连续梁桥空心高墩设计

第２６卷第１９期　甘肃科技　Ｇａｎｓｕ　Ｓｃｉｅｎｃｅ　ａｎｄ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ　Ｉｆ＿２６　Ｎｏ．１９　２０１０年１０月　０ｃｔ．　２０１０　连续梁桥空心高墩设计　张　明　（中铁第一勘察设计院集团有限公司（工程承包公司），甘肃兰州７３００００）　摘要：随着铁路建设事业的发展，山区铁路要求修建更多的高桥，桥墩的高度逐步增加。结合嘉南铁路庞庄河特　大桥制动墩设计，介绍空心高墩的计算要点及设计要素，分析说明设计中的主要注意事项。　关键词：连续梁桥；空心高墩；设计　中图分类号：Ｕ４５５．７　化砂岩，叮。＝８００ｋＰａ。　１　工程概况　庞庄河特大桥位于山西省晋城市胡底乡境内，　跨越庞庄河。桥位设在庞庄河河谷及阶地上，河谷　平缓。本桥位于线路为１１％ｏ的纵坡上，全桥无竖曲　线设置，其中０号台位于半径为１２００ｍ的平面曲线　上，其余均位于直线上。桥梁建筑高度约９０ｍ。孔　跨布置为３×３２ｍ简支梁＋（４８＋６×８０＋４８）Ｈ１连　续梁＋３　Ｘ　３２ｍ简支梁，其中主跨为一联（４８＋６×　８０＋４８）ｍ单线预应力混凝土连续梁，其它为普通　预应力混凝土简支梁，连续梁全长５７７．５ｍ。连续梁　主墩采用圆形钢筋混凝土空心墩，基础均为桩基础。　１．Ｉ主要技术标准　３）泥岩（Ｐ　）：局部夹薄层砂岩。黄褐色、浅黄　色，泥质结构，层状构造，节理裂隙较发育，强风化层　厚３．０～８．５ｍ，盯。＝３００ｋＰａ；弱风化，　。：　５００ｋＰａ。　４）泥岩夹砂岩（Ｐ　“　）：泥岩以青灰色为主，遇　水易崩解，抗风化能力差，砂岩多为中细粒结构，成　份以长石、石英为主，泥钙质腔结，弱风化，盯。＝　６００ｋＰａ。　２桥墩形式，如图１所示　１）铁路等级：Ⅱ级铁路，单线；　２）设计荷载：中一活载；　３）地震基本烈度：按７度设防；　４）设计洪水频率：１／１００，１／３００检算；　５）施工时风荷载设计强度：５００Ｐａ；　６）冻结深度：０．６１ｍ；　７）年平均气温１０．３￣Ｃ，年极端最高气温　３７．８℃，年极端最低气温一１９．９℃气温。　１．２水文情况　本桥设计流量为Ｑ　。。＝７５２ｍ　，常年有水，主河　槽宽度约１５０ｍ，水量受季节影响较大。　１．３地质情况　１）卵石土（Ｑ　）：分布于河床，浅灰色，成份以　风化后的砂岩为主，厚度１—５ｍ，粒径２０～６０ｒａｍ约　占４０％，６０～１００ｍｍ约占２０％，１００—２００ｍｍ约占　１０％，余为砂土充填，圆棱状，饱和，中密　。：　５００ｋＰａ；　２）砂岩（Ｐ　）：青灰色，节理较发育，中、细粒结　构，泥钙质胶结，中厚层状构造，本工点出露为弱风　图１桥墩形式（ｃｒｒ１）　１２４　２．１　顶帽　甘肃科技　第２６卷　４．２墩身强度计算　顶帽采用圆形截面，直径８．８ｍ，高度１．０ｍ。　２．２墩身　１）计算工况：①施工状态；②墩身自重＋恒载　＋活载＋相邻桥墩沉降＋水平力＋风力。　２）水平力的确定：制动墩墩顶水平力应考虑制　动力和主梁温度力的组合。按各墩抗推刚度进行分　配，并考虑活动支座滑移后制动力及温度力的重新　墩身设计为钢筋混凝土结构，采用圆形厚壁空　心截面形式。