关于现代路桥设计的构思及问题的探讨.docx
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关于现代路桥设计的构思及问题的探讨
关于现代路桥设计构思及问题的探讨
路桥?
航运?
交通中华民居2011年12月
关于现代路桥设计构思及问题的探讨
李芳刘春斌
(江西同济工程咨询有限公司)
摘要:
本文作者结合多年工作经验,对路桥一体化设计的分析思路及对问题进行分析,仅给予参考.
关键词:
路桥一体化设计;应用前景;问题提出;基本构思
l路桥一体化设计的基本构思
1.1一体化设计的指导思想
综合考虑桥梁与桥坡段的沉降.尽可能使桥梁与桥坡沉降协同.
这里的协同有两方面的意思,一个是沉降量,另一个是沉降速率.这
就要求设计人员一方面分析桥坡软基的沉降问题,另一方面必须分析桥
梁的沉降问题.合理的软基处理方式与适宜的桥梁基础设计相结合,综
合分析施工工期,工后沉降等因素,解决沉降协同的问题.
1.2一体化设计的核心问题一按沉降控制桥梁桩基设计
然而,在传统的路桥设计中,桥梁桩基采用常规桩基础的设计方式.
设计指导思想从强度出发,承载力作为设计的控制指标,而沉降作为验
算校核指标.此外,在承载力设计中仅考虑桩的承载作用,并给予安全系
数为2的安全度,未考虑承台的持荷作用.因此,在传统强度控制设计思
想下,桥梁桩基往往具有大于2的强度安全储备,并且沉降很小.从经济
的角度讲,过多的安全储备,也造成了建造费用的浪费.由于在这样的设
计思想下,桥梁沉降很小,因此,对桥梁桩基的沉降,也缺乏充足的实测
资料进行分析.
由此不难发现,解决路桥一体化设计的矛盾焦点集中在~个方面,
即如何控制桥梁基础沉降,使之满足要求.我们将其称之为按沉降控制
桥梁基础设计
1.3一体化设计的设计流程
(1)选择技术可行,费用低廉的桥坡软基处理方法;
(2)对处理后软基的沉降量,沉降速率进行分析;
(3)采用按沉降控制的设计思想,设计桥梁桩基础,对桥梁桩基的总
沉降量及沉降速率进行计算分析;
(4)较核桥梁桩基的沉降计算与桥坡的沉降计算,调整设计方案,对
施工工期做技术上的限定,使沉降差尽可能小.
2按沉降控制桥梁桩基设计方法的研究
2.1目前通用桩基沉降计算方法评述
(1)对于群桩沉降,目前常用的计算方法有这么几种:
①等代墩基法;
②按Mindlin解确定地基土附加应力;
③沉降控制复合桩基的沉降计算方法.
(2)目前沉降计算方法的评述
软土中基础的沉降是一个非常复杂的问题.软土中桩基沉降的实质
是由桩身压缩,桩端刺入变形(低承台承台下土体的压缩)和桩端平面以
下土层受群桩荷载共同作用所产生的整体压缩变形等多个主要分量组
成,并且是一个需要经历数年,甚至更长时间才能完成的过程.即使忽略
软土中桩身弹性压缩量,但由于桩端刺入变形和桩与±体之间相互作用
机理的复杂性,以及土体参数不确定性,在目前认识水平条件下软土中
桩基沉降计算仍不是单纯理论计算所能描述的问题.
目前的桩基沉降计算预测有这么几个特点:
①对工程经验的严重依赖性.对于长期沉降的发展历程,几乎完全
依赖工程经验.
②计算理念上的简单化.仅考虑易于解决的外部沉降问题(桩端平
面下土体的整体压缩变形),抛弃或过于简化地处理内部沉降问题(桩端
刺入变形).
③计算过程的粗糙化.对附加应力的计算,做了过于简化的处理.采
用恒定的基于单桩极限承载力分析的端阻分配比,忽略了桩侧摩阻力与
桩端阻力随荷载,位移发展的非线形变化特征.这些,使桩基沉降计算预
测的准确性受到限制.
?
176?
2.2合理桩基沉降计算方法的考虑
合理桩基沉降计算方法应该次完善考虑承台一桩一土体相互作用
的基础上提出,而且应该与桩基承载机理相结合不能采用当前与承载机
理完全脱节的方法.
对于桩端平面以下土体的整体压缩,采用目前方法,应该是可行的;
桩身压缩量由于桩材本身模量很大,所占比例很小,且为瞬时弹性变形,
对整个沉降分析的影响不大.因此,沉降分析的核心与难点就集中在桩
端的刺入变形量计算预估上.
刺入变形受以下几个因素制约:
(1)承台下土体的持荷性状与土体特性;
(2)桩端持力层土体的持荷性状与土体特性;
(3)僵淞侧摩阻力随荷载与沉降的变化特性;
(4)基础的几何尺寸,承台的大小,桩长,桩趾.
