连续刚构主墩桩基础设计

崔国宏

1 工程概况

某连续刚构为单线，客货共线。两边主墩采用双薄壁墩柱，壁厚2.4 m，墩柱底壁加厚至3.2 m，两墩壁中心距6.4 m;承台分两层，上层承台顺桥向×横桥向×厚度为13.2 m×16.6 m× 2.0 m，下层承台顺桥向×横桥向×厚度为17.0 m×23.0 m× 4.0 m。桩基础均采用12φ3.0 m钻孔柱桩，顺桥向三排，横桥向四排，桩中心距6.0 m(见图1)。

2 计算设计假定

连续刚构桥主墩与梁固结，与桩基础共同受力，在建立结构计算模型时考虑桩基础的组成形式及桩周土层力学性质对结构刚度的影响。为简化计算模型，将群桩基础换算成一承台底带弹性支承、桩底固结的单排柱(见图2)。换算以两种结构在单位水平力作用下的水平位移及转角、单位弯矩作用下的位移及转角和单位竖向力作用下的竖向位移一致为原则，该方法成熟应用于纵向计算模型。

3 承台计算与设计

3.1 承台抗压和抗拉承载力设计方法

根据JTG D62-2004公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范，当外排桩中心距墩台身边缘不大于承台高度时，承台短悬臂可按“撑杆—系杆体系”计算撑杆的抗压承载力和系杆的抗拉承载力:

其中，Did为撑杆压力设计值，包括 D1d=N1d/sinθ1，D2d= N2d/sinθ2，N1d和N2d分别为承台悬臂下面“1”排桩和“2”排桩内该排桩的根数乘以该排桩中最大单桩竖向力设计值;fcd，s为撑杆混凝土轴心抗压强度设计值;t为撑杆计算高度;bs为撑杆计算宽度;b为桩的支撑宽度，方形截面桩取截面边长，圆形截面取直径的0.8倍;fcu，k为边长为150 mm的混凝土立方体抗压强度标准值;Tid与撑杆相应的系杆拉力设计值，包括T1d=N1d/sinθ1，T2d= N2d/sinθ2;As为在撑杆计算宽度bs(系杆计算宽度)范围内系杆钢筋截面面积;s为系杆钢筋的顶层钢筋中心至承台底的距离;d为系杆钢筋直径，当采用不同直径的钢筋时，d取加权平均值;θi为撑杆压力线与系杆拉力线的夹角，包括θ1=tan-1，θ2=tan-1，h为承台有效高度，a为撑杆压力线在承台的作用点至墩0台边缘的距离，取a=0.15h0，x1和x2均为桩中心至承台边缘的距离;fsd为系杆钢筋抗拉强度设计值。

3.2 承台的斜截面抗剪承载力设计方法

承台的斜截面抗剪承载力应符合下列规定:

其中，Vd为由承台悬臂下面桩的竖向力设计值产生的计算斜截面以外各排桩最大剪力设计值的总和;每排桩的竖向力设计值，取其中一根最大值乘以该排桩的根数;fcu，k为边长为150 mm的混凝土立方体抗压强度标准值，MPa;P为斜截面内纵向受拉钢筋的百分率，P=100ρ，ρ=As/bh0，当P＞2.5时，取P=2.5，As为承台截面计算宽度内纵向受拉钢筋截面面积;m为剪跨比，m= axi/h0或m=ayi/h0，当m＜0.5时，取m=0.5，axi和ayi分别为沿x轴和y轴墩台边缘至计算斜截面外侧第i排桩边缘的距离，当为圆形截面桩时，可换算为边长等于0.8倍圆桩直径的方形截面桩;bs为承台计算宽度，mm;h0为承台有效高度，mm。

4 实际工程分析

该桥承台截面1，截面2见图3，图4。

表1 抗压承载力计算

表2 抗拉承载力计算

由表1～表3可知承台抗压、抗拉和抗剪承载力均满足要求。

表3 抗剪承载力计算

5 结语

承台计算一般均假定是刚体，从而大大简化了计算，大多数情况下是偏于安全方面。对于大跨度连续刚构桩基承台，除了满足刚度要求外，还要考虑其抗压、抗拉、抗剪能力的需要。本文介绍了某连续刚构主墩桩基础承台的设计情况，希望对今后大跨度连续刚构主墩的基础设计有一定的借鉴意义。

［1］ TB 10002.5-2005，铁路桥涵地基和基础设计规范［S］.

［2］ JTG D62-2004，公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范［S］.

［3］ 张 溢，鄢生全.连续刚构主墩的计算长度系数的确定［J］.山西建筑，2010，36(1):336-337.