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纳雍河大桥下部结构设计

作者：赵洪丽

来源：《建筑工程技术与设计》2014年第13期

摘要：纳雍河大桥主桥为预应力混凝土变截面连续刚构桥，引桥为预应力混凝土现浇箱梁。主要介绍了双薄壁墩在连续刚构桥桥墩设计中的应用，系梁在高墩中的受力特点。对水库区桩基的受力进行了分析计算。

关键词：连续刚构，双薄壁墩，系梁，塌岸线 一、工程背景

纳雍河大桥是黔中水利枢纽库区X760线淹没路复建工程的关键工程，桥址位于库区X760线复建路桥区，贵州毕节地区纳雍县境内塘上村附近，是当地居民出行及与纳雍县、织金县、六枝特区经济交往的主要交通要道。

桥址地处贵州高原西北部斜坡地带，受侵蚀-剥蚀影响，地形条件复杂，属中等切割的侵蚀-剥蚀高中山地貌。桥位横跨纳雍河，北岸桥台坡面较平缓，为耕地，南岸为一斜坡，坡度较陡。场区上覆地层为第四系残坡积层粘土，下伏地层为三叠系下统夜郎组砂岩，分强风化亚层和中风化亚层。 二、技术标准

道路等级：双向两车道四级公路，桥面宽度10m：9m净宽+2x0.5m安全护栏，荷载等级：公路-Ⅱ级，设计行车速度：20km/h，大桥设计洪水频率：1/50，设计洪水频率：1/50，该场区抗震设防烈度为7度，设计基本地震加速度值为0.05g。 三、总体设计

为满足安全、耐久、适用、经济、美观等方面的要求，主桥选用预应力混凝土变截面连续刚构桥，引桥采用预应力混凝土简支现浇箱梁，跨径组成为64.2m+110m+64.2m主桥+25m引桥，总长263.4m，桥宽10m。主墩采用双薄壁墩，钻孔灌注桩基础；过渡墩采用实体墙式墩，钻孔灌注桩基础；桥台采用一字型桥台，分别采用扩大基础和钻孔灌注桩基础。 四、桥墩设计

1、连续刚构桥桥墩形式

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受力较为复杂的高墩当属连续刚构桥的柔性墩，从构造上讲，柔性墩可分为双薄壁墩和单薄壁墩两种，目前国内高墩以双薄壁墩为主，单薄壁墩为辅。连续刚构多采用双薄壁墩，主要出于以下几方面考虑：

（1）双薄壁墩双肢之间保持一定的距离，构成很大的纵桥向抗弯刚度，可减小主墩负弯矩；

（2）高墩大跨连续刚构桥在横桥向的约束很弱，桥梁在横向不平衡荷载或风载作用下，易产生扭曲、变位，双薄壁墩横桥向抗扭刚度大，对承受风荷载有利；

（3）纵向抗推刚度小，可有效降低由于墩梁固接带来的温度、混凝土收缩徐变影响，可减小墩柱对中跨梁体的约束；

（4）双薄壁墩结构形式上有利于悬臂浇筑法施工。根据以上分析，本桥主墩1、2号桥墩采用双薄壁墩（等截面圆端形实心墩）较为合理，桥墩厚度为1.6m，横桥向直线部分宽度5m，两端半圆直径1.6m，圆端形双薄壁墩中心距7.1m，考虑到高墩施工过程中的稳定性，墩身加入劲性骨架设计。承台厚度4m，横桥向尺寸15m，纵桥向尺寸11.6m，考虑到大体积混凝土施工时产生的水化热影响，在承台内设置冷却水管。 2、系梁的设置