当然,这几方面的因素具有相关性,相互联系相互制约.
从决定刺入变形的几个因素看,在基础尺寸不占据重要位置后,前
三个因素都可以用沉降作为主线联系起来.我们可以分析承台下地基土
的沉降一荷载关系;桩侧摩阻力的沉降一荷载关系;持力层的沉降一荷
载关系.在给定基础沉降的情况下,将三部分的荷载叠加,就可以方便地
得到整个桥梁小承台桩群基础的沉降一荷载关系.有了这个关系后,依
据路桥一体化设计的沉降要求及上部荷载水平,即可确定基础设计方
案,实现真正意义上的按沉降控制桥梁桩基设计.
2.3课题的关节点及其解决方法
如前所述,本课题的关键问题在三个方面:
承台下地基土的沉降一
荷载关系;桩侧摩阻力的沉降一荷载关系;持力层的沉降一荷载关系.采
用试验结合理论分析的方法,对这三方面问题进行分析.
通过计算一试验一设计一实测验证一模型试验(数值模拟)一反分
析这样一个完备的过程,寻求按沉降控制桥梁桩基可行的设计方法,为
研究成果的推广应用打下基础.
3路桥一体化设计思想及问题提出
3.1桥头跳车问题的存在
由于软土具有高压缩性,高含水量,低透水性,低强度等特征,在道
路与桥梁的结合部位,桥坡高填土通常会引起路基的较大沉降.与之相
反,桥梁仅产生极小沉降;因此,如何解决因桥头道路与桥梁之间的沉降
差而形成的”桥头跳车”现象,成为困扰工程界的大难题.
3.2传统治理桥头跳车的方法
(1)消极对待,不做处理,发生沉降后对路面进行修补;
(2)从减小工后沉降的角度,采用堆载预压方法;对桥坡软基,进行
长时间的堆载预压(或结合真空降水,真空预压等技术),以减小道路通
车后桥坡的工后沉降:
(3)从减小软基总沉降的角度,对桥坡软基进行地基处理;通常采用
注浆,强夯,深层搅拌桩,碎石桩,砂桩等地基处理技术,提高软土强度与
压缩模量,减小软基的总沉降;
(4)从减小附加荷载的角度,对桥坡路堤的填料进行处理:
一般采用
二灰路堤,EPs轻质填料等;
(5)设置搭板,作为过渡段,调节路桥的不均匀沉降.对桥坡软基不
做处理,如工后沉降过大,后期修补路面的养护费用将很高;若采用堆载
预压所需要的时间很长,往往受到工期限制;如果进行深层处理,费用则
较高;EPS轻质填料也因其造价偏高难以推广;单纯设置搭板,桥坡一侧
的过大沉降有可能使搭板脱空,产生沉降从而失去作用,此外难以确定
适宜的搭板长度.因此,工程中通常组合使用这此处理方法.在处理桥头
中华民居2011年12月路桥?
航运?
交通
论某桥梁工程现浇箱梁施工及质量控制
王有涛
(许昌水利建筑工程有限公司)
摘要:
近年来,随着经济的发展,我国基础建设规模不断增大.而公路桥梁建设是整个交通基础建设中十分重要的一个环节,是国民经济发展的基础.
本文是作者在近几年的工作过程中,结合工程实例,简要介绍了该工程中现浇箱梁的支架,模板,预应力等施工工艺及相应的施工质量控制,以供参考.
关键词:
现浇箱梁;施工;质量控制
1工程概况
本工程桥梁全长559m,大桥上部结构为6mx25m预应力混凝土现
浇箱梁,共分为上下2联,箱梁均采用等高度预应力混凝土连续梁,混凝
土标号为C50.箱粱预应力共分为纵向和横向两种,顶板横向预应力为
单根无粘结预应力筋,纵向顶板为9-+15.24钢绞线,底,腹板采用l2一
I,15.24钢绞线.梁体预应力单跨逐段张拉,用联接器贯穿联接.箱梁的结
构断面图如下图所示.箱梁主体位于城区内,其外观质量要求严格,因此
对于模板和支架的控制要求严格.
壁墼塑毯/
单联箱梁断面图
2模板与支架的设计和验算
2.1方案选定
根据以往施工经验,结合箱梁的实际尺寸,模板及支架施工方案选
定如下.