墩顶直径为８．４ｍ，墩身内外坡率分别　为５０：１和３０：１，墩顶处墩壁厚度为０．９ｍ，壁厚随　高度变化，桥墩顶帽、基础与墩身连接处分别设置　４ｍ、６ｍ的实体过渡段。　２．３基础　分配。制动墩纵桥向水平力为２２８３ｋＮ。　３）风振的影响：风力影响考虑了合理的风振系　数，并对梁、墩进行动力特性分析，墩身要选择抗风　性能好的结构形式。本桥采用圆形截面空心墩。　４）温度应力的计算：圆形空心墩的截面直径远　大于其壁厚，可近似认为只有竖向和切向应力，温度　本桥墩采用直径为２．０ｍ的桩基础，按摩擦桩　设计。　３建筑材料　１）顶帽及墩身采用Ｃ３５混凝土。　２）承台及桩基采用Ｃ３５及Ｃ３０混凝土。　３）钢筋采用ＨＰＢ２３５及ＨＲＢ３３５钢筋。　应力按太阳辐射温差１５℃，气温温差１Ｏ℃，寒潮降　温温差１５℃分别计算。　５）固端干扰应力计算：空心墩身与顶帽和基础　连接处，相当于固端的边界条件，此部位的纵向应力　与环向应力突变较大。可用悬臂梁计算的应力乘以　增大系数简化求出其局部应力。　６）强度计算：根据压弯构件进行强度检算。温　度应力与固端干扰应力叠加，墩身截面强度按图１　４结构计算　４．Ｉ顶帽　空心墩顶帽（包括墩顶实体段）的计算，属周边　支承的厚板，方法简单，偏于安全，其厚度为４ｍ，与空　心部分跨度的比值为０．５３，并考虑固端干扰的影响。　中所示截面进行检算，结果表明１Ｏ截面控制设计。　主要计算结果，见表１。　表１主要计算结果　注：（１）工况ｌ为施工状态；工况２为运营状态中墩顶最大支反力＋水平力＋纵向风力；工况３为运营状态中墩顶最小支　反力＋水平力＋纵向风力。　４．３墩顶位移　４．４．１整体稳定　１）桥墩纵向弹性水平位移组合：　①△水平力＋△风力＋△基础变位；　各截面纵向弯曲系数均大于０．９８，经计算纵向　稳定满足设计要求。　４．４．２局部稳定　②△水平力＋０．４△风力＋０．５△日照温差＋△基础变位。　２）墩顶弹性水平位移△水平力、△风力按下端固结　的悬臂梁计算。　３）非岩石地基由于基底土不均匀压缩产生的　混凝土空心墩当ｔ／Ｒ≥１／１０～１／１５时，局部失　稳临界应力与混凝土抗压强度接近，对于钢筋混凝　墩顶位移△基础变位按《地基规范》有关公式计算。　４）日照温差产生的墩顶位移△日照温差按相关研　究资料计算。　４。４稳定性计算　土空心墩局部稳定，偏安全地参照混凝土空心墩的　情况。空心墩最小壁厚满足：圆形墩ｔ≥１／１０—　１／１５Ｒ。其中，ｔ为空心墩壁厚；尺为空心墩半径。经　计算均满足设计要求。　（下转第１２２页）　１２２　甘肃科技　第２６卷　据（２）式可得Ｒ。＞７．５２Ｎ／ｍｍ　。即桩身砼强度等级　为Ｃ∞时也能满足竖向承载力要求。　的范围以及采用钻孔取芯法确定缺陷部位砼的强度　后，校核缺陷是否满足竖向承载力要求。　某国道公路桥基桩大多摩擦桩，摩擦桩的荷载　若桩身砼强度不变，而截面积减小，不考虑钢筋　影响，根据（２）式可得桩身截面积Ａ＞０．９６ｍ　。即　缺陷范围为桩身截面积的０．４６倍时也能满足竖向　承载力要求。　