软土高震区“V”形墩支撑钢桥的基础设计

赵兴中，华龙海，项敬辉

（天津市市政工程设计研究院，天津300457）

1 工程概况

本工程采用88m+140m+88m 三跨“V”形墩刚构桥，桥宽为34m。主墩采用5 片分离式弧形钢墩柱，墩柱宽度为2.20m，高度为3.00～4.70m，变截面钢箱梁结构，与5 片“V”形墩对应位置设置5 个箱体。主墩基础为承台，群桩基础。计算参数按规范相应选取。

2 不同基础形式的比较

不同的基础布置形式会导致不同的结构刚度和频率，同时，也会对施工和造价产生不同的影响[1]。

根据相关规范，得出本工程基础部分荷载组合，如表1所示，并对高桩和低桩承台基础进行比较分析，如表2～表4所示。均采用MIDAS 有限元程序计算，通过节点弹性支承模拟基础水平抗推刚度、绕水平轴的抗弯刚度以及竖向刚度的作用。

表1 荷载组合表

表2 高桩承台基础计算表

表3 低桩承台基础计算表

表4 方案比选表

结论：高桩承台经济效果好，施工方便，但桩身内力和位移较大。低桩承台的钢围堰深度需要增加约9m，施工较为复杂且施工费用较高。同时会导致钢墩长期浸入水中，钢结构防腐蚀措施难度和费用增加。

3 基础的设计计算

3.1 计算原则

刚度计算时，应充分考虑钢护筒的参与受力；将钢护筒折算为钢筋进行强度计算；冲刷线处桩的水平位移控制在约1cm,桩的上部结构偏安全按自由外露考虑[2]。

3.2 基础荷载计算

偶然荷载：地震作用；基本烈度：7 度,地震动峰值加速度0.15g。桥梁抗震设防分类：乙类。考虑钢墩在E2 作用下弹性设计，表5 为正常使用阶段、E1 以及E2 地震阶段控制设计的荷载及计算结果。

表5 荷载及计算结果

如表5 所示，在E1地震作用下，基础受力较正常使用工况小，桩基配筋率2.3%，单桩最大剪力1145kN。在E2 地震作用下，桩基配筋率4.1%，单桩最大剪力2480kN。

3.3 桩水平承载力验算、抗剪验算、抗弯验算

根据JGJ 94—2014《建筑桩基技术规范》，群桩基础的单桩水平承载力计算公式，直径1.6m（钢护筒直径）混凝土灌注桩，土的水平向抗力系数的比例系数m值为3500 kN/m4，位移控制10mm 时，单桩水平承载力1380kN，正常使用满足规范要求。根据CJJ 166—2011《城市桥梁抗震设计规范》规定，地震动土抗力可采用静土抗力（规范取值）的2～3 倍，m值取为9500 kN/m4，位移控制10mm 时，单桩水平承载力2580kN，E2地震作用满足规范要求。

高桩承台桩顶为潜在塑性铰区域，在E1 地震作用下，需要φ14mm 的HRB335 箍筋或者2 支 φ12mm 的R235 箍筋，在E2 地震作用下，需要φ16mm 的HRB335 箍筋或者2 支φ14mm 的R235 箍筋，配箍率较大，需要考虑钢护筒的共同作用才能满足抗剪计算及配箍率要求。

桩基钢筋配筋率1.75%，以10 mm 钢护筒折算配筋率2.45%，合计桩基配筋率4.23%，满足基础强度计算要求。

4 钢护筒设计

既然考虑钢护筒参与受力，那么钢护筒与承台桩基之间必须有可靠的连接。常规施工用钢护筒不能满足使用要求，需要特殊设计。

5 结语

在软土高震区“V”形墩支撑钢桥的设计，其基础承受的水平力弯矩相对较大，基础的设计是个重要的控制节点。

1）低桩承台相对受力较为合理，但是在河中却会增加施工难度，同时，会使钢墩进入水中，增加耐久性措施的难度。

2）软土地基土的m值较低，桩顶位移及基础的水平承载力需重点关注，有可能成为控制基础体量的关键点。

3）钢墩桥的延性抗震需进一步研究，否则在高震区，上部完全弹性计算会导致地震水平力和弯矩较大，基础体量较大。