高墩桥梁稳定性一直是影响桥梁结构安全的关键因素，如何在保证桥梁外形美观、结构受力合理的情况下提高高墩桥梁的稳定性，是工程技术人员一直在探讨的问题。本桥主墩在二分之一墩高处设置系梁，截面高度1.2m，宽度5.5m，以提高桥墩的稳定性，双薄壁墩系梁主要承受恒载、活载和温度作用。恒载作用与普通固接梁一样，温度和活载作用都使系梁发生错动，温升与跨中活载作用效应规律相类似，温降与边跨活载作用效应规律相类似。系梁在恒载、活载和温度组合作用下，上下缘均可出现拉应力，故配筋时应注意上下缘都配受拉钢筋，尤其系梁与墩柱连接部位是受力较大的位置。

关于设置系梁，国内学者结合工程实际做过大量分析，综合起来大致得出如下结论： （1）增加墩间横系梁后，无论是最大悬臂阶段还是成桥阶段，桥梁的顺桥向稳定性均有较大的改善，而对于桥梁的横向稳定性基本上没有影响。

（2）增加横系梁后，桥梁顺桥向的水平抗推刚度也随之有所增大，但是增大比例不大，对于跨径较大的桥梁，小幅度的水平抗推刚度增大对上部主梁的计算结果影响不大。 （3）双薄壁墩若设一道系梁，其位置应设在1/2墩高处，双薄壁墩若设两道系梁，其位置应靠近1/2墩高处为佳。 五、基础设计

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基础采用桩径2.5m的钻（挖）孔灌注桩，基桩按纵向两排、横向三排布置，每个承台下共6根桩，按嵌岩桩设计。主、引桥间3号过渡墩采用等截面圆端形实心墩，墩身厚度1.8m，横桥向直线部分宽度3.55m，两端半圆直径1.8m，承台尺寸为7.5x7.5x3m，同样需要设置冷却水管。基础采用桩径1.5m的钻（挖）孔灌注桩，基桩按纵向两排、横向两排布置。桥台均采用一字型桥台，0号台采用扩大基础，4号台采用桩基础。 1、常规桩基受力计算

桩基础计算一般包括单桩极限承载力和桩身强度的设计或验算。单桩承载力的内力只需考虑最大竖向力的组合，比较简洁。进行桩身强度内力计算则类似于墩柱，属于偏心受压构件（对于群桩可能会出现偏心受拉构件），因此可以利用与墩柱一致的方法，计算墩柱的内力组合，根据桩的地质条件，按规范规定的一系列方法计算得到桩对应的最不利内力组合。对于群桩基础只要得到承台底的不利组合，即可根据规范进行分配。

桩基在水平力和弯矩作用下，若承台座板埋于局部冲刷线或地面以下，可考虑座板侧面和桩身侧面土的弹性抗力的作用。如果座板底面位于局部冲刷线或地面以上，则只考虑桩身侧面土的弹性抗力的作用。《公路桥涵设计通用规范》列出了“m”法的桩基计算方法，该法以“m”代表地基系数随深度变化的比例系数。 2、本桥桩基受力的特殊性

场地南岸地形较陡，开挖形成临空面易产生局部滑塌。综合地质调绘、物探及钻探资料，场地地表土层相对较厚，下覆地层强风化砂岩体破碎、岩质软，当受到雨水等各种地质因素影响时，岩体易软化、崩解。当库区建成蓄水后，库区地质、水文环境将会发生改变，在库区水的长期作用下，将引起桥两岸覆盖层及强风化砂岩发生坍塌，对基础的稳定性产生一定的影响，施工过程中建议对开挖后的边坡采用锚索格构支护。地勘单位通过对场地进行地质调绘，根据《工程地质手册》有关土的经验数据，采用综合计算法计算库区库水位以下稳定坡角、库区洪水位以上稳定坡角、以确定最终塌岸线，塌岸线分布如图1所示。

从安全角度考虑，桩基设计中不计该土层的横向抗力，亦即认为桩埋入土中深度h=0，每一根桩在局部冲刷线处：

δHH（0）=δHM（0）=δMH（0）=δMM（0）=0

每一根桩桩顶处的δHH、δMM、δHM，分别为δHH= 、δMM = 、 δHM=δMH= 则ρPP=，

ρHH=，ρMH=ρHM=，