連續板橋橋墩基礎變更設計方案

連續板橋橋墩基礎變更設計方案

一流 2006.3.20

【內容摘要】根據實際地質情況，通過結構驗算，將原設計橋墩挖孔灌注樁基礎變更為明挖擴大基礎，實踐證明，有利于減少工期和節約工程成本。

【關鍵詞】 挖孔灌注樁基礎、明挖擴大基礎

國道213線樂山沐川至宜賓新市鎮段改造工程K45+246中橋原設計為4X16m鋼筋混凝土連續板橋，橋墩基礎為挖孔灌注樁基礎。在1#墩樁基挖孔過程中發現該橋樁基所處地質情況與原設計有較大的差異，覆蓋土層較薄，實測厚度僅為2～3m，如按原設計施工，挖孔樁因覆蓋土層以下為堅硬的泥巖或砂巖，開挖較困難，施工進度較慢，為節約工期同時兼顧本工程的經濟效益，通過變更設計計算和方案比較，對該橋2#、3#墩基礎采用明挖擴大基礎施工方案。

一、原設計基本情況及相關參數：

1、結構布置：上部結構為4-16米鋼筋混凝土連續板，下部結構采用雙柱式墩、樁基礎，重力式U型橋臺、擴大基礎。

2、設計荷載：汽車—20級，掛車—100，人群荷載-3.5KN/m2。

3、地形地質：挖孔樁地處季節性溪流沖積而成的斜坡地帶，地質層狀分明，覆蓋層為崩坡積塊石土，厚2～4m，地基容許承載力[σ]=0.3～0.4Mpa，其次為粉砂質泥巖夾粉砂巖，強風化層厚2～5m，地基容許承載力[σ]=0.4～0.5Mpa，弱風化層地基容許承載力[σ]=1.0～2.0Mpa。

4、原設計圖詳見《原設計橋型布置圖》：

二、變更設計：

1、結構選型：根據實測地形地質狀況，擬采用鋼筋混凝土明挖擴大基礎，基礎為階梯狀，共2階，底階長9.4 m，寬4 m，高1.0 m；二階長7.9 m，寬2.5 m，高1.0 m。基礎底面高程為404.5 m。詳圖見《明挖擴大基礎受力分析及結構簡圖》。

2、結構驗算：

① 基本資料：

上部結構：鋼筋砼連續板。

下部結構：鋼筋砼雙柱式橋墩，明挖擴大基礎。

混凝土標號：C30混凝土。

橋面鋪裝：10cm40#鋼纖維防水砼鋪裝。

設計荷載：汽車—20級，掛車—100，人群荷載-3.5KN/m2。

橋面凈空：凈-7m行車道+2X0.75m安全帶+平面加寬

地基容許承載力[σ]=0.4～2.0Mpa。

② 2#、3#墩支座反力計算：

計算簡圖：見《明挖擴大基礎受力分析及結構簡圖》。

為簡化計算，橋面按10m計。

將橋面鋪裝及安全帶折算為連續板的容重，則：

每延米橋面安全帶重=2X(0.0293+0.061+0.042+0.024+0.34)X26/2.5=9.9KN

(注：查安全帶原設計圖計算，每個預制安全帶長2.5m)

