扶壁式桥台分析.docx

山西建筑第 39 卷 第 3 期2 0 1 3 年 1 月vol 39 no 3jan2013163shanxi architecture文章编号: 1009-6825( 2013) 03-0163-03扶 壁 式 桥 台 分 析尤 文 刚( 辽宁省交通规划设计院路桥二所，辽宁 沈阳 110166)摘 要: 通过工程实例，阐述了扶壁式桥台与传统轻型薄壁台的区别与关联，并对扶壁式桥台主要构件及其受力情况作了分析，指 出扶壁台结合了传统轻型薄壁台与肋板台的优点，能很好地解决特定情况下的桥台选型。关键词: 扶壁台，薄壁台，肋板台中图分类号: u443 21文献标识码: a满足交通需求、安全耐久、与周围环境及上部结构协调一致、造型美观等是对市政桥梁的基本要求。在市政桥梁的设计中，桥 台的选型直接影响着桥梁结构的设计方案，比如肋板台与钢筋混 凝土薄壁台，在满足同样交通需求的前提下，对 上 部 结 构 的 孔 径 及孔数就有不同的影响，进而直接影响结构的整体造价。笔者结 合工程实例，对其中一种桥台形式扶壁式桥台进行了分析。0引言近年来，随着城镇化的不断发展，市政道路建设突飞猛进，作为道路组成的市政桥梁建设也进行的如火如荼，城市通道桥与分离式桥大量涌现，其占比不容忽视，重 要 性 也 日 益 突 显。相 比 一 般高速公路通道桥 与 分 离 式 桥，市政桥要求往往更高，主 要 体 现 在美观与净空需求，这主要是由桥梁所处位置环境决定的。随着 净空需求的加大，以及受限于城市用地的规划，市 政 桥 梁 建 设 无 法避免的面临着高 填 深 挖 现 象，随着桥台台身的增高，台 后 土 压 力的加大，传统的轻型桥台已不能满足要求，这 就 对 桥 梁 下 部 结 构尤其是桥台的选型提出了更高要求。工程背景本工程位于沈抚新 城，上 跨 汽 博 大 街，为汽博大街下穿城际 铁路的引线工程。本桥临近且左右平行于城际铁路框构桥，框构 桥箱身正截面( 框构桥有较小交角) 如图 1 所示。1100110110 110101101001 2001 6001 6001 200195400195400195 225225 1958001 6001 60080030 3030 303 1203 120图 1框构桥箱身正截面图（单位：cm）从美观角度出 发，本桥最佳方案为采取同样的框 构 结 构，然而框构结构施工复杂，造价高，经济方面不满足要求，从而只能放 弃。受限于铁路框构桥的断面尺寸及净空 需 求，兼 顾 美 观 要 求，最终本桥方案敲定为上部结构为四孔钢筋混凝土不等高连续板， 下部结构为扶壁式台与薄壁墩。本文重点分析本桥桥台形式: 扶壁台。台先天最大特点: 挡 土。在组合耳墙或裙 墙 的 情 况 下，可 以 很 好的挡住桥梁纵向及 横 向 的 填 土，如 果 有 需 要，耳 墙 也 可 以 换 成 圬 工侧墙以达到更好的收坡挡土效果。扶壁台主要由台帽、扶壁、胸墙、承台、群桩组成，可视具体情 况组合设置耳墙、侧墙、锥坡、裙墙等。因本桥桥台桥外横向顺接 挡墙，故取消耳墙、裙 墙、锥 坡 等 的 设 置，本 桥扶壁台一般构造见 图 2。由扶壁台的构成及图 2 我们不难发现，扶壁台结合有传统轻 型薄壁台及肋板台的特点。胸墙相当于薄壁台的台身，除了承受 上部结构荷载及台后土压力外，还能通过对台后填土的阻挡来实 现不侵占通行孔径，节约空间和造价。而肋板( 扶壁) 的设置可以 增加胸墙的抗弯刚度，减小结构的弯曲变形，避免结构出现裂缝， 使得 胸 墙 高 度，即扶壁台适用高度较传统轻型薄壁台有很大提 高。双排桩基础( 群桩) 则大大提高了桥台结构的抗倾覆及抗推 刚度，增加了结构的稳定性。