中小跨径公路桥梁墩台基础选型设计分析

中小跨径公路桥梁墩台基础选型设计分析

何青玲1苏国海2刘敏3

中油（新疆）石油工程公司

摘要：随着公路交通事业发展，高速公路建设进入了全新的发展阶段，这使得公路桥梁建设取得了巨大成就，并使桥梁墩台基础可选型式更加多样化。本文主要针对在新疆地区中小跨径公路桥梁墩台基础设计中经常会遇到的选型原则以及相关设计问题，进行了对比及深入分析。

关键词：中小跨径；墩台基础；选型分析

1前言

随着公路交通事业发展，高速公路建设进入了全新的发展阶段，这使得公路桥梁建设取得了巨大成就，并使桥梁墩台基础可选型式更加多样化。天然地基上的扩大基础、桩基础、沉井基础、地下连续墙等等，都是桥梁墩台基础的可选类型。而在新疆地区，大部分桥梁是中小跨径的公路桥梁，因此本文主要探讨常规中小跨径桥梁的墩台基础选型问题。墩台基础类型历来是公路建设中的主要问题，它将直接影响公路工程的工程投资、建设质量以及桥梁建成后的运营安全等。

2中小跨径公路桥梁墩台基础型式

在新疆，地势较其他地区较为平坦，桥梁类型也大部分为中小跨径的常规桥梁。因此可选的桥梁墩台基础类型主要有两种：

1、天然地基上扩大基础

天然地基上扩大基础指埋置深度较浅，通常在5米以内，施工常采用敞开挖基坑修筑基础的方法，也称为明挖基础或扩大基础。

天然地基上浅基础根据受力条件可分为刚性基础和柔性基础两大类。当基础在外力作用下，基础圬工具有足够的截面使材料的容许应力大于由地基反力产生的弯曲拉应力和剪应力时，这时，基础内不需配置受力钢筋，这种基础称为刚性基础。混凝土一般标号不小于C20。

当基础在基底反力作用下产生的弯曲拉应力和剪应力超过基础结构的极限应力，为了限制基础裂缝宽度，防止基础断裂，必须在基础中配置足够数量的受力钢筋，这类基础称为柔性基础。柔性基础常用的材料为钢筋混凝土。

2、桩基础

当地基土层较软弱，且较厚时，常常采用桩基础，以满足地基承载力、稳定性和控制地基沉降的要求。

按材料分类，常用桩的类型主要有：混凝土预制桩、预应力混凝土桩、钻孔灌注桩、钢管桩。桩型选择应根据工程性质、地质情况、施工条件及场地周围环境综合考虑确定。

预制打入桩可用于稍松至中密的砂类土、粉土和流塑、软塑的的粘性土，震动下沉桩可用于砂类土、粉土、粘性土和碎石类土。当预制桩要求穿越坚硬土层进入相对较软弱土层，需选用较重的锤时，宜采用预应力桩；钻孔灌注桩可用于各类土层、岩层；当场地周围环境保护要求较高时，估计采用预制桩难以控制沉桩挤土等影响时，可采用钻孔灌注桩；经方案比较，证明技术、经济合理可行时，可采用钢管桩；在有可靠工程经验时，也可采用其他有效桩型。

3中小跨径公路桥梁扩大基础与桩基础选型设计

3.1扩大基础设计

基底压应力不得大于地基的容许承载力；基础抵抗倾覆和基础底面滑动的稳定系数不得小于规范容许值；对于外静定体系的桥梁及使用上对基础沉降及位移有要求时，应计算基础的沉降和位移；浅埋式基础计算时不考虑基础侧面土对基础的影响，即不计算基础侧面于土的摩阻力、侧向土的土抗力等作用。

1、基础埋置深度

确定基础的埋置深度时，需综合考虑地基的地质、地形条件、河流的冲刷程度、土体的冻结深度、上部结构形式等因素1）墩台明挖基础的基底埋置深度按“公路桥涵地基与基础设计规范”（以下简称“规范”）3.1.1条规定确定。