每延米橋面鋪裝重=8.5X0.1X26=22.1KN

每延米連續板重=(10X0.7-1.8X0.85)X26=142.2KN

自重調整系數=(9.9+22.1+142.2)/5.47X25=1.28

將結構離散后采用橋梁博士軟件計算,結果數據詳見附件。其中2#墩(節點17) 正常使用階段支反力數據如下：

自重產生的支反力：N1=2622KN

汽車產生的最大支反力：N2=768.2KN

人群產生的最大支反力：N3=95.73KN

3#墩(節點25) 正常使用階段支反力數據如下：

自重產生的支反力：N1=3164KN

汽車產生的最大支反力：N2=737.7KN

人群產生的最大支反力：N3=101.4KN

由以上數據可以看出，3#墩較2#墩更不利，因此僅對3#墩進行計算分析。

③ 水平制動力計算：

根據橋涵設計通用規范第2.3.3條規定，本橋制動力為布置在荷載長度內一行汽車車隊總重力的10%，但不小于一輛重車的30%。

因此制動力N=（200+300+200+200）X10%=90KN

同時，偏保守地計算，將墩臺視為剛性，制動力按支座剛度分配，則3#墩制動力N=90X（25X45）/（25X45X3+20X40X2）=20.35KN

④ 承載能力極限狀態下基礎內力計算及荷載組合：

3#墩自重G=（8.58+13.69+57.35）X25=1990.5KN

基礎Nj=(1990.5+3164)X1.1+(737.7+101.4)X1.3=6760.78KN

基礎Mj=20.35 X1.3 X 11.93=315.61KN.M

基礎應力σ=Nj/A+Mj/S（A為基底面積，S為基底面積距）

A=9.4X4X106=3.76X107(mm2)

S=(9.4X43/12)/2=25.07 m3=2.507X1010 mm3

σ=6760.78X103/3.76X107+315.61X106/2.507X1010=0.192Ma< [σ] 滿足要求

若不考慮制動力,僅計自重、人群、汽車荷載，則：

Nj=(1990.5+3164)X1.2+(737.7+101.4)X1.4=7360.14KN

基礎應力σ=Nj/A=7360.14X103/3.76X107=0.196Ma<[σ] 滿足要求

為滿足正常使用極限狀態的要求，基礎承載力要求不得低于0.35 Ma，施工時基底必須置于弱風化基巖內，且須嵌入弱風化基巖不小于1.0m。

⑤ 配筋：

由于基礎主要受力為壓應力，且應力較小，因此按構造配筋即可。

選用φ16螺紋鋼筋，間距150X150mm，分上下兩層布置在一、二階基礎底部，同時，墩柱鋼筋深入二階基礎底部，具體布置詳見《鋼筋結構布置圖》。

三、方案比較：

① 施工工藝、工序比較：

人工挖孔灌注樁施工工藝流程：

準備→修筑施工便道→平整施工場地→測量放樣→挖孔（護壁）→澆筑→結束

↓ ↑

鋼筋加工→吊裝

明挖擴大基礎施工工藝流程：

準備→修筑施工便道→平整施工場地→測量放樣→基槽開挖→鋼筋制安→澆筑→回填→結束

由以上工藝流程可以看出：人工挖孔灌注樁施工前后均需要機械進行配合施工；覆蓋土層以上部位樁孔需進行護壁，而覆蓋土層以下部位樁孔為堅硬巖石，開挖較困難，施工進度緩慢；鋼筋加工需較大的加工場地，鋼筋籠入孔需要機械吊裝，而現有施工場地狹小，施工操作不便；混凝土澆筑需設溜槽，澆筑速度較慢。

明挖擴大基礎施工可以利用挖掘機修筑便道及平整場地后即進行基槽開挖，機械利用率高，施工進度快；鋼筋結構簡單，加工占地面積小，施工操作方便；混凝土澆筑直接入槽，施工簡便，澆筑速度較快。

總而言之，明挖擴大基礎施工方案工藝簡單，操作方便，施工進度快。

② 工期比較：

挖孔灌注樁施工：根據1#樁基的實際施工進度計算，完成2#及3#樁基的施工工期為50天。

明挖擴大基礎施工：實際施工工期22天。

節約工期：28天。

③ 經濟效益比較：

挖孔灌注樁施工估計工程費：

采用明挖擴大基礎施工方案實際工程費：

由此可見，采用明挖擴大基礎施工方案比原設計挖孔灌注樁方案經濟，直接節約工程成本五萬余元。

四、結束語：

通過對兩種施工方案的比較以及實際施工的經驗總結和成本核算，為今后實際施工中遇到同類或類似淺表性覆蓋土層的橋梁樁基施工時提供了參考依據。在建筑市場經濟的條件下，明挖擴大基礎的施工方案對于工期緊、低標價中標的項目顯得尤為重要。

