失穩(wěn)。路基滑動(dòng)導(dǎo)致橋臺(tái)嚴(yán)重破壞，此時(shí)橋臺(tái)所承受水平土壓力已遠(yuǎn)大于正常計(jì)算，對(duì)于橋頭路基加寬、加高或處于改河、填溝段或路基外不遠(yuǎn)有溝、河的，更要注意深層滑動(dòng)驗(yàn)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(xiàng) </p><p>　　對(duì)于等截面連續(xù)蓋梁的設(shè)計(jì)可以采用容許應(yīng)力法或極限法，但也不能完全套用，負(fù)彎矩處要有所保留；對(duì)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(duì)裂縫提出更嚴(yán)格的控制要求，兩種配筋方法一般

12、均不控制設(shè)計(jì)，主要由裂縫寬度控制配筋。至于抗剪設(shè)計(jì)，兩種方法都對(duì)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(lái)困難，配筋時(shí)，可以通過(guò)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(diǎn)。蓋梁配筋要注意“強(qiáng)剪弱彎”，大部分梁體破壞是由剪力不足造成的，對(duì)抗彎筋滿足要求即可，而抗剪筋一般留有富余。對(duì)施工階段的應(yīng)力計(jì)算多用容許應(yīng)力法。 </p><p>　　3.2樁筋設(shè)計(jì)注意事項(xiàng)

13、</p><p>　　目前樁體抗彎筋的設(shè)計(jì)均采用極限法進(jìn)行，這在規(guī)范中已有詳細(xì)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(lái)對(duì)樁基各截面的配筋進(jìn)行計(jì)算布置。通常是根據(jù)最大彎矩處進(jìn)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(zhǎng)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(zhǎng)位置，再下為素砼段，對(duì)于軟基，樁主筋最好穿過(guò)軟土層。江蘇省交通規(guī)劃設(shè)計(jì)院采用這種方式，而交通部第一勘察設(shè)計(jì)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(duì)于摩擦灌注樁，無(wú)論從樁體受力來(lái)看，還是從節(jié)省工程費(fèi)用及降低施工難度來(lái)看，筆者認(rèn)為前一種更合理:(1)節(jié)省大量鋼筋；(2)鋼筋籠少受樁長(zhǎng)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(jī)率。澆樁時(shí)，開(kāi)始幾米發(fā)生卡管等事故機(jī)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(jì)，施工中有4根素混凝土段斷樁是通過(guò)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(jì)

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(tái)配筋注意事項(xiàng) </p><p>　　在眾多橋梁調(diào)查研究中，橋臺(tái)的破壞數(shù)量最多，這與橋臺(tái)受力的復(fù)雜性有關(guān)。破壞主要表現(xiàn)在樁基、臺(tái)身、臺(tái)帽、臺(tái)墻、耳墻等開(kāi)裂，尤以各構(gòu)件連接部位的裂縫為多。以往橋臺(tái)破壞多歸結(jié)為超載，事實(shí)上也與設(shè)計(jì)時(shí)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(kāi)，以免增加自重；(2)臺(tái)后順橋向水平土壓力對(duì)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(tái)前移使有縫橋變成無(wú)縫橋，大梁就會(huì)對(duì)橋臺(tái)背墻產(chǎn)生巨大的推力去平衡臺(tái)后的土壓力，兩個(gè)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(tái)身與蓋梁及樁基與臺(tái)身連接處彎裂。(4)橋臺(tái)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(guò)大沖擊而提前破壞。 </p><p>　　因此，在設(shè)計(jì)中要適當(dāng)增加橋臺(tái)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(tái)身尺寸及配筋；加大樁基與蓋梁或臺(tái)身連接處的樁根部配筋；加強(qiáng)橋臺(tái)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(jì)是緊密

18、相關(guān)的，合理、恰當(dāng)、易于實(shí)施的設(shè)計(jì)方案將有利于施工人員的施工。設(shè)計(jì)者還要對(duì)其提供的施工方案安全性應(yīng)進(jìn)行驗(yàn)算，有些施工方案的工藝、工序在設(shè)計(jì)文件中必須明確，否則對(duì)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(guò)設(shè)計(jì)來(lái)解決。 </p><p><b>　　4.1樁長(zhǎng)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(shí)際樁孔地質(zhì)也會(huì)有一定的誤差，實(shí)際工程中對(duì)于樁的改變也是難免的。當(dāng)樁底碰到巖面較高，難以鉆進(jìn)，地質(zhì)較好時(shí)，應(yīng)允許對(duì)樁長(zhǎng)進(jìn)行變更，但必須要求設(shè)計(jì)人員有豐富的地質(zhì)經(jīng)驗(yàn)，根據(jù)鉆渣分析巖層實(shí)際強(qiáng)度，在滿足承載力情況下進(jìn)行樁長(zhǎng)調(diào)整，以減少施工難度。設(shè)計(jì)者既不能輕易變更樁長(zhǎng)，又要避免過(guò)于保守，應(yīng)針對(duì)具體情況慎重處理。 </p><p>　　4.2鉆頭高度對(duì)樁長(zhǎng)影響 </p><p>　　對(duì)于鉆頭高度

20、是否算入樁長(zhǎng)的爭(zhēng)議，還尚未終止，另外一個(gè)爭(zhēng)論不休的問(wèn)題的樁底位于巖層中的情況。對(duì)黏土層，曾以承載力等同的原則這樣處理過(guò):平底鉆頭算樁長(zhǎng)，不扣鉆頭高度，尖錐鉆1/3鉆頭算樁長(zhǎng)。對(duì)巖層，此時(shí)最好結(jié)合樁鉆孔情況、巖層強(qiáng)度等作具體分析及分別處理。 </p><p>　　4.3沉淀層厚度指標(biāo)選用分析 </p><p>　　由于清底系數(shù)值對(duì)樁長(zhǎng)影響的較大，因此對(duì)摩擦樁沉淀層也無(wú)須太放寬。以0.3——0

21、.4d為宜，個(gè)別樁底沉淀層厚度超標(biāo)的，澆筑前可用反循環(huán)清孔法進(jìn)行清孔，這樣，設(shè)計(jì)時(shí)清底系數(shù)就不會(huì)取得太小、太保守，樁長(zhǎng)設(shè)計(jì)也就更合理一些。 </p><p>　　4.4橫系梁、承臺(tái)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(shí)的調(diào)偏，并且增大樁的橫向整體性。當(dāng)橋墩不高時(shí)，可以不設(shè)置橫系梁，橋墩較高時(shí)，也可將系梁提高到水位以上，減少圍堰費(fèi)用及困難。承臺(tái)的主要作用是聯(lián)結(jié)群

22、樁，有些群樁承臺(tái)結(jié)構(gòu)可考慮用大直徑的獨(dú)樁結(jié)構(gòu)代替，以降低工程造價(jià)。 </p><p><b>　　結(jié)語(yǔ) </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(jì)是比較復(fù)雜的。解決此問(wèn)題，首先要對(duì)軟土地基進(jìn)行處理，設(shè)計(jì)合理的基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)，綜合考慮才能整個(gè)對(duì)橋梁的設(shè)計(jì)有整體把握。對(duì)此，設(shè)計(jì)者要結(jié)合工程實(shí)際去分析問(wèn)題，解決問(wèn)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(xiàn): </b></p><p>　　[1]墩臺(tái)與基礎(chǔ)(公路橋涵設(shè)計(jì)手冊(cè))[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(jì)與施工技術(shù)規(guī)范[