箱梁混凝土分为两次浇注,第一次浇注底板和腹板,第二次浇注顶
板和翼缘板.如此施工首先考虑施工中模板的支设及内支架的搭设比较
方便,再从外观中考虑旖工缝设在腹板和翼缘板交接处,比较隐蔽,不致
影响美观.支架采用满布式碗扣支架.支架基础分层夯实整平,在其上浇
注一层平均15em厚的混凝土,混凝土标号为C25.支架立杆纵向间距
80cm,在横隔墙位置加密成50era,底板横向间距6Ocm,翼缘板横向间距
80cm,横杆步距150120cm.在立杆的上部放置可调承托螺杆,可调承托
螺杆的最大升降量为30cm,在可调承托螺杆的上面顺桥向分布10cmx
10era方木,间距30cm,方木上钉竹胶板(厚1.5cm)作为外模.内模用单
光面1.2cm厚的竹胶板,用5x7cm方木做背带.由于箱梁箱内净空较小,
只有97cm,混凝土浇筑后项板内模及内支架拆除困难,为节省材料,考
虑内模支架的周转使用,采用型钢加工成标准构件,构件之间用螺栓连
接,再用组合钢模板做顶板内模.这样内支架和模板既利于安装与拆除,
又可提高劳动效率,一举多得.
2.2支架验算
2.2.1荷载计算
第一次浇注时最大混凝土面密度在中腹板位置,在左右1.6m范围
内,其平均面密度为N1x19.5kN/m2.第二次浇注时混凝土重量平均分布至
底板,其平均面刻度为N:
=15.5kN/m2<N,,因此将N1=19.5kN/m2作为控制,
验算的依据.
模板自重:
a=1.18kN/m2;方木自重:
b=0.35kN/m;施工荷载:
d=2.OkN/
m;振捣荷载:
e=2.OkN/m2.
总荷载:
Q=I.2(1.18+o.35+19.5)+1.4(2.0+2.o)=30.836kN/m.
每根立柱承受荷载力P=qA=30.334~0.8x0.6=14.8kN.
2.2.2水平横杆验算
立杆横向间距0.6m,纵向间距0.8m.
水平横杆的沿跨度方向的线载荷为口=Qx0.8=30.836x0.8=24.669kN/m.
跳车问题上均花费相当大的资金.
3-3路桥一体化设计思想
对传统桥头跳车问题治理方法进行分析后不难发现,传统方法的着
眼点都集中在问题的一个方面,即如何解决桥坡段的沉降问题;对产生
差异沉降的另外一个方面,桥梁,未做任何分析与考虑.这与传统设计体
制下”桥归桥,路归路”的设计模式有关.分割的设计模式使桥梁设计人
员不考虑桥梁与道路沉降的衔接问题,桥梁的工后沉降甚微;而道路的
设计人员也仅在如何处理道路沉降上下工夫,而不会考虑桥梁的沉降问
题.
由此,提出一个新的问题:
能不能突破传统的设计模式,综合考虑道
路与桥梁的沉降问题,在许可的范围内使桥梁多沉一点,减小路桥沉降
差.为改善软土路基上的桥头跳车现象提供一个新的解决途径.分析后
发现,这样做至少有这么几点好处:
(1)减少桥梁桩基础的造价;
(2)减少以后修补路面的维护费用;
(3)减少桥坡段的软基处理费用,缩短工期.
4路桥一体化设计的应用前景
4.1技术问题
前已叙及,路桥一体化设计的核心在于设计允许桥梁产生相当的沉
降以和桥坡沉降协同.而基础设计必须适应上部结构的要求.因此,要从
上部结构的分析上探讨路桥一体化设计的应用前景.
从上部结构自身要求来讲,基础的均匀沉降不会对上部结构产生任
何不良影响;
从桥下通行的净空要求来讲,适当提高设计高程,预留桥梁沉降量
也不会对通行净空产生太大的影响;
对于混凝土连续梁桥,须避免相邻墩台不均匀沉降产生的次应力;
由以上的分析来看,在设计方法成熟后,可考虑突破现有规范对总
沉降量的规定.在确保桥梁基础均匀沉降的基础上,可以将路桥一体化
的设计方法应用于连续梁桥及简支梁桥.在目前摸索阶段,可将此方法
先应用于对沉降要求不高的简支梁桥设计上.
4.2经济价值
桥梁沉降,相应的可以降低对桥坡软基的处理标准,节约桥坡软基
的处理费用;
采用复合桩基理念,充分挖掘桥梁小承台桩群的承载能力,以沉降
为控制标准,与传统设计相比较,可减少桥梁桩的桩长,桩数,从而降低
桥梁桩基造价;
路桥的协同变形,为通车后道路的维护带来方便,可减少后期的道
路维护费用.
因此,路桥一体化设计从技术,经济上都是可行的,应该是一种具有
前瞻性的,先进的设计理念.
5结束语
作为具有前瞻性的先进的设计理念,取代目前”桥归桥,路归路”的
旧的设计方法,路桥一体化设计应该成为今后设计的趋势.对设计的核
心问题,桥梁小承台桩基的按沉降控制设计方法,在经过单桩测试,工程
实践长期监测,室内计算分析后,相信会有一个合理可靠的解决方案.
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