五、參考文獻：

1、《公路橋梁電算》 楊炳成 2000.10 人民交通出版社

2、《基礎工程》 馮忠居 2001.10 人民交通出版社

3、《結構力學》 包世華 2000.5 武漢工業大學出版社

4、《公路橋墩臺設計與施工》 馬爾立 1999.4 人民交通出版社

5、《結構穩定和穩定內力》 李存權 2000.3 人民交通出版社

6、《橋梁計算示例集》 易建國 2001.4 人民交通出版社

7、《橋涵設計通用規范》 人民交通出版社

附：計算數據

總體輸入原始數據

工程項目: K45+246中橋

計算類別: 只計算內力位移

計算內容: 活載

非線性: 不計非線性影響

相對濕度: 0.700000

腐蝕性: 無強烈腐蝕性

組合類型: 1-3

計活載單元:1-32

計活載節點:1-33

動態加載步長: 1.00

位移累計時不計入節點安裝時的初位移

橋面單元截面為豎直截面: 是

鋼束等效荷載僅形成節點荷載: 否

極限組合時是否計入預應力效應: 否

單元輸入原始數據

單元號: 1-8

左節點號: 1-8

右節點號: 2-9

左節點坐標:x = 0.000000-13.763750 y = 0.000000-0.000000

右節點坐標:x = 1.966250-15.730000y = 0.000000-0.000000

坐標位置: 截面上緣坐標

自重系數: 1.280000

主截面計自重階段:0

單元有效長度 = 1.96625 m

單元面積修正系數 = 1.00000

單元慣矩修正系數 = 1.00000

單元徐變修正系數 = 1.00000

單元收縮修正系數 = 1.00000

單元預加應力系數 = 1.00000

單元溫變修正系數 = 1.00000

單元彈性模量系數 = 1.00000

是否橋面: 是橋面單元

單元類型: 鋼筋混凝土構件

單元齡期: 28 天

左截面特征:

主截面描述:

幾何類型: T型

截面節線描述:

節線號 高度 寬度

1 0 6400

2 300 6400

3 550 10000

4 700 10000

有效分布寬度: 頂緣=0 mm, 底緣=0 mm

截面材料描述:JTJ023-85: 30號混凝土

附截面描述:

附截面1

附截面2

附截面3

右截面特征:

主截面描述:

幾何類型: T型

截面節線描述:

節線號 高度 寬度

1 0 6400

2 300 6400

3 550 10000

4 700 10000

有效分布寬度: 頂緣=0 mm, 底緣=0 mm

截面材料描述:JTJ023-85: 30號混凝土

附截面描述:

附截面1

附截面2

附截面3

單元號: 9-24

左節點號: 9-24

右節點號: 10-25

左節點坐標:x = 15.730000-45.730000 y = 0.000000-0.000000

右節點坐標:x = 17.730000-47.730000 y = 0.000000-0.000000

坐標位置: 截面上緣坐標

自重系數: 1.280000

主截面計自重階段:0

單元有效長度 = 2.000 m

單元面積修正系數 = 1.00000

單元慣矩修正系數 = 1.00000

單元徐變修正系數 = 1.00000

單元收縮修正系數 = 1.00000

單元預加應力系數 = 1.00000

單元溫變修正系數 = 1.00000

單元彈性模量系數 = 1.00000

是否橋面: 是橋面單元

單元類型: 鋼筋混凝土構件

單元齡期: 28 天

左截面特征:

主截面描述:

幾何類型: T型

截面節線描述:

節線號 高度 寬度

1 0 6400

2 300 6400

3 550 10000

4 700 10000

有效分布寬度: 頂緣=0 mm, 底緣=0 mm

截面材料描述:JTJ023-85: 30號混凝土

附截面描述:

附截面1

附截面2

附截面3

右截面特征:

主截面描述:

幾何類型: T型

截面節線描述:

節線號 高度 寬度

1 0 6400

2 300 6400

3 550 10000

4 700 10000

有效分布寬度: 頂緣=0 mm, 底緣=0 mm

截面材料描述:JTJ023-85: 30號混凝土

附截面描述:

附截面1

附截面2

附截面3

單元號: 25-32

左節點號: 25-32

右節點號: 26-33

左節點坐標:x = 47.730000-61.493750 y = 0.000000-0.000000

右節點坐標:x = 49.696250-63.460000 y = 0.000000-0.000000

坐標位置: 截面上緣坐標

自重系數: 1.280000

主截面計自重階段:0

單元有效長度 = 1.96625 m

單元面積修正系數 = 1.00000

單元慣矩修正系數 = 1.00000

單元徐變修正系數 = 1.00000

單元收縮修正系數 = 1.00000

單元預加應力系數 = 1.00000

單元溫變修正系數 = 1.00000

單元彈性模量系數 = 1.00000

是否橋面: 是橋面單元

單元類型: 鋼筋混凝土構件

單元齡期: 28 天

左截面特征:

