农桥设计原理的实践运用

杨梦娇

（开封市汴龙勘察设计中心）

1 工程概况

Y河沟是所在城区主要排水沟之一，本次工程任务为对渠道进行生态补水，保证沟边农田灌溉，并确保渠道两侧耕地排水问题，减少涝灾损失，保护沿岸农田。本工程灌溉面积为0.14 万hm2，工程等别为IV 级，工程规模为小（1）型。Y 河沟发源于龙亭区北郊乡郭楼村，穿连霍高速，在马湾村北汇入惠北泄水渠，全长2.40 km，流域面积14km2，设计流量13.03 m3/s。此次工程将Y河沟与柳园口总干渠连通，在柳园口总干渠桩号9+165 处右岸新建退水闸，Y 河沟引水流量为5 m3/s，Y 河沟在退水闸处桩号为0+000，入惠北泄水渠桩号为2+559，治理长度共2.56 km。Y河沟桩号0+000～2+559长2.56 km的渠道疏浚和全断面衬砌工程，规划新建退水闸1座，重建生产桥3座。

2 农桥设计及稳定计算

本次安排3 座重建生产桥，按设计标准为农桥-Ⅰ级设计。分别为郭楼桥，桩号0+159，桥面净宽为3.50 m，上部平板下部墩台桥，1孔跨10 m，角度90°；吴寨北桥，桩号1+217，桥面净宽为4.50 m，上部平板下部墩台桥，1孔跨10 m，角度90°。由于此桥桥址距离高铁较近，应于施工前与高铁管理部门及各利益相关方进行沟通协调，经各方同意后方可施工；吴寨东北桥，桩号1+530，桥面净宽4.50 m，1 孔跨10 m，上部采用预制预应力钢筋混凝土空心板简支结构，下部采用C30钻孔灌注摩擦桩结构，直径为1 m。3 座农桥面板采用板梁通用图集中华人民共和国交通行业《公路桥涵通用图》预制装配式钢筋混凝土空心简支板（1 m板宽）。农桥桥台基础均为重力式基础，农桥车道设计荷载为公路-Ⅱ级车道荷载的0.70倍计取，具体布置情况详见图1。

图1 农桥剖面图

农桥预制板采用C40，桥面现浇混凝土采用C40，抗冻标号F200，抗渗标号W6，基础混凝土强度均为C30，抗冻标号F200，抗渗标号W6。以保证通行安全，具体桩号见表1。

表1 Y河沟渠道生态补水工程农桥型式汇总表

根据《灌溉与排水渠系建筑物设计规范》（SL482-2011）农桥-Ⅱ级汽车设计荷载即以小客车车队为主的汽车荷载。采用农桥-Ⅱ级汽车荷载设计跨度为2～50 m的简支农桥时，其车道荷载的效应应与同跨径桥梁采用乘以0.60后的农桥-Ⅱ级车道荷载效应相同，其车辆荷载的效应应与同跨径桥梁采用乘以0.70后的农桥-Ⅱ级车辆荷载效应相同。

2.1 农桥设计

0+159 处1 座农桥，桥台型式均为U 型桥台，桥台高度5.00 m，桥面净宽3.50 m，单跨10.00 m，农桥设计荷载按照公路Ⅱ级的0.70倍设计，农桥两侧安装荷载警示牌，桥身采用装配式钢筋混凝土简支板梁，铺装层采用C40混凝土，二级配，栏杆采用C20预制混凝土，二级配。1+217、1+530处2座农桥，桥台型式均为U型桥台，桥台高度5.00m，桥面净宽4.50m，单跨10.00 m，农桥设计荷载按照公路Ⅱ级的0.70倍设计，农桥两侧安装荷载警示牌，桥身采用装配式钢筋混凝土简支板梁，铺装层采用C40混凝土，二级配，栏杆采用C20预制混凝土，二级配。

农桥地基存在液化，液化深度11～11.50 m。本次0+159、1+217、1+530农桥基础设计采用井柱桩处理，井柱桩设置6根，位于交通桥两端及中间，直径1.00 m，深度15.00 m，井柱桩选用抗硫酸盐水泥。

2.2 农桥基础稳定计算

2.2.1 U型桥台稳定计算

农桥U 型桥台为类似扶壁式挡土墙，为了简化计算，按照重力式挡土墙进行抗滑移、抗倾覆、地基承载力计算。选取典型桥台作为计算参照，总高度H=5.00 m，墙顶宽D0=0.40 m，底宽1.60 m。

稳定计算，基底应力按下式计算：

式（1）中：σmaxmin—挡土墙基底应力的最大值或最小值（KPa）； G—作用于挡土墙上全部垂直于水平面的荷载（kN）； M—作用于挡土墙上全部荷载对水平面平行前墙墙面方向形心轴的力矩之和（kN·m）；A—挡土墙基底的面积（m2）；W—挡土墙基底面对于基底面平行前墙墙面方向形心轴的截面矩（m3）；B—挡土墙底宽（m）；e—偏心距（m3）；σ—平均应力（kPa）；σ—最大应力（kPa）。

抗滑稳定安全系数Kc按下式计算：

式（2）中：Kc—挡土墙沿基底面的抗滑稳定安全系数；f—挡土墙基底面与地基之间的摩擦系数，取0.50； H—作用于挡土墙全部平行于基底面的荷载（kN）。

抗倾覆稳定安全系数K0按下式计算：

式（3）中：K0—挡土墙沿基底面的抗倾覆稳定安全系数； Mv—对挡土墙基底前趾的抗倾覆力矩（kN·m）； MH—对挡土墙基底前趾的倾覆力矩（kN·m）。

作用于挡土墙的主动土压力Ea按《水工挡土墙设计规范》（SL379-2007）中附录A土压力公式计算；对于重力式挡土墙，当墙后填土表面水平时主动土压力系数Ka按公式计算，具体如下：

式（4）中：Ea—作用于挡土墙上的主动土压力（kN/m）；Ka—主动土压力系数；γ—挡土墙后填土的容重，取18.00（kN/m3）；φ—填土内摩擦角，取32°；H—墙体高度（m）。

2.2.1.1 荷载计算及组合

最不利的工况为墙前无水、无土时，即只计算墙背土压力，不计墙前土压力、水压力。附加荷载作用于U型桥台的集中荷载99.30 kN。

2.2.1.2 挡土墙稳定计算结论

本工程主要建筑物级别为3 级，依据《水工挡土墙设计规范》（SL379-2007）取值。挡土墙平均基底应力设计值应不大于地基允许承载力，最大基底应力不大于地基允许承载力的1.20倍。砂砾石地基承载力特征值可取250 kPa。抗滑稳定安全系数Kc、抗倾覆稳定安全系数K0及桥台稳定计算成果见表2。

表2 桥台稳定计算成果表

2.2.2 桥墩稳定计算

桥墩（中墩）基础采用条形扩大基础，桥墩扩大基础面积为2.80×6=16.80 m2，地基承载力250 kPa。农桥桥墩上部荷载及承载力结果详见表3和表4。

表3 桥墩上部荷载计算表

表4 桥墩承载力计算表

3 结论

农桥设计的科学性与合理性能有效节省工程投资并保证施工质量，Y河沟渠道生态补水工程农桥所采用的预制空心板结构对施工场地及设备要求不高，还能避免面板集中预制场与灌区距离较远而增加预制梁板运输吊装难度的问题，省去中间环节，有效简化桥面铺装施工难度，保证施工进度。