缺陷部位除校核竖向承载力外，还要校核抗弯、　层　传递特征是荷载通过侧阻力传递，侧阻力承受绝大　部分荷载，只有很小一部分荷载才传递至桩底。由　于桩身侧阻力很大，因而端阻所占比例较低，传递至　桩端的应力已接近于零。据此特征可对摩擦桩当桩　底有两个测线出现不密实的情况下，可考虑不进行　任何处理。　抗剪承载力，特别是缺陷位于桩上部时。　当缺陷深度ｚ满足下式时，　Ｚ＞４．Ｏ／ａ　（３）　７结束语　声波透射法在桥梁基桩完整性评价中是比较准　确可靠的，其检测结果，可对有缺陷的部位实施处理　措施时进行指导。在检测时，对有缺陷的桩应持慎　重的态度，不要漏判缺陷，也不要夸大缺陷的严重程　式中：　——地基变形系数；　桩身砼强模；Ｃ，。的砼弹模为３．０×　１０　ＭＰａ；　，＿一一一桩截面惯性矩，桩径为１．５ｍ时，，为　０．２４８５ｍ　；　度，必要时可结合反射波法和钻孔取芯进行综合评　价。本着实事求是的原则，对有缺陷的桩进行承载　力校核，对能满足各项承载力要求的桩不必进行加　固处理，从而减少不必要的浪费和损失。　参考文献：　［１］ＪＧＪ１０６—２００３，建筑桩基检测技术规范［ｓ］，中国建筑　工业出版社，２００３．　ｍ——地基土水平抗力系数的比例系数，不同　土层ｍ值可查相关规范；　６——计算宽度，ｂ＝０．９（ｄ＋１）＝２．２５ｍ；　ｄ——桩直径一般为１．５ｍ。　在水平荷载作用下，当缺陷深度Ｓ超过４．０／ｏｒ　时，桩身内的弯矩Ｍ和剪力Ｑ可忽略不计，缺陷部　位不承受水平向载荷。　［２］桩基工程检测手册［Ｍ］．人民交通出版社，２００３．　［３］灌注桩检测与处理［Ｍ］．人民交通出版社，２０００．　因此，在采用平测法结合两次斜测法确定缺陷　（上接第１２４页）　４．５抗裂性　相接，受力较为复杂，配筋时除在顶帽中设置双向抗　拉主筋外，还要在上实心段设置足够的分布钢筋。　墩身根据《铁路桥涵钢筋混凝土和预应力钢筋　２）墩身强度：控制截面为下实体段与墩壁交接　处，此处要考虑固端干扰应力及温度应力的影响。　３）墩顶位移；水平力＋风力＋基础变位控制位　移。墩顶位移的限值为１，ｈ＇ｉｌｌ，Ｌ取小跨跨度（ｍ）。　４）对高墩、大跨在设计时一定要考虑动力特性　分析。　混凝土设计规范》ＴＢ１０００２．３—２Ｏ０５第５．２．８条对　抗裂性进行了检算，计算裂缝宽度为０．１５７ｍｍ＜裂　缝宽度容许值０．２０ｍｍ。　４．６地震力　本设计对桥纵向、横向无车、横向有车进行了地　震力检算。检算按《铁路工程抗震设计规范》ＧＢ　５０１１１—２００６进行，地震裂度６度，按７度设防，Ｏｔ＝　０．４，反应谱按Ⅱ类场地土。　４．７基础计算　桩基础按摩擦桩设计，主力＋附加力控制，最大　单桩承载力Ｐ＝１４８５７ｋＮ。　５）本设计桩基承台尺寸较大，需通过计算设置　底层抗拉钢筋。　参考文献：　［１］铁道部第四勘测设计院．桥梁墩台［Ｍ］．北京．中国铁　道出版社，１９９９．　［２］郑永红．朔黄铁路庄里滹沱河大桥制动墩设计［Ｊ］．铁　道标准设计，１９９９，（８、９）．　５结果分析及建议　１）顶帽：由于顶帽承受集中力较大，且与墩身　［３］　阚戈，李彦博．连续梁桥制动墩墩顶纵向水平力值确　定的探讨［Ｊ］．铁道建筑，２００５（１１）．