软土地基小桥涵钢筋混凝土板整体基础实践.pdf

SHAN GH AI H 一s 软 土地基小桥 涵钢筋混凝 土板 整体 基础 实践 何 芸 ( 湖 州市 交通 工程 总公 司 ， 浙 江 湖州 ， 3 1 3 0 0 0 ) 摘要 ： 钢筋混凝土板整体基础是在 实践 中产生的桥涵基础新形式 ， 适用于软土地 基小桥涵 。湖州市 自 2 0世 纪 8 O年代年 以来 ， 采 用钢筋混凝土板整体基 础建造小桥涵上百座 ， 不但结构可靠 、 施工 方便 ， 而且 可 以降低造 价、 缩 短工期 ， 又 不发 生“ 桥 头跳 车” ， 具有 较大的推广应用价值 。其设 计计 算可采用文克尔地基模 型 ， 并介绍 了 8个实例 和施工 要点 。 关键词 ： 软土地基 ； 小桥 涵 ； 钢筋混凝 土板整体基础 ； 文克 尔地基模 型 ； 施工要点 ； 推广应用 1 概 述 软 土是 近代 水 下沉 积 的饱 和黏 性 土 ， 广 泛 分 布在 滨海 、 湖 沼 、 谷 地 、 河滩 等 处 ， 包 括淤 泥 、 淤泥 质 土 等 ， 其 天然 含 水量 高 、 孔 隙 比大 、 压 缩 性 强 、 承 载 力 低 。湖州 地处 太湖 南岸 ， 为 湖相 沉 积软 土地基 ， 河 床下 浅 表层 多 为淤 质 黏土 、 亚 黏土 ， 承载 力一 般在 1 0 0 k P a以 内。 在 软土地 基 上 建造 小 桥 涵 ， 最难 解 决 的 问题 是 地 基强 度不 能满 足设 计要 求 ， 因而需 要对 地基 进 行处 理 ， 或者 采用 钢筋 混 凝土箱 涵 ， 这些 方法 都有 工 期 长 ， 造 价 高 的不 足 。由此 ， 提 出 了钢 筋 混 凝 土板 整 体 基 础 的概 念， 即把桥涵两台基础连在一起 ， 成为一整块钢筋混凝 土平 板 ， 桥 台通 常采用 混凝 土轻 型桥 台 1 。 由于这种 钢 筋混凝 土 板整 体基 础 ， 结构 可 靠 、 施 工 方 便 ， 可 以降低 造 价 、 缩 短 工 期 ， 受 到 欢 迎 。湖 州 市 自 2 O世纪 8 O年 代 初 开 始 建 造 这 种 整 体 基 础 小 桥 涵 ， 通 过近几年的推广 ， 据不完全统计 ， 已建整体基础桥涵上 百座 ， 最 大跨径 为 8 m， 范 围涵 盖包 括 国省 道 干 线公 路 在 内的各类公路 ， 使用情况均正常。 我 国华 东 地 区遍布 河 流湖 沼 ， 小 桥涵 数 量众 多 ， 软 土分 布广 泛 ， 整 体 基 础 具 有 很 大 的应 用 空 间 和可 观 的 潜 在 经济 效益 。 2 使 用效 果 对 湖州 境 内各类 公 路上 的部 分整 体基 础 桥 涵 的调 查 表 明 ， 这 些桥 涵使 用情 况 均正 常 ， 桥 台和基 础 板未 见 裂 缝 等病 害 ， 桥 头接 线 和桥 台 间无 明显差 异 沉 降 ， 行 车 平稳 ， 无 跳 车现 象 。 据 已往整体基础桥涵建设经验， 采用整体基础 比 采 用桩 基加 固地基 做条 形基 础方 案 或者采 用 砂砾 垫 层 收稿 日期 ： 2 0 1 4 1 2 - 1 0 方案 可 以节 约基 础工 程造 价约 2 5 5 0 。 表 1为民强桥等 4座小桥采用整体基础和采用桩 基条 形 基础方 案 经 济 分 析 比较情 况 ， 民 强 桥等 4座 小 桥 采用 整体 基础 比采 用桩 基条 形基 础方 案节 约 基 础工 程建 安 费 3 6 3 5 3 4 ， 减 少 人 工 1 8 5 4 ( 见 表 1 ) ； 表 2为 富 民涵等 2座 桥 涵 采用 整体 基 础 和 采用 砂砾 垫层 方 案 经 济 分 析 比较 ， 富 民涵 等 2座 桥 涵 采用 整 体基 础 比采用 砂砾 垫层 方案 分别 节约 基 础 工程 建安 费 3 0 6 和 4 O 1 ， 减 少人 工 5 5 7 和 6 3 8 ( 见表 2 ) 。 