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软土地基拱桥设计探讨

摘要:江南地区淤泥质土流塑、高压缩性、高灵敏度,在其上建立拱桥,对基础选择尤为重要,本文重点介绍拱桥在软土地基上的基础设计。 

关键词:拱桥;软土地基;基础 
abstract: the jiangnan area and muddy soil flow model, high compactness, high sensitivity, in its established on the arch bridge, is especially important for basic choice, this article introduced the arch bridge on soft soil foundation design. 
keywords: arch bridge; the soft soil foundation; foundation 
拱桥是桥梁中常用结构,以其线条流畅,造型优美而被广泛采用,拱桥造型美观大方,景观效果佳,结构受力明确,江南水乡自古有着拱桥情节。平阳县昆阳镇城北中心公园拟建两座桥梁均采用拱桥形式。 
拱桥受力性能与梁桥有本质区别,在竖向荷载作用下,拱的两端除存在竖向反力之外,水平推力是设计拱桥时控制要素。如果拱的形式合计合理,可使拱圈主要承受压力,而弯矩、剪力较小,从而减少材料用量,达到较好的经济效益。 
在软土地区,桩基基础抗水平能力较为薄弱,在此上建造拱桥对基础的安全性、合理性及经济性提出较高要求。一般需要依靠台背土压力、桥台基底或止滑板摩阻力等措施以抵抗水平推力。 
一、工程概况 
昆阳属于典型的江南软土地基地区,地质钻孔表明淤泥(mq4)流塑、高压缩性、高灵敏度。层厚8.00~12.60 m、层底埋深24.10~28.80 m,各孔均有分布。淤泥质粘土(mq4)流塑、高压缩性。层厚0.60~11.90m、层底埋深27.00~39.90m;局部分布。 
二、桥梁设计 
1.1 一号桥设计 
城北中心公园拟建一号桥为五孔半圆拱桥,设计配跨7+11+13.9+11+7m,桥面总宽5.6m,全桥长为72.9m。第一孔拱圈跨径为7.0m,失高3.5m,拱圈结构厚度0.45m,第二孔拱圈跨径11.0m,失高5.5m,拱圈结构厚度0.5m,第三孔拱圈跨径为13.9m,失高6.95m,拱圈结构厚度0.6m,侧墙厚度均为0.6m,采用c40混凝土浇筑。 
拱桥下部结构采用桩基接承台形式,承台高1.5m,桩基为钻孔灌注桩,桩径为1.0m。 
图2-1 1号桥桥型布置图 
技术标准: 
1、设计荷载等级:人群荷载1572.5p/(h.m); 
2、桥梁横向布置为0.45m(栏杆)+4.7m(人行道)+0.45m(栏杆)=5.6m; 
3、桥面横坡:依靠纵向排水,不设置横坡;桥梁纵坡(设置踏步):26.8%; 
4、地震设防等级:本区域抗震设防烈度为6度;桥梁抗震设防类别为c类,措施等级ⅵ级,构造设防; 
5、平瑞塘河河道规划:一号桥通航净高3.0m,航道范围梁底最低标高5.60m。 
1.2 二号桥设计 
二号桥拟建为三孔圆弧拱桥,二号桥设计配跨为12+18+12m,桥面总宽5.6m,全桥长为67.04m。中孔跨径18.0m,失高3.5m,拱圈结构厚度0.7m,边孔跨径12.0m,失高2.0m,拱圈结构厚度0.6m,侧墙厚度均为0.6m,采用c40混凝土浇筑。 
拱桥下部结构采用桩基接承台形式,承台高1.5m,桩基为钻孔灌注桩,桩径为1.0m。 
图2-2 2号桥桥型布置图 
技术标准: 
1、荷载等级:公路-ⅱ、人群荷载3.5kn/m2; 
2、桥梁横向布置为0.45m(栏杆)+4.7m(人行道)+0.45m(栏杆)=5.6m; 
3、桥面横坡:依靠纵向排水,不设置横坡,桥梁纵坡:10%; 
4、地震设防等级:本区域抗震设防烈度为6度;桥梁抗震设防类别为c类,措施等级ⅵ级,构造设防; 
5、平瑞塘河河道规划:二号桥通航净高2.5m,航道范围梁底最低标高5.10m。 
三、基础形式设计 
本次拱桥基础设计主要选择桩基础+止滑板基础+地基处理。 
1号桥半圆拱桥相对水平推力较小,设计基础为承台厚1.5m,每侧桥台共设3排d100钻孔灌注桩,梅花布置,桩长49.0m,桩横向间距为2.0m,纵向间距2.5m,承台后设置止滑板,止滑板厚0.8m,长6.0m,在承台和止滑板下采用c15砼垫层+块石垫层。 
2号桥因考虑行车要求,道路纵坡不能太大,因此设计为坦拱,设计基础为承台厚1.5m,每侧桥台共设4排d100钻孔灌注桩,每排4根,桩长45.0m,桩横、纵向间距2.5m,承台后设置止滑板,厚0.8m,长6.0m,在承台和止滑板下采用c15砼垫层+块石垫层。 
桥墩处为平衡边孔和中孔水平力,桥墩桩基与墩身设置10cm偏心。 
四、群桩水平方向计算结果 
采用m法对桩基内力、位移进行计算。 
 
从上表中得出桩横向位移1号桥最大为8.1mm, 2号桥最大为3.2mm,满足规范要求,且不会产生土的流变效应。 
五、结语 
拱桥是桥梁结构中常用的桥型方案,在软土地基地区域建造拱桥,为减少基础工程量,应优先考虑采用无推力或少推力结构体系,但在上部结构有特定要求时,对下部结构的选择和设计尤为重要,采用桩基础+止滑板+地基处理以抵抗拱桥的水平推力,减少土体流变影响是一种较为有效的方法。 
[ 1 ] 姚玲森. 桥梁工程[m ]. 北京:人民交通出版社, 1997:2872334. 
[ 2 ] 中华人民共和国交通部. 公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范( jtjd62-2004) [ s]. 北京:人民交通出版社, 2004. 
[ 3 ] 中华人民共和国交通部. 公路桥涵地基与基础设计规范 ( jtg d63-2007)[ s]. 北京:人民交通出版社, 2007. 
[ 4 ] 杜国华,毛昌时,司徒妙龄,等. 桥梁结构分析[m ]. 上海:同济大学出版社, 1994: 622112. 
注:文章内所有公式及图表请以pdf形式查看。

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