薄壁桥台桩基础在桥梁设计中的应用

摘 要：公路立交的情况下，双排桩基薄壁轻型桥台不但可减少桥孔数量，而且无需设置支撑梁，不用断交也可正常施工，可充分利用桥下空间，具有构造简单、圬工数量小、造价合理等优点，在中小跨线桥的桥型布置中尤为适用。

关键词：薄壁桥台；双排桩基础

一、概述

目前，随着社会的发展，公路难免会产生跨越既有路网沟渠的桥梁，其中中小跨径的桥梁立交通道占公路桥梁总数量的一半以上。为保证台后填土稳定性，往往需要做桥台锥坡，这样就占用了大量桥下空间，为保证桥下行车空间，一般采用增加桥孔的方法来满足桥下行车的需要。（如下图所示）

然而使用薄壁轻型桥台可充分利用桥下空间，不用增加桥孔，桥台即可起到挡土的作用，无需做台前锥坡，具有构造简单、圬工数量小、施工方便快速、造价合理等优点，在中小跨线桥的桥型布置中尤为适用。但过大的台后土压力成为使用这种结构形式桥台的弊端，薄壁轻型桥台一般配扩大基础，顺桥向需加支撑梁，使支撑梁和桥板共同承受台后轮压及土压力，才能保持桥台稳定，使整个桥梁结构形成四铰刚构结构。因此薄壁桥台高度不能过大、为加设支撑梁被交路需断交等条件就成为了使用薄壁型桥台的种种限制因素。

二、工程结构特点

为保证被交路不断交，需取消支撑梁，当地质条件较差时，需采用桩基础，于是台身上部与预制板铰结，下部弹性嵌固于地基。桩顶横向截面为受力最不利位置，通过对薄壁桥台设计过程中的构造，受力分析，抗裂计算及薄壁桥台受力分析进行归纳总结，采用双排桩基础薄壁桥台结构，可以充分发挥钢筋和混凝土的力学性能，能很好地解决桩基础强度不足的问题，降低工程成本，节约造价。（构造图见下图）

（一）设计和施工简单

双排桩薄壁桥台结构计算模式简单，计算过程快，设计中通过不同高度桥台的一次性计算，从而形成标准化、程序化，可缩短设计周期，提高设计效率。施工工艺成熟，工程难度小。

（二）可适应不良地质条件

在地质条件比较差的地段，尤其是承载力和摩阻力很低的地段，地基承载力不能满足扩大基础或重力式桥台等刚性结构，选用其他桥型造价又不合理。双排桩薄壁结构既解决了单排桩薄壁桥台基础承载力不足的问题，又可缩短桩长，能较好的适应各种地质条件。

（三）工程适用范围广

采用双排桩薄壁轻型桥台，能够解决台后土压力过大的问题，适用于桥下净高在7m范围内的跨线桥。而且桥下无需设置支撑梁，不用断交也可正常施工。薄壁式桥梁可做到16m跨径结构，可充分满足桥下净高和净宽要求，建成后往往有“既宽又大”的感觉，美观适用。

（四）工程造价低

可减少桥孔数量，并且当桥台高度大于5m时还需采用肋板式桥台（需双排桩）以及采用高架桥等，造价要比1孔跨径薄壁桥台双排桩结构高很多。

三、工程计算实例

桥梁结构上部采用1～15m钢筋混凝土空心板，下部采用薄壁轻型桥台，钻孔灌注桩基础。

（一）设计资料

1）设计荷载：公路I级。

2）台高7.322m，钻孔灌注桩基础。

3）材料：台帽、台身、承台、桩基采用C30混凝土。

4）台后填土：台后填土采用粗砂或灰土分层夯实，内摩擦角？渍=35°，土的容重γ=19kN/m3。

（二）构造及尺寸（单位：cm）

（三）计算

1.恒载自重计算

A.上部构造P1=1102.5kN。

B.桥台背墙P2=76.47kN，牛腿P2′=27.17kN，搭板P3=101.2kN，台身P4=1295kN，承台P5=76.47kN，承台上土重P6=2287kN。

恒载对Ⅱ-Ⅱ截面垂直力及弯矩：

垂直力：∑P=P2+P2′+P3+P4=1499.84kN

弯矩：MⅡ-Ⅱ=-P2 e2-P2′e2′-P3 e3=-110kN

恒载对Ⅲ-Ⅲ截面垂直力及弯矩：

垂直力：∑P=P2+P2′+P3+P4+P5+P6=5356.84kN

弯矩：MⅢ-Ⅲ=-P2 e2-P2′e2′-P3 e3-P6 e6=-3728.9kN

2.水平力计算

A.台后填土自重引起的土压力：

各截面单位土压力q；

根据规范α=0，β=0，δ=？渍/2=18°；

侧土压力系数：

单位土压力：q=γhδ=4.503h（kN/m2）

各截面单位土压力：

Ⅰ-Ⅰ：q1=4.503×0.972=4.377（kN/m2）

Ⅱ-Ⅱ：q2=4.503×7.322=32.97（kN/m2）

Ⅲ-Ⅲ：q3=4.503×8.822=39.73（kN/m2）

根据内力计算强度配筋结果，拟定每根桩配置28根Φ22钢筋，按照《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》5.3.9～5.3.11规定，按大偏心受压构件通过软件进行圆形截面配筋计算，由计算结果得出：

截面强度计算值Mj=2141.35kN·m>M土中桩=1961.8kN·m，

Nj=3332.24kN>P桩max=3093.8kN

且钢筋面积Aj=106.43cm2>A=56.55cm2（最小配筋率纵向筋面积），满足规范及安全要求。

（四）计算分析及结论

经计算，桩截面最大弯矩发生在距桩顶以下3.6m处，M=

7962.3（kN·m），桩径为1.2m的双排四根桩，计算得每根桩桩长15m，桩基配筋每根桩配置28根Φ22纵向钢筋，钢筋净距11.7cm，即可满足设计及规范要求。

通过经济比较，采用单排桩基础主筋钢筋重量为22.0t，混凝土用量为106.02m3；采用双排桩基础主筋钢筋重量为5.0t，混凝土用量为67.85 m3，节省钢筋17.0t，混凝土38.2 m3；直接建筑工程费用节省约10.4万元。

四、结语

本文对薄壁轻型桥台的特点、优势及在工程中的设计与使用进行了论述，通过经济比较体现出薄壁轻型桥台双排桩基础在工程建设中具有适用性广，缩减桥孔，解决基础强度不足的问题，降低工程成本，施工便捷等优点。

参考文献：

[1] 薛富涛，张静海.薄壁桥台的设计计算.山东交通科技，2004.

[2] 宋法宝，吴新锋，徐卫.轻型薄壁桥台受力分析方法探讨.公路杂志社，2006.

[3] 林元培，桥梁设计工程师手册.人民交通出版社，2007.

[4] 李刚，吕婧.1孔16m薄壁桥台双排桩基础结构在高速公路上的应用.内蒙古科技与经济，2007.

作者简介：杨巍（1983-），男，河北邯郸人，2006年毕业于石家庄铁道学院，现在中煤天津设计工程有限责任公司从事道桥设计工作。