2扶壁台2 1 扶壁台与传统轻型薄壁台的区别、关联传统轻型薄壁桥台 由 台 帽、薄 壁、承 台、单 排 桩 基、地 下 支 撑梁组成。其受力模式 清 晰，主 要 是 由 桥 台、上 部梁板及地下支撑 梁组成稳定 的 四 铰 刚 架，从而使全桥形成一个 整 体，共 同 受 力。 轻型薄壁桥台多由钢筋混凝土材料构成，利用结构材料本身的抗弯能力来减少圬工量，进而达到使桥台轻型化的目的。且薄壁台 台身具有挡土 功 能，因此在避免台身填土溜坡对通行孔径的挤 占、缩小桥孔、节约成本等方面有着明显优势。然而，工程实践证 明，当桥头填土高度大于 5 m，上部结构跨径大于 10 m 时，传统轻 型薄壁桥台经常在台身处产生横向裂缝。而 本 桥 桥 头 填 土 约8 5 m，上部结构孔径大于 10 m，因此传统的轻型薄壁台已经不能 满足本桥设计要求，而只能选择另一种轻型桥台形式: 扶壁台。扶壁式台由挡墙演变而来，此种挡墙常见于引道工程两侧有 着很大挖方，填土较高处，具有很好的挡土作用。因此，扶壁式桥2 2扶壁台主要构件及其受力分析2 2 1 台帽台帽由胸墙与扶壁支撑，考虑到与铁路框构桥桥台处外观一 致，本桥台帽不设 挑 檐，胸墙边与台帽边 齐 平。因为本桥支座与 扶壁对应设置，所 以，本桥台帽不受力，仅 有 传 力 作 用，所 以 设 计 中按构造配筋配 置 即 可。其传递的力主要有台帽上 部 结 构 横 载收稿日期: 2012-11-22作者简介: 尤文刚( 1981- ) ，男，工程师12078511075110120200585753030751101202005851202001105857530307511012020058575120110785第 39 卷 第 3 期2 0 1 3 年 1 月山西建筑164及活载。2 2 2扶壁与胸墙3 111.82 020.7盖梁中心线43支座中心线331005050545.6545.6146.51001220.9220.95345345345345347540075212050503303a）aa3 111.88.2设计线 中心线c）侧面aa220.95345345343 111.8 b）平面534534220.9图 2 扶壁台一般构造图施工过程中，二者应同时浇筑，故二者受力密不可分，相互影响。扶壁和胸墙的高度取决于填土高，底 部 位 于 承 台 顶，厚 度 可 根据填土高度、扶 壁 间 距，经计算分析确定。本桥扶壁厚度借鉴 肋板台情况，根据填土高 8 5 m，设置为 100 cm 厚，而胸墙取为与 扶壁同厚，配筋根据计算分析确定。扶壁与胸墙的受力计算分析 有两种模式: 考虑胸墙与扶壁共同作用的变截面 t 形 悬 臂 梁 模 式; 考虑扶壁单独作用的变截面矩形悬臂梁模式。1) 扶壁与胸墙共同受力。将胸墙按扶壁间距等分为两部分， 则竖向就形成变截 面 的 t 形 悬 臂 梁，扶 壁 为 t 梁 腹 板，胸 墙 为 t 梁翼板。此变截面悬臂 t 梁受力主要有: 横向分配后计算所得的 上部结构横载与活载产生的竖向力及弯矩，台后土压力产生的水 平力与弯矩，受力模式见图 3。计算中 t 梁翼缘( 胸墙) 的计算宽 度及相关验算要求按现行 jtg d62-2004 公路钢筋混凝 土 及 预 应 力混凝土桥涵设计规范中 t 形截面梁的相关要求进行即可，计算 过程此处不再赘述。2) 扶 壁 单 独 受 力。将扶壁作为单独受力构 件，竖向为变截面 矩 形 截 面。