表 1 民强桥等整体基础和桩基条形基础 方案经济比较 1 8 t 柴油 跨径 项目 混凝土 钢 筋 人工 建安费 桥 名 方案 m0 k g 打 桩 机 工 日 兀 m 台班 整体基础 2 4 1 3 3 2 4 3 9 1 2 O 5 1 8 民 强桥 5 桩基条形基础 2 2 6 2 4 6 6 4 0 1 6 4 6 4 3 4 0 9 8 6 整体基础 5 0 9 6 5 8 8 5 9 4 4 2 5 6 3 3号桥 6 桩基条形基础 4 3 5 4 9 8 3 8 1 7 l 8 7 5 7 7 8 3 4 3 整体基础 5 0 9 6 4 8 9 5 6 8 4 5 2 7 6 5号桥 6 桩基条形基础 5 1 3 6 3 9 8 9 4 1 8 1 O 0 2 3 9 7 2 4 0 整 体 基 础 6 6 8 9 1 2 3 3 9 9 3 6 5 5 2 0 3 前 山桥 8 桩基条形基础 4 8 7 5 4 9 9 6 7 8 3 6 1 0 1 2 3 8 6 7 4 5 表 2富民涵等整体基础和砂砾垫层方案经济 比较 跨径 混凝土 钢筋 砂砾垫层 人工 建安费 桥名 方案 m m k g m0 | 13 兀 整体基础 2 3 0 3 7 6 5 l 8 1 8 0 0 6 富民涵 4 砂 砾 垫 层 9 0 9 6 l 1 8 1 1 7 0 2 5 9 6 1 整 体 基 础 2 4 1 3 5 3 5 8 3 1 9 1 O 5 6号桥 5 砂砾垫层 1 0 3 l 0 9 1 5 6 1 6 1 2 3 1 9 1 8 此外 ， 整体 基 础 桥 涵 通 常 还 可 以节 省 桥 头 养 护 费 N 。 1 2 0 1 5上 么咯 4 7 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m s GG s 用 和避 免车 辆在 桥 头 的跳 车 消 耗 ， 从 而 节 省 车辆 运 营 费用 。 3地基 模型 的选 择 钢 筋混凝 土板 整体 基础 为一 置于 弹性地 基 上 的矩 形 板 。 目前 地 基上梁 板分 析常用 的地 基模 型有 文 克尔 地 基 模 型 、 半空 间地 基模 型和压 缩层 地基 模 型等 。 合 理选 择地基模 型是地基 上 基础计 算 的一个 关 键 问题 。J T G D 6 3 2 0 0 7 公 路 桥 涵地 基 基 础设 计 规 范 并 无相关 规 定 。GB 5 0 0 0 7 2 0 1 1 建筑地 基基 础设 计 规 范 规定 ， 筏 型基础按 基 底反 力直线 分布 或者 弹性 地 基 梁 进行 计算 。 建 筑地 基基础 设 计 实 践 中 ， 常 常采 用 倒 置 梁 板 模 型 ， 假设 基底 净 反 力为 直 线 分 布 ， 按 倒 置 楼 盖 进 行 计 算 ， 或者 采用 文克 尔地 基模 型进行 分析 计算 。 由于文 克尔地 基 模 型 计 算 简便 、 计 算 结 果 比较 经 济 ， 在工程实际中被广泛应用 。文献E 4 认为 ， 文克尔 地基 模 型适用 于满 足下 列条件 的一 切土 壤 ： ( 1 ) 基 础 梁 板要 有一 定 的长 度 ， 其 折算 长 度 或 称 为柔 度 指 数 入 。 至 少 大于 2 。( 2 ) 对 黏 土 或 黏 性 土 地 基 采 用 砂 石 垫 层 。 ( 3 ) 地基 为正 常 同结土 。 作 者采用 倒置 梁板模 型 、 文克 尔地 基模 型 、 半 空 间 地基 模 型对 照计算小 桥 涵整体 基础 ， 结 果表 明 ： 采 用 倒 置梁 板模 型 汁 算 的板 内最 大 弯矩 Mma x值最 大 ， 比采 用 文克尔 地 基 模 型或 半 空 间 地 基 模 型 计 算 值 增 加 许 多 ； 对于 5 8 m 跨 径小 桥 ，采用 文 克 尔 地 基模 型 计 算 的板 内最 大 弯 矩 Mma x值 较 采 用 半 空 间 地 基 模 型 为 小 ； 对于 4 m 跨 径 的盖板 涵 ， 文克 尔地 基 模 型 和半 空 间 地 基模 型计算 结果 接 近 。 