肋板式桥台优化设计最-2013.10.23.doc

肋板式桥台优化设计 张忠效1 熊虹娇1 杨焱华2 （1．深圳市市政设计研究院有限公司西安分公司 西安 710000；2．中交通力建设股份有限公司 西安 710000） 摘要：本文在典型工程案例分析的基础上，介绍了肋板式桥台的受力特点及构造，并在优化设计方面进行了一些探索。文章最后针对肋台在台后填土高度方面的局限性建议了替代方案，以供同行参考。 关键词：肋板式桥台；优化设计；经验尺寸；座凳式桥台 0 前言 肋板式桥台简称肋台（图1），又称肋式桥台、肋墙式桥台、肋形埋置式桥台等，是埋置式桥台的一种，属于轻型台的范畴[1]。由于其台身挖空率高、挡土面积小、抗推刚度大、经济节约，为广大桥梁设计者所熟知和采用，是当前一般梁式桥常用的桥台类型。配置桩基础的肋式台受力有一定的复杂性，简单地套用通用图或参考图而不进行具体分析，容易因处置失当而增加施工难度、影响工程经济，甚至危及结构安全。笔者拟通过实际工程案例分析，对肋台的受力特点和构造作些简要介绍，并就其优化设计提出某些看法和意见，不当之处敬请批评指正。 1 典型案例及分析 1.1　案例说明 某桥设计采用4×20m简支空心板，桥台尺寸如图2所示（本文各图尺寸均以厘米为单位，不另说明），0号台台后填土高度（以下简称“填高”）5.6米，台高（台帽顶至承台顶面的高度）4.5米，4号台填高7米，台高5.9米。该桥桩基施工时在强风化岩层草率终孔并成桩，未按设计要求嵌入中风化岩层，后经发现，重新验算，桩长无法满足设计承载力的要求，彼时承台尚未浇筑，空心板也未预制，大家都急于寻求经济可行的解决方案。 1.2　案例分析 笔者分析认为，问题虽然因施工引起（如桩基嵌岩，本案不会出现桩基承载力不足等安全问题），但本案例桥台在设计上也存在某些构造缺陷，有盲目套图、处置失当之嫌。针对原设计桥台构造，分析如下： 一、各部构造尺寸对本案的影响 桩基直径：对于填高11米以下（台高9米以下）的配桩基肋台，1.2米桩径可满足要求[2]，原设计采用1.4米的桩径大于常规，失于经济。但本案例所急正是桩基承载力不足，正可加以利用。 基桩间距：对于一般联长的连续梁桥，顺桥向桩距一般采用3.5米，可满足制动力、温度力等水平力对桥台的作用。简支结构桥梁水平力一般较连续梁小，基桩间距理应较小，一般取3.2～3.5米。原设计基桩间距3.6米偏大，但对减小由外力矩引起的桩顶竖直力是有利的，故也是解决本案问题的有利因素。 系梁尺寸：承台系梁断面宽度一般取1.5米，仅当承台规模较大或地基条件较差（如软土层较厚）时才有必要加强，本案系梁宽度2米可优化为1.5米，在减轻系梁自重的同时，又可减小系梁上土体的重量。 承台埋深：如本案，不少设计者习惯将埋置式桥台的承台顶面置于天然地面线以下，这不仅增大了基坑开挖方量、增加了基坑排水难度，还无谓地增加了桥台高度，降低了工程经济性。分析原因，可能和设计者对承台埋深的误解有关。我们习惯将承台、系梁顶面埋置于地表以下0.5～1.0米，往往是为了避免地表植物根茎、田间劳作、各种机械行驶、作业等对地下结构物造成损伤（有冻涨时另有埋深要求）。但对于埋置式桥台的承台，显然不存在上述状况，所以无需将承台完全置于天然地面线以下，相对合理的做法是保证承台底面埋入地面线以下不小于0.5米，同时相应考虑承台侧面土压力。本案例基桩已经浇注完成，此时抬高承台增加桩长对提高承载力无益，故不予处理。 肋板厚度：本案桥宽12米，设计肋板厚1.2米，可优化为1.0米，在减轻自重、节约材料用量的同时，可相应减小台后土压力。 二、基础相对于肋板的合理位置 桥台高度是随着台后路基填土高度变化而变化的，采用桩基础的肋式桥台为适应台后路基填土高度的变化，同时又需满足规范关于‘同一桩基中不宜采用桩端深度相差过大的桩’的要求，不仅要确定好桥台各部合理的尺寸，而且应十分重视肋板与基础的相对位置。双排桩基础桥台在土压力和上部结构、台身等竖直力作用下形成对承台底面中心的力矩将使各桩产生桩顶弯矩，特别是产生前后排基桩的轴力差，以抵抗和平衡外力矩。基础相对于肋板的位置愈不合理，则前、后排基桩的轴力差愈大，由轴向力决定的前、后排基桩桩长便相差愈大。 设计时，如图3所示，除L2值决定于肋板受力需要外，L1、L3均可调整，增大L1、减小L3，则基础向岸侧移动，反之基础向河侧移动。只要找到一个较为合理的位置，使恒载、活载对承台底面中心产生的综合力矩M尽可能小，则前后排基桩的轴力差和桩长差即可明显降下来。一般地，随着H的增大，台后土压力相应增大，要求基础相应逐渐往河侧移动，依靠N相对承台中心后移新增力矩平衡因台后土压力增加的新增力矩，使M始终维持在一个较低的水平。 工程设计时，为避免同一基础前后排桩长不一