连云港海滨大道超高填土桥台分析与设计

徐凯耀

摘 要：文章结合了一座超高填土肋板式桥台的工程实例设计，介绍了超高填土肋板式桥台的受力特点及设计要点，分析并总结了其设计时需验算的主要内容，以期为同类型桥台的设计提供一定的参考。

关键词：超高填土；肋板式桥台；结构计算

1 概述

随着城市化进程的逐步推进，社会对交通基础设施的需求越来越高，部分处于平原微丘区甚至山岭重丘区的城市也对城市交通基础设施有了较高的要求。在部分地形起伏较大且地基基础较好的地区，为满足桥梁使用功能并减少桥梁的造价，有时会利用台后高填土来减少桥梁结构的长度。因此，桥台将承受较大的土压力，如不采取有效措施，将危及桥梁安全。

2 高填土桥台的特点及可选结构形式

由于填土高度较大，桥台承受的土压力急剧增大，在桥台受力中占有较大的比重。同时上部结构偏心荷载及水平力（温度影响力、混凝土收缩及徐变影响力、支座摩阻力及汽车制动力）对桥台的弯矩也随桥台高度增加而增加。

常见高填土桥台结构形式：

2.1 重力式U型桥台

重力式U形桥台的优点是构造简单、受力明确、施工方便，可以用混凝土或片、块石砌筑；同时U型桥台台前无需溜坡，当填土高度较大时对桥墩不产生影响。但是，由于U型桥台体积大、重量大，容易造成由于地基的压密下沉而引起的基础沉降，若地基土不良或经常受到地下水位升降等因素影响有可能产生不均匀沉降，从而造成桥台开裂；另外，U型桥台中空填土部分容易积水，冰冻后产生膨胀而使墙身产生裂缝；对于混凝土或片石混凝土U型桥台，在施工过程中还易产生温度裂缝和施工缝；同时，U型桥台基础较大，在地形起伏较大的山区施工均为困难。因此，高填土U型桥台在工程实施中存在的病害较多，局限性较大，后期维修加固费用较高。

2.2 框架式桥台

框架式桥台是一种在横桥向成框架式结构的桩基础轻型桥台，优点是所受的土压力较小，可用于地基承载力较低、台身较高、跨径较大的梁桥，但台前需设置溜坡深入桥孔，因而会压缩河道，占地较多。

适用于高填土桥台情况的桥台构造形式主要有桩柱式和肋板式两种。

桩柱式桥台一般为埋置式，对于各种土质地基都适宜。桩柱式桥台由于可以先填土后进行桩基施工，因此填土较密实，能有效减少填土沉降及台后填土对桥台产生的水平推力。

2.3 肋板式桥台

肋板式桥台稳定性较好，但通常要用双排桩基，钢筋、混凝土用量均较桩柱式多。

2.4 组合式桥台

为使桥台轻型化，桥台本身主要承受桥跨结构传来的竖向力和水平力，台后的土压力由其他结构来承受，从而形成了组合式桥台。常见的组合式桥台有加筋土组合桥台、锚碇板式桥台等形式。组合式桥台一般受力较明确，在理论上具有一定的优势，但由于结构复杂，施工较麻烦，因而在实际工程中使用并不多，在实践上经验还不成熟。

3 工程实例

3.1 工程背景

某山区桥梁，地形复杂，且因交通需要需在桥台处设置平交口，造成桥台填土高度达到18.5m。桥墩侧桥梁需跨越港口隧道（皮带机通道），为保证隧道正常使用，需对台前溜坡作出限制。同时，本工程处于近海区域，环境类别为近海或海洋环境，作用等级D、E级，对结构耐久性有较高的要求。由于本桥与已建成皮带机隧道线位相交，且主体结构间距离较近，为确保已建成隧道的安全，必须保证桥台桩基与隧道二衬结构距离不超过5.8m，承台不得侵占隧道二衬结构。为此，需将承台抬高设计成高桩承台。同时，桥台所处位置横桥向地面存在8.9m高差，在设计时保守地按照较低的地面高程计算，地面以上的桩基将达到9.2m，给设计带来了极大的困难。经过多次试算和论证，本桥台采用肋板式桥台，5×3A1.8m桩基础，肋板高2.2m，承台厚2.5m，台前设置一道桩板式挡土墙。其立面和平面图如图1、图2所示。

