[PPT]跨江大桥主桥基础施工图审核

1、跨江大桥施工图阶段审核主桥基础施工图审核1 概述 2 设计规范和主要技术标准 3 设计基础资料 4 主桥基础方案审核 5 主桥结构抗震性能审核6 问题与建议 1 审核过程 2002年12月，跨江公路大桥初步设计通过了交通部组织的专家评审。根据交通部对“跨江大桥初步设计的审核意见”：主桥基础采用钻孔灌注桩基础形式，设计单位于2003年15月对主桥钻孔桩基础进行了认真、仔细的研究，并分别于2003年2月提交“主桥基础C1、C2标段施工招标图纸”，于3月提交“招标图纸”修改搞及4月提交“招标图纸补遗文件”。我院也于2003年24月分别对以上招标图纸进行审核、并及时提交咨询审核意见。现就2003年5月

2、中交公路规划设计院提交“主桥基础施工设计图纸初稿”进行审核。2 设计规范和主要技术标准21 设计规范22 主要技术标准a. 公路等级：平原微丘区全封闭双向六车道高速公路；b. 计算行车速度：100km/hc. 桥梁结构设计基准期：100年d. 车辆荷载等级：汽车超20级，挂车120；e. 桥梁标准宽度：34m。f. 抗震设防标准：江苏省地震工程研究专题报告 g. 抗风设计标准：运营阶段设计重现期 100年 h. 设计洪水频率：1/300；i. 跨江大桥设计水位：300年一遇+5.29米j. 船舶撞击力标准：船舶撞击力标准专题报告3 设计基础资料31地形地貌32 气象3. 3 水文（1）设计潮位

3、（2）设计潮流速（3）流向（4）波浪（5）冲刷 图纸设计按XX水利科学研究院2003年5月提供的跨江公路大桥施工图设计阶段桥墩基础局部冲刷实验研究的成果。我院根据公路勘测设计规范对基础冲刷进行计算，见对比表： 墩位 图纸计算的局部冲刷 高程（m）我院计算的局部冲刷 高程（m） 主1号墩 -27.7 -30.15 主2号墩 -31.2 -33.15 主3号墩 -36.0 -38.3 主4号墩 -52.2 -59.76 主5号墩 -46.1 -46.53 主6号墩 -27.3 -34.25 主7号墩 -30.4 -28.68 主8号墩 -22.4 -24.81局部冲刷对比表 我院计算条件为“长江中

4、下游干流河道治理规划报告”中的澄通河段河势控制方案实施的前提下，桥位附近南侧边坡稳定的条件下（既对南主墩附近的冲刷坑加以防护，同时在桥轴线上、下游适当范围对深槽南岸边坡进行防护） 的计算结果。 34工程地质 35地震 初步设计阶段抗震设计计算取值为：（1）用100年超越10%的概率水平下的地震参数检算结构物的强度。（2）用100年超越2%3%的概率水平下的地震参数检算结构物的变形。我们认为是比较合适的。 现施工图阶段将抗震结构变形验算地震动参数取值改为100年超越概率为4%概率水平，宜加以说明。4主桥基础审核4.1主塔基础 南、北主塔基础均采用131根D2.8m/D2.5m变直径钻孔灌注桩基础

5、，南、北塔柱桩底标高分别为-121m，-124m。 承台为哑铃型，在每个塔柱下承台平面尺寸为50.5548.1m 。 （见图）4.1.1设计荷载 *上部荷载：斜拉桥纵向计算采用本院编制的斜拉桥计算专用程序SCDS；主塔横向计算采用本院编制的平面杆系计算程序PRBP。 *船撞力：采用“船舶撞击力标准专题研究”所确定的主航道桥船舶撞击力标准北塔墩横桥向为13060t，顺桥向为6530t；南塔墩横桥向为12670t，顺桥向为6335t。 *波浪力参照海港水文规范计算。 *水流压力按照公路桥涵设计通用规范有关规定计算。 *地震力按图纸所提抗震标准计算。 *基础冲刷按照图纸冲刷标高取值进行计算。4.1.