2）对于大桥的墩台基础，应根据基岩强度嵌入岩层一定深度，基岩一般选用弱分化或微分化岩石。一般桥梁墩台，基础可考虑设在风化层内，其埋置深度可根据风化程度、冲刷情况及其相应的承载力确定。

3）岩石地基基础应整体水平置于岩层上。

2、基础尺寸

基础尺寸拟定时，基础厚度可按基础底面和顶面标高求得，基础底面标高按基础埋深的要求确定，中小型桥梁混凝土基础厚度一般在1.0m~2.0m。基础平面形状应与墩、台身形状匹配，常用矩形。刚性基础剖面一般做成矩形或台阶形。基础襟边最小值为20cm~30cm。

满足基础所产生的弯曲拉应力和剪应力不超过基础圬工的强度限值条件，实体墩台常用材料基础的刚性角按“公路砖石及混凝土桥涵设计规范”5.1.6条规定确定。初拟尺寸后，需进行最不利荷载组合下检算，基础本身结构强度、地基和基础的承载力和稳定性等应满足有关规定的要求。

3、设计验算

扩大基础设计验算内容包括：地基承载力、基底合力偏心距；地基与基础稳定性、基础沉降。

1）基础底面土承载力验算要求荷载在基底产生的地基应力不超过持力层的地基容许承载力。基础底面土的承载力验算按“规范”3.2.2和3.2.3条规定，地基容许承载力按“规范”2.1.4和2.2.1条规定。

2）基础底面下有软弱下卧层时，应验算软弱下卧层的承载力，按“规范”3.2.5条规定。

3）为限制墩台基础合力偏心距值，使基础不产生较大的不均匀沉降，应验算墩台基础合力偏心距，按“规范”3.2.4条规定。

4）基础稳定性验算包括抗倾覆稳定性和抗滑动稳定性验算。基础倾覆稳定性验算按“规范”3.4.1条规定，基础抗滑动稳定性验算按“规范”3.4.2条规定。抗倾覆和抗滑动稳定系数按“规范”3.4.3条规定。为提高基础抗滑动能力，可采取将基础底面做成接梯，齿块斜坡或设置防滑锚栓等措施。

3.2桩基础设计

1、各类桩的桩距、与承台连接及钢筋构造等布置等按“规范”4.2.1条～4.2.5条规定。

2、桩基础布置中承台类型有低桩承台和高桩承台两种，低桩承台稳定性好，但水中施工难度较大，一般水务或航道部门有要求时可采用低桩承台，对常年有流水、冲刷较深，或水深较大，水务等部门认可，在结构受力条件允许时，应尽量采用高桩承台。

3、桩基础按受力条件分成柱桩和摩擦桩两种，可根据地质和受力等情况确定。柱桩承载力大，沉降量小，较为安全可靠，当基岩埋深不是很深，技术可行、经济合理时，应考虑采用柱桩；当基岩埋深很深，采用柱桩技术经济不合理时，可采用摩擦桩。同一桩基中，不应同时采用摩擦桩和柱桩。

4、桩径和桩长的确定应根据桩基受力要求、桩基类型、地质条件、施工技术条件等因素综合确定，要求技术经济合理可行。同一桩基不宜采用不同直径、不同材料的桩，也不宜采用长度相差过大的桩。

1）桩径拟定：根据桥梁桩基类型特点和常用尺寸，经初步受力分析和技术经济分析后选定基础桩径；大型桥梁一般应对多种桩径进行技术经济比选后确定桩径。

2）根据地质报告、桩基受力、沉降控制要求和桩基类型合理确定桩基持力层，柱桩一般根据基岩位置确定桩长，摩擦桩持力层有多种选择时，对不同桩长和桩数组合应进行布置和分析试算，确定合理的桩长。

4结论

总之，中小跨径公路桥梁墩台基础选型设计，应遵循安全、适用、经济、美观和有利于环保的原则，并根据本地区的自然条件，材料供应和地质情况以及施工要求和使用效果等进行综合考虑，做到技术可行、经济合理，并尽量做到标准化、和施工机械化。

参考文献：

[1]《公路桥涵设计通用规范》（JTGD60－2015）；

[2]《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》（JTG3362-2018）；

[3]《公路桥涵地基与基础设计规范》（JTGD63-2007）。