受 力 主 要 有: 上 部结构荷载的垂直 力与弯矩，扶壁受到的台后土压力，胸墙受到的土压力 亦 分 配 到 扶壁上，此时胸墙相当于扶壁的附加受力截面，但 不 参 与 提 供 抗 力，仅将其受到的土压力分配到扶壁上，故 此模式相对保守。其 受力模式见图 3。计算中矩形截面的相关验算要求按现行 jtg d62-2004 公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范中矩形 截面梁的相关要求进行即可，计算过程此处不再赘述。至于胸墙 的横向配筋计算，可取胸墙底处竖向 1 m 宽为计算单元，以扶壁 为支撑点形成连续结构，将胸墙底部高度处净土压力以均布力的 方式加在此结构上面。计算图示见图 3。2 2 3 承台与桩基上部荷载以不同的 方 式 组 合，作 用 到 承 台 底 中 心，进 而 验 算 承台与桩基础的受力与配筋，同时求得单桩最大桩顶力。作用在 承台上的力主要有: 承台上部结构及活载产生的竖向 力 与 弯 矩， 台后填土产生的水平力与弯矩，承台上部填土产生的竖向土压力 等; 承台与 桩基计算模式见图 4。计 算 中 相 关 验算要求按现行 jtg d62-2004 公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥 涵 设 计 规 范 中 梁与桩基承台的相关要求进行即可，计算过程此处不再赘述。在此值得一提的是扶壁台单桩最大支反力的差别，因为台后填土产生的巨大水平力及弯矩，再加上支座处结构重力及胸墙自重对承台中心产生 的 弯 矩，顺桥向前后排桩的桩顶 力 相 差 很 大， 以本桥为例，计算后所得前排桩顶力为 4 365 kn，而后排桩顶力仅1 854 kn，因此，在 选 取 桩 长 时，对 后排桩而言会造成一定浪费。 当然，在填土高一 定 的 情 况 下，通 过 调 整 扶 壁 间 距、桩 基 础 排 距， 可以使前后排桩顶反力趋于均匀，当 然，此 举 会 造 成 承 台 顺 桥 向 尺寸加大，可综合比较后选择合适方案。扶壁胸墙扶壁胸墙静土承台顶视土压承台顶视压力 q力 qhmm胸墙扶壁a）考虑扶壁与胸墙共同受力计算模式静土压力 qb）考虑扶壁单独受力计算模式c）胸墙计算简图扶壁与胸墙计算模式示意图图 3hma）桩基计算简图上部结构换算后均布力 qb）承台计算简图图 4 桩基与承台计算示意图3 结语15050l150hi175.5100550178.38198.3130胸墙有效计算宽度150757550150100150lhi175.5n扶壁nn h为底部固结为底部固结山西建筑第 39 卷 第 3 期2 0 1 3 年 1 月vol 39 no 3jan2013165shanxi architecture文章编号: 1009-6825( 2013) 03-0165-02超大直径盾构管片裂纹分析及质量控制 李 皓 文( 中交隧道工程局有限公司，北京 100088)摘 要: 针对超大直径盾构隧道管片施工技术的重、难点，结合南京纬三路过江通道盾构管片施工过程中的实践经验，介绍了超大 直径盾构管片施工过程中不同裂纹类型、形成原因及控制重、难点以及裂纹治理措施，对类似管片裂纹控制具有借鉴意义。 关键词: 超大直径盾构，管片，裂纹，治理中图分类号: u455 43文献标识码: a南京纬三路过江通道工程采用盾构法施工，盾构隧道外径为14 5 m，内径为 13 3 m，采用 c60p12 通用环钢筋混凝土管片，每 环管片分为 10 块，其中封顶块 1 块、邻接块 2 块、标准块 7 块。每 片管片弧长约 5 m。管片宽度 2 000 mm，厚度 600 mm，每块管片 在侧向设置 5 cm 宽止水条槽、端面设止水条槽和定位棒槽，管片 环向、纵向均采用直螺栓连接。