主截面描述:

幾何類型: T型

截面節線描述:

節線號 高度 寬度

1 0 6400

2 300 6400

3 550 10000

4 700 10000

有效分布寬度: 頂緣=0 mm, 底緣=0 mm

截面材料描述:JTJ023-85: 30號混凝土

附截面描述:

附截面1

附截面2

附截面3

右截面特征:

主截面描述:

幾何類型: T型

截面節線描述:

節線號 高度 寬度

1 0 6400

2 300 6400

3 550 10000

4 700 10000

有效分布寬度: 頂緣=0 mm, 底緣=0 mm

截面材料描述:JTJ023-85: 30號混凝土

附截面描述:

附截面1

附截面2

附截面3

施工階段輸入原始數據

數據文件: C:\DOCUMENTS AND SETTINGS\QQ\桌面\橋墩支反力計算.DBC

全局移動荷載:

組號 位置 荷載

施工階段號:1

安裝桿件:1-32

拆除桿件:

張拉鋼束:

拆除鋼束:

灌漿鋼束:

是否考慮本階段分批張拉損失: 是

豎向預應力:

升溫溫差:0 度

降溫溫差:0 度

平均溫度:22 度

施工周期:100.000000 天

外部邊界條件:

節點 水平 豎直 轉動 水平 豎直 轉動 彎剪 水平 豎直 轉動

1 無 有 無 0.0 0.0 0.0 0.0 雙向 雙向 雙向

9 有 有 無 0.0 0.0 0.0 0.0 雙向 雙向 雙向

17 有 有 無 0.0 0.0 0.0 0.0 雙向 雙向 雙向

25 有 有 無 0.0 0.0 0.0 0.0 雙向 雙向 雙向

33 無 有 無 0.0 0.0 0.0 0.0 雙向 雙向 雙向

內部約束條件:

主節點 從節點 水平 豎直 轉角

階段荷載描述:

施工活載1荷載:

均布荷載:

桿號 u1 u2 水平力 豎向力

1 0.0 1.0 0.0 142.2

2 0.0 1.0 0.0 142.2

3 0.0 1.0 0.0 142.2

4 0.0 1.0 0.0 142.2

5 0.0 1.0 0.0 142.2

6 0.0 1.0 0.0 142.2

7 0.0 1.0 0.0 142.2

8 0.0 1.0 0.0 142.2

9 0.0 1.0 0.0 142.2

10 0.0 1.0 0.0 142.2

11 0.0 1.0 0.0 142.2

12 0.0 1.0 0.0 142.2

13 0.0 1.0 0.0 142.2

14 0.0 1.0 0.0 142.2

15 0.0 1.0 0.0 142.2

16 0.0 1.0 0.0 142.2

17 0.0 1.0 0.0 142.2

18 0.0 1.0 0.0 142.2

19 0.0 1.0 0.0 142.2

20 0.0 1.0 0.0 142.2

21 0.0 1.0 0.0 142.2

22 0.0 1.0 0.0 142.2

23 0.0 1.0 0.0 142.2

24 0.0 1.0 0.0 142.2

25 0.0 1.0 0.0 142.2

26 0.0 1.0 0.0 142.2

27 0.0 1.0 0.0 142.2

28 0.0 1.0 0.0 142.2

29 0.0 1.0 0.0 142.2

30 0.0 1.0 0.0 142.2

31 0.0 1.0 0.0 142.2

32 0.0 1.0 0.0 142.2

施工活載2荷載:

均布荷載:

桿號 u1 u2 水平力 豎向力

1 0.0 1.0 0.0 9.9

2 0.0 1.0 0.0 9.9

3 0.0 1.0 0.0 9.9

4 0.0 1.0 0.0 9.9

5 0.0 1.0 0.0 9.9

6 0.0 1.0 0.0 9.9

7 0.0 1.0 0.0 9.9

8 0.0 1.0 0.0 9.9

9 0.0 1.0 0.0 9.9

10 0.0 1.0 0.0 9.9

11 0.0 1.0 0.0 9.9

12 0.0 1.0 0.0 9.9

13 0.0 1.0 0.0 9.9

14 0.0 1.0 0.0 9.9

15 0.0 1.0 0.0 9.9

16 0.0 1.0 0.0 9.9

17 0.0 1.0 0.0 9.9

18 0.0 1.0 0.0 9.9

19 0.0 1.0 0.0 9.9

20 0.0 1.0 0.0 9.9

21 0.0 1.0 0.0 9.9

22 0.0 1.0 0.0 9.9

23 0.0 1.0 0.0 9.9

24 0.0 1.0 0.0 9.9

25 0.0 1.0 0.0 9.9

26 0.0 1.0 0.0 9.9

27 0.0 1.0 0.0 9.9

28 0.0 1.0 0.0 9.9

29 0.0 1.0 0.0 9.9

30 0.0 1.0 0.0 9.9

31 0.0 1.0 0.0 9.9

32 0.0 1.0 0.0 9.9

施工活載3荷載:

均布荷載:

桿號 u1 u2 水平力 豎向力

1 0.0 1.0 0.0 22.1

2 0.0 1.0 0.0 22.1

3 0.0 1.0 0.0 22.1

4 0.0 1.0 0.0 22.1

5 0.0 1.0 0.0 22.1

6 0.0 1.0 0.0 22.1

7 0.0 1.0 0.0 22.1

8 0.0 1.0 0.0 22.1

9 0.0 1.0 0.0 22.1

10 0.0 1.0 0.0 22.1

11 0.0 1.0 0.0 22.1

12 0.0 1.0 0.0 22.1

13 0.0 1.0 0.0 22.1

14 0.0 1.0 0.0 22.1

15 0.0 1.0 0.0 22.1

16 0.0 1.0 0.0 22.1

17 0.0 1.0 0.0 22.1

18 0.0 1.0 0.0 22.1

19 0.0 1.0 0.0 22.1

20 0.0 1.0 0.0 22.1

21 0.0 1.0 0.0 22.1

22 0.0 1.0 0.0 22.1

23 0.0 1.0 0.0 22.1

24 0.0 1.0 0.0 22.1

25 0.0 1.0 0.0 22.1

26 0.0 1.0 0.0 22.1

27 0.0 1.0 0.0 22.1

28 0.0 1.0 0.0 22.1

29 0.0 1.0 0.0 22.1

30 0.0 1.0 0.0 22.1

31 0.0 1.0 0.0 22.1

32 0.0 1.0 0.0 22.1

使用階段輸入原始數據

數據文件: C:\DOCUMENTS AND SETTINGS\QQ\桌面\橋墩支反力計算.DBU

收縮徐變計算天數: 1000.000000 天

升溫溫差:0 度

降溫溫差:0 度

使用階段荷載描述:

計入反號效應荷載類型:

活載信息:

橋面寬度: 10.000000 m

人行道寬度: 1.500000 m

汽車等級:汽車-20級

掛車等級:掛車-100級

人群集度: 3.500000 KN/m**2

中-活載:不計算

輕軌:不計算

汽車調整系數: 2.000000

掛車調整系數: 1.000000

步道調整系數: 1.000000

滿人調整系數: 1.000000

特載調整系數: 1.000000

特殊車列調整系數: 1.000000

中-活載調整系數: 1.000000

輕軌調整系數: 1.000000

自定義組合信息

[優化階段信息]

數據文件: C:\DOCUMENTS AND SETTINGS\QQ\桌面\橋墩支反力計算.DBO

優化方法:按無約束條件優化結構索力

二期恒載:0.000000 KN/m

拉索施工張拉力的來源: 按照施工階段的設定值

正常使用階段支承反力數據匯總輸出

結構重力結果:

節點號 水平力 豎向力 彎矩

1 0.000e+000 1.079e+003 0.000e+000

9 0.000e+000 3.164e+003 0.000e+000

17 0.000e+000 2.622e+003 0.000e+000

25 0.000e+000 3.164e+003 0.000e+000

33 0.000e+000 1.079e+003 0.000e+000

汽車MaxM結果:

節點號 水平力 豎向力 彎矩

1 0.000e+000 0.000e+000 0.000e+000

9 0.000e+000 0.000e+000 0.000e+000

17 0.000e+000 0.000e+000 0.000e+000

25 0.000e+000 0.000e+000 0.000e+000

33 0.000e+000 0.000e+000 0.000e+000

汽車MinM結果:

節點號 水平力 豎向力 彎矩

1 0.000e+000 0.000e+000 0.000e+000

9 0.000e+000 0.000e+000 0.000e+000

17 0.000e+000 0.000e+000 0.000e+000

25 0.000e+000 0.000e+000 0.000e+000

33 0.000e+000 0.000e+000 0.000e+000

汽車MaxQ結果:

節點號 水平力 豎向力 彎矩

1 0.000e+000 5.911e+002 0.000e+000

9 0.000e+000 7.422e+002 0.000e+000

17 0.000e+000 7.682e+002 0.000e+000

25 0.000e+000 7.377e+002 0.000e+000

33 0.000e+000 5.736e+002 0.000e+000

汽車MinQ結果:

節點號 水平力 豎向力 彎矩

1 0.000e+000 -5.415e+001 0.000e+000

9 0.000e+000 -8.647e+001 0.000e+000

17 0.000e+000 -1.632e+002 0.000e+000

25 0.000e+000 -8.713e+001 0.000e+000

33 0.000e+000 -5.460e+001 0.000e+000

掛車MaxM結果:

節點號 水平力 豎向力 彎矩

1 0.000e+000 0.000e+000 0.000e+000

9 0.000e+000 0.000e+000 0.000e+000

17 0.000e+000 0.000e+000 0.000e+000

25 0.000e+000 0.000e+000 0.000e+000

33 0.000e+000 0.000e+000 0.000e+000

掛車MinM結果:

節點號 水平力 豎向力 彎矩

1 0.000e+000 0.000e+000 0.000e+000

9 0.000e+000 0.000e+000 0.000e+000

17 0.000e+000 0.000e+000 0.000e+000

25 0.000e+000 0.000e+000 0.000e+000

33 0.000e+000 0.000e+000 0.000e+000

掛車MaxQ結果:

節點號 水平力 豎向力 彎矩

1 0.000e+000 7.040e+002 0.000e+000

9 0.000e+000 9.541e+002 0.000e+000

17 0.000e+000 9.427e+002 0.000e+000

25 0.000e+000 9.541e+002 0.000e+000

33 0.000e+000 7.147e+002 0.000e+000

掛車MinQ結果:

節點號 水平力 豎向力 彎矩

1 0.000e+000 -6.856e+001 0.000e+000

9 0.000e+000 -1.096e+002 0.000e+000

17 0.000e+000 -1.389e+002 0.000e+000

25 0.000e+000 -1.096e+002 0.000e+000

33 0.000e+000 -6.858e+001 0.000e+000

人群MaxM結果:

節點號 水平力 豎向力 彎矩

1 0.000e+000 0.000e+000 0.000e+000

9 0.000e+000 0.000e+000 0.000e+000

17 0.000e+000 0.000e+000 0.000e+000

25 0.000e+000 0.000e+000 0.000e+000

33 0.000e+000 0.000e+000 0.000e+000

人群MinM結果:

節點號 水平力 豎向力 彎矩

1 0.000e+000 0.000e+000 0.000e+000

9 0.000e+000 0.000e+000 0.000e+000

17 0.000e+000 0.000e+000 0.000e+000

25 0.000e+000 0.000e+000 0.000e+000

33 0.000e+000 0.000e+000 0.000e+000

人群MaxQ結果:

節點號 水平力 豎向力 彎矩

1 0.000e+000 3.698e+001 0.000e+000

9 0.000e+000 1.013e+002 0.000e+000

17 0.000e+000 9.573e+001 0.000e+000

25 0.000e+000 1.014e+002 0.000e+000

33 0.000e+000 3.490e+001 0.000e+000

人群MinQ結果:

節點號 水平力 豎向力 彎矩

1 0.000e+000 -4.159e+000 0.000e+000

9 0.000e+000 -6.641e+000 0.000e+000

17 0.000e+000 -1.697e+001 0.000e+000

25 0.000e+000 -6.659e+000 0.000e+000

33 0.000e+000 -4.099e+000 0.000e+000