作 者认 为 ， 对 于 跨 径 为 4 8 m 的 整体 基 础 板 ， 符 合上 述 文献 4 文 克尔地 基模 型适 用条 件 ， 以采 用 文克 尔地 基模 型计 算较 为实 用和 经济 ， 同时 ， 整体 基 础板 不 能作 为刚性 基 础 ， 不 宜采 用倒 置梁 板模 型 、 用 基 底反 力 直线 分布 进行 计算 。采 用倒 置梁 板模 型计算 会 使计 算 结果 很不 经 济 。 湖州市上百座桥涵的成功实践检验也表明整体基 础板采用文克尔地基模型进行计算是可行的和安全的。 4设计计 算 要点 4 1 计算 方 法 桥 ( 涵 ) 台通 常较 高 ， 可作 为 刚性 ， 其 传来 的荷 载及 4 8上冯 么魄 N 。 1 2 0 1 5 板 内力 、 地基 反力 视为 横 向均匀分 布 、 纵 向截 取 1 m 宽 条板 ， 作 为 弹 性 地 基 梁 、 采 用 文 克 尔 地 基 模 型 进 行 计 算 。配合 文 克尔 弹性地 基梁 程序在 微机 上进 行计 算 。 基 础板 为置 于文克 尔地 基上 的矩形 板 ， 同时 ， 板 两 端 承受 由于土压力 产生 的偏 心压力 作用 。此 偏 心压 力 系 由桥 台传来 的土 压力 和直 接作用 在板 端部 的土压 力 组 合而成 。板 上作 用桥 台传 来 的 分布 荷 载 ， 分 布 荷 载 长度 为基础 板上桥 台及 其拐 脚宽 度 。 设计 控 制弯矩 为跨 内负 弯矩 。 4 2地 基基 床 系数 的取值 基床 系 数 k取 决 于地基 土层 的分 布情况 及 其压 缩 性 、 基底 大 小和形 状 、 以及与 基础 荷载 和刚度 有 关 的地 基 中的应力 等 因素 。太 沙基 在有 限长 梁承受 集 中线 荷 瓜 载的数解分析中， 求得最大弯矩M 与4 近似地成 I 反 比， 因而他 得 出 ： “ 在估 计 基 床 系数 中所 产 生 的误 差 对 于计 算结 果 的影 响 不 太重 要 ， 因 为决 定 弯 矩 的方 程 式 中仅包 含 这个 系数 的 四次 根” 的结 论l 3 。因 此 ， 对于 一 般基 础 板 计 算 ， 其 基 床 系 数 是值 实 用 上 均 可 查 表 估 计 。 4 3 优化设 计 基 础板 厚度 可影 响板 内力 ， 通 过计 算发 现 ： 在 基础 板 柔度 指数 - 2 5范 围 ， 板 厚 增 加 板 内最 大 弯 矩 值 随 着 增 加 ， 在 2 5范 围 ， 板 厚 增 加板 内 最 大 弯 矩 值 减 少 。 所 以 ， 板厚 的取 值 有 个 优化 设 计 的 问题 。建议 整体 基 础板厚 度取 4 O 6 0 c m。 板 在纵 向不 必 伸 出桥 台。对 比计 算 表 明 ， 对 于本 文的实 例 ， 若 板在 纵 向伸 出桥 台 3 0 5 0 c m， 则 板 内最 大弯矩 值稍 有增 加 ， 故 板在 纵 向以不 伸 出为好 。 4 4探讨 作 者认 为 ， 钢 筋 混 凝 土板 整 体 基 础 在应 用 上不 限 于单孔 ， 也 可用 于等跨 的双 孔或 三孔 。 采 用文 克尔地 基模 型 计 算 分 析表 明 ， 由 于 双孔 或 三孔 整体 基 础 板柔 度 指 数 。 值 较 单孔 大 为增 加 ， 基 础 板弯矩 值较 单 孔 减小 许 多 ， 故 更 为 经 济 。其 设 计 控 制 弯矩为跨内负弯矩和桥墩正弯矩 。 但 目前 尚无工程实例 ， 建议因地制宜地试用 。 5 设 计 实例 设 计荷 载为 公 路一 I级 ； 上 部 结 构 采 用 装 配 式 钢 筋混凝 土矩 形板 ， 按交 通部 公路 桥涵 标准 图选 用 ； 桥 台 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m