3.2 设计资料

本桥上部结构采用装配式预应力混凝土组合箱梁，跨径35m，共8片箱梁均布设置。设计荷载为城-A级；台帽采用C40海工混凝土，台身、前墙、侧墙、耳墙、承台、桩基均采用C30海工混凝土。台后及溜坡填土γ=19KN/m3，填土内摩擦角30°。桥台处工程地质条件较好，地基岩土层可分两层：抛石；中风化变粒岩。

3.3 计算分析

由于本桥台受力复杂，必须对桥台所受荷载进行简化。经过研究分析，确定简化原则如下：

（1）上部结构（组合箱梁）恒载及弯矩按实际情况进行计算，简化后的集中力通过支座传递到桥台。

（2）下部结构（耳墙、牛腿、背墙、挡块、台帽、肋板、承台、顶板）恒载及弯矩按实际情况进行计算，简化后的集中力作用在承台底中心。

（3）土重力只计算肋板后土重力及肋身间部分土重力恒载及弯矩，忽略台前土重力，组合后的集中力作用在承台底中心。

（4）土压力：分别计算背墙范围、肋板范围及承台范围土压力，将计算结果组合为竖直力、水平力及弯矩。

（5）汽车荷载：考虑竖直力及顺桥向弯矩。

（6）支座摩阻力：取摩阻系数0.06计算其水平力及弯矩。

（7）桩侧部分土压力：考虑到承台设计标高高于原地面9.2m，在原地面以上形成9.2m的“悬空桩”，必须考虑到后填土对桩基的影响，将桩侧土压力简化为线性荷载施加在桩侧。

（1）上部结构（组合箱梁）恒载及弯矩。

（2）下部结构（耳墙、牛腿、背墙、挡块、台帽、肋板、承台、顶板）恒载及弯矩。

（3）土重力（含肋板后土重力及肋身间土重力）恒载及弯矩，忽略台前土重力。

（4）土压力（含背墙范围、肋板范围及承台范围土压力）竖直力、水平力及弯矩。

（5）汽车荷载，竖直力及顺桥向弯矩。

（6）支座摩阻力（取摩阻系数0.06）水平力及弯矩。

经组合，单列桩（共5列）使用极限状态P=8694KN，H=996KN，M=9013KNm，承载能力基本组合P=8694KN，H=1161KN，M=10454KNm。

（荷载组合按照竖向力最小，水平力及弯矩最大原则。竖向力分项系数均取1，水平力及弯矩分项系数按规范选取，弯矩方向为逆时针）

桩侧荷载为原地面以上至承台底范围内桩侧土压力 q1=160KN/m，q2=277KN/m。

采用平面杆系软件进行分析，并在桩侧施加土弹簧，变粒岩部分取m=15000000KN/m4，抛石部分取m=30000KN/m4，填土部分取m=3000KN/m4，计算结果如表1所示。

由此可见，本桥台桩径2m是可以满足要求的。

4 结束语

（1）超高肋板式桥台的台背土压力随着深度呈线性变化，在设计中，需要考虑较大的土压力作用，增加结构刚度以保证结构安全。

（2）由于台后填土较高，桩基应在台后路基与锥坡填土按规定压实填至路槽底后开挖进行桩基和承台的施工。

（3）超高桥台台前溜坡坡每8m高应设-2m宽的平台，增加台前填土的稳定性和加大填土的反向压力。因本工程没有设置溜坡的条件，必须在台前设置挡土墙以保证稳定。

（4）在必要情况下，可酌情考虑后填土对桩基的抗推作用。

参考文献

[1]JTG D63-2007.公路桥涵地基与基础设计规范[S].

[2]马希田.超高填土肋板式桥台的桩基础结构分析[J].科技传播，2011.