每环混凝土量 52 33 m3 。管片抗 压、抗渗、耐久性等 要 求 很 高，一旦出现致命 的 缺 陷，可 能 就 会 产 生灾难性的后果，超大直径管片在预制过程中裂缝经 常 出 现，而 裂纹对混凝土抗 碳 化、抗 冻 融、抗 疲 劳、抗 渗 等方面都有影响，因 此管片裂纹防治就成为施工中必须重点考虑的一个环节。凝土收缩较大或蒸养温度不均造成的。2 产生裂纹阶段分析虽然管片生产的每道工序控制不严都会产生裂纹，但主要还 是集中在原材料 控 制、配 比 确 定、混 凝 土 浇 筑 抹 面、蒸 养、静 停 及 水养几个方面，下面着重从这几个方面进行分析。2 1 原材料的控制材质不均、含泥量大、碱含量过大等都会导致裂纹产生，影响 管片的强度及耐久性。材料具体要求如下:水泥要求为 p 52 5 低热普通硅酸盐水泥，考虑早期强度、碱含量及与外加剂的适应性。粉煤灰要求为级灰，矿粉要求为 s95，其水化热约为水泥水 化热的 25% 30% 。降低水化热，减少混凝土凝结过程水化热与 外界温度差，降低水泥导致的管片裂纹出现。碎石采用级配良好的连续级配，具 体 为 5 mm 10 mm 为30% ，10 mm 20 mm 为 70% ，良好的级配能保证混凝土强度的同 时，还可以很好的保证管片的密实度，减小孔隙，降低凝结过程中 的收缩，减少管片裂纹的出现。含泥量小于 0 5% ，泥块含量为 0， 针、片状小于 5% ，压碎值小于 10% ，孔隙率小于 47% 。砂子较粗为宜，现 场 采 用 2 6 2 9 的 中 粗 砂，含 泥 量 小 于1% ，对砂的选择除了满足规范要求外，还要考虑密实性，因 为 砂 在较细的情况下容易导致混凝土中胶体多，振捣完成后的胶体浮 至管片外弧面聚集，在外弧面容易产生收缩裂纹。外加剂可以延缓水化热的峰值期并改善混凝土的和易性，降 低水灰比以达到减少水化热的目的，现场采用聚羧酸盐系高性能 减水剂。减水率不小于 18% ，泌水率不小于 70% ，含气量 6 0% 。1易产生裂纹部位1 1 管片外弧面管片外弧面裂纹主要有以下几种: 一种是在水养之后出现的 龟裂纹。龟裂纹在管片生产中比较普遍，其 肉 眼 不 可 见 ( 宽 度 小 于 0 02 mm) ，在湿润状况下则可见，形状如龟壳纹。该裂纹对管 片质量本身无危害。另一种是在蒸养之后就出现的裂纹，属于浅 表性裂纹，或表面收缩裂纹，该裂纹是由于混凝土表面温度不均、 材料不均或混凝土粘性过大造成的。最后一种是施工 过 程 中 芯 棒拔除时间过早，导致混凝土塌陷，在外弧面产生的较 深 较 宽 的 裂缝。1 2管片侧面、手孔及定位孔这种裂纹主要出现在侧面、端面止水条槽、定位棒槽口，螺栓孔、手孔及定位孔 部 位，裂 纹 较 细，槽 口 部 位 裂 纹 断 断 续 续，螺 栓孔、手孔及定位孔部位裂纹较细但连续，如 树 枝 状。手 孔 越 大 裂 纹越明显。该裂纹主要是由于断面设计较大，断 面 突 变 易 生，混櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅扶壁式台结合了传统轻型薄壁台与肋板台的优点，能很好的解决特定情况下桥台结构的合理选型。在桥梁设计过程中，下部 结构的形式直接影响着整个设计方案的确定，桥址环境千变万化， 只有在设计过程中，通过不断探索、总结，才能选择更加合理、经济的下部结构形式，进而提高整体结构的设计质量与使用效果。参考文献:1 jtg d62-2004，公路钢筋混凝土 及预应力混凝土桥涵设计 规范son analysis of counterpart abutmenyou wen