拉杆在软土地基坦拱桥设计中的应用

1、拉杆在软土地基坦拱桥设计中的应用陈屹1 邹志强21 南昌市城市规划设计院 南昌 330006 2 江西省公路局 南昌 330002摘 要：丰和1号桥桥跨结构为主跨径38.8m、矢跨比1/13的坦拱，拱脚水平推力很大，结合地质条件，基础设置预应力砼拉杆以抵抗水平推力。关键词：桥梁工程;坦拱;基础;拉杆0 前言红角洲片区位于南昌市红谷滩新区西南侧大学城，整体风格为“东方水城”誉为“东方的阿姆斯特丹”。丰和1号桥处于丰和南大道和学府大道交叉口，是新区路网的控制性工程。该桥跨越人工开挖的景观渠。为体现新区的景观要求，并受渠道的水位高程及周边规划道路的控制，桥型采用6m副拱+38.8m主拱+6m副拱的布

2、置形式。桥位处地质构成, 自上而下，依次为：人工填土层、粉质粘土层、中砂层、砾砂层、强风化泥质粉砂岩层等。其中，粉质粘土层以粉粘粒为主，透水性较差，中等压缩性，可塑状，地基容许应力0=120kPa；中砂层以石英砂为主，富水性好，承压水头高度大，地基容许应力0=180kPa。1 主要技术标准1.1上、下行两座完全分离的桥梁。1.2单座桥桥面净宽18.5m，其中车行道宽12.25m，一侧人行道宽5.5m，一侧安全带宽0.75m。1.3桥面设计纵坡0.35。1.4设计荷载：活载为城-A级，人群荷载为5kN/ m2。 2 桥跨结构设计2.1上部结构桥跨结构为钢筋砼园弧板拱。主拱板为变截面矩形板，板厚由

3、跨中60cm向拱脚80cm渐变。主拱板上每隔2m设置竖向立板，板厚25cm。立板上现浇铪桥面板，使上部桥跨结构形成整体。主拱圈的净跨径为38.8m,净矢跨比1/13，副拱净跨径为6m，净矢跨比1/2,如图1。桥跨结构的静动力分析，采用二三维桥梁结构计算程序ASbest按平面杆系模拟进行电算。经计算，主拱拱脚处的净反力，如表1。2.2基础本桥桥台基础落于粉质粘土层，该土层地基承载能力较差。我们知道在软土地基上建造拱桥，尤其是坦拱桥，存在桥台抵抗水平推力的薄弱环节。一般要依靠台背土压力、桥台基底摩阻力或基底齿槛的被动阻力以平衡水平推力，但土体在长期荷载作用下会发生徐变滑移现象,施工中基底以下的土层

4、也会受到扰动，同时台后高填土（H5m）产生的后期沉降会使桥台向后转移及下沉，这些均会危及上部结构的安全。为了提高基础下地基的稳定性,针对这些情况，我们经过多种基础形式的比选，考虑将主、副拱的基础联成一体并整体现浇，以扩大台底面积、减少基底压力,并可增大基础刚度、减少由于地基不均匀沉降对上部结构产生的附加应力。同时在两桥台的基础之间设置拉杆，使拱的水平推力由水平拉杆来承担,既避免了传统工艺在软土地基上建造砼拱桥所承担的风险,又方便了施工。就技术经济指标分析来看：若采用桩基础，因水平荷载较大，仅一侧桥台需直径1.8m的钻孔桩18根，且岩面埋深较大，桩长达到23m左右,而岩面以上土层极易发生流砂并有

5、较大承压水，这些都将增大桩基的施工费用。同时基础承台的厚度亦将达到2.8m。仅初步估算，桩基方案中基础部分就要增加造价470万元（整个桥基工程）。而采用拉杆形式，基础部分造价仅为桩基方案的20%。3 拉杆设计由于目前大吨位预应力束及锚具在工程建设中的广泛应用，本工程的基础拉杆为预应力砼拉杆。拉杆采用直线布置预应力钢索的方法，以减少摩阻损失、提高永存索力。3.1拉杆的分析计算拉杆仅考虑预应力钢铰线受力，不考虑非预应力钢筋受力。钢铰线采用270级11j15.24高强低松弛钢铰线，钢铰线标准强度Ryb=1860MPa，张拉控制应力k=0.75Ryb=1395MPa,一个拉杆设置8根预应力钢束。 因地

6、基土层并非是刚性的，那么拉杆置于地基上就是置于弹性支承上，计算时将弹性支承离散成等 效的弹性约束。当拱脚的水平力达到最大水平推力时，拉杆上下缘各截面应力,如图2。截面应力保证了永存压应力，以使拉杆始终处于全预应力状态，提高拉杆的耐久性。当两侧桥台产生竖向不均匀沉降1cm而使拉杆两端下沉，但拉杆中部沉降较少时，计算此种工况的拉杆截面应力，如图3。可见在此种不利工况下，拉杆的各截面应力均能得到保证。验算拉杆在其纵向平面内的稳定性，由于拉杆的侧向刚度EI较大，不验算平面外的稳定性。拉杆在预应力索作用下的局部抗压验算等。3.2拉杆的构造及施工，如图4、5所示。拉杆锚头的位置，设于桥台基础离河心侧4m处

7、，第一部分的桥台基础与拉杆同时浇筑C40砼。当张拉完成拉杆的预应力索再进行压浆并按施工缝处理结合面后，再浇筑剩余部分的基础砼，同时起到封锚作用。每个拉杆的预应力孔道数为9个，其中一个为预留孔道。拉杆采用后张预应力体系，二端张拉。 孔道采用内径9 cm波纹管成型。当砼强度达到100%即可开始拉杆预应力张拉，张拉分两批进行，以保证拉杆、桥台基础内力变化均衡及纵向受力的稳定性。先张拉靠边侧的拉杆中每边中间一束（按对角,共四根），再张拉另一边侧拉杆（同上），第三次张拉中间拉杆，则第一批张拉完成；第二批张拉每根拉杆四个角的钢束（顺序同上），直至第二批张拉完成。拉杆的预应力束采用张拉力和伸长值双控张拉施工

8、，以控制力为主，伸长量为校核。张拉过程中做好每根拉杆中间及两端变形观侧。在张拉完成后，底部拉杆及桥台基础内厚1.5m深的回填应保证两侧对称，上部不能机械直接承压，避免对拉杆产生单边的附加应力。拉杆顶部至渠底之间采用25cm厚度的C25砼浇筑铺砌，以保护拉杆，同时也作为搭设上部现浇拱架的基础。4 结语4.1基础形式的选择应遵循因地制宜、便于施工的原则。4.2对于大跨度坦拱桥，当地质条件较差时，为了抵抗拱脚的水平推力而设置拉杆，不失为一种较经济的处理方法。据查，此种处理方法在国内桥梁建设中首次使用，可供其它类似工程参考。4.3为使预应力砼拉杆在水下土中的实际工作状态与设计状态相一致，应对拉杆作多种工况的计算及构造上的处理。4.4若拱桥跨度较小,可将预