6、2荷载组合 恒+活+基础变位 恒+活+基础变位+温度荷载+风力+水流压力+波浪力 恒+基础变位+纵向极限风+水流压力+波浪力 恒+基础变位+横向极限风+水流压力+波浪力 恒+活+基础变位+顺桥向船撞力 恒+活+基础变位+横桥向船撞力 恒+地震力4.1.3静力计算方法 本次对主塔基础的设计审核采用三种方法进行验算。 方法a：群桩基础按照公路桥涵地基与基础设计规范附录六的“m”法（即假定承台为刚性承台），采用“pile” 桩基计算程序进行计算。 方法b：确定桩的理论嵌固深度，将承台和桩简化为平面刚架（即考虑承台刚度影响）。 群桩刚度模拟通过桩基结构等效模拟，将群桩逐排简化一根等截面柱使其抗弯刚度为

7、每排桩之和，抗压刚度与“m”法计算抗压刚度相同。承台按实际刚度考虑。 方法c：考虑桩、承台已连为一个整体，确定桩的理论嵌固深度采用有限元建立空间模型，按最不利荷载组合分析计算。计算模型：承台及砼桩采用三维块体单元，钢护筒采用壳单元 4.1.4静力计算结果（1）单桩承载力验算 按公路桥涵地基基础设计规范计算，北、南塔墩桩侧土承载力分别为2137t 、2035t ；桩尖承载力为469t；单桩允许承载力北侧为P=2607t、南侧为P=2505t。 方法a: 北塔组合1单桩轴力： 2442tP=2607t 北塔组合7单桩轴力： 2792tP=2505t 北塔组合5单桩轴力：2665tP=2607t 从

8、以上可看出，方法b、c主力组合情况下单桩最大承载力略大于允许承载力。 方法一方法二容许值不考虑钢护筒考虑避厚10mm钢护筒不考虑钢护筒考虑避厚10mm钢护筒M（KN.m）26913 31040H（Mpa）22.715.126.517.516.9g（Mpa）165.8111.6191.4129.7210-g（Mpa）312.4139.3358.7155.8210（2）单桩强度验算 根据容许应力法对桩身进行配筋和应力验算 北塔组合六控制设计 (3)整体基础验算 各种组合工况整体基础验算 内容组合 北塔基础基底最大应力 （kPa） 南塔基础基底最大应力 （kPa） 北塔基础允 许应力 （kPa） 北

9、塔基础允 许应力 （kPa） 1 2982 2992 6324 4297 2 2990 2999 6324 4297 3 2983 2993 6324 4297 4 2978 2987 6324 4297 5 2984 2994 6324 4297 6 2983 2992 6324 4297 (4)基础沉降验算 Z4北塔基础最终沉降点为17.3cm。 Z5南塔基础最终沉降点为19.0cm。4.1.5审核结论 1.按公路桥规计算主塔单桩承载力如不考虑群桩效应，则能满足规范要求。 2.若群桩计算中考虑承台刚度的影响则单桩承载力略大于规范要求。 3经计算，桩身不考虑钢护筒共同作用，其混凝土和钢筋应力

10、均大于容许应力，考虑钢护筒共同作用后应力能满足要求。 4.经计算整体基础的基底应力满足规范要求。 5.基础沉降大部分在主塔施工前完成，活载引起的沉降极小，对斜拉桥受力影响不大。4.2近塔辅助墩 南、北近塔辅助墩基础均采用36根D2.8/D2.5m变直径钻孔灌注桩基础，桩底标高分别为-112m，-109m。 承台平面尺寸5232.5m。 4.2.1设计荷载 上部荷载由本院编制的斜拉桥计算专用程序SCDS计算。 船撞力：北侧横桥向为4060t，顺桥向为2030t。 南侧横桥向为4060t，顺桥向为2030t。4.2.2荷载组合 恒+活+支座沉降 恒+活+支座沉降+支座摩阻力+水流压力+墩身风力+波

11、浪力 恒+活+支座沉降+横桥向船撞力 恒+活+支座沉降+顺桥向船撞力 恒+地震力4.2.3静力计算结果 北侧近塔辅助墩控制设计 。（1）单桩承载力验算 按公路桥规计算，北侧近塔辅助墩桩侧土承载力2069t；桩尖承载力为469t；单桩允许承载力为2539t。 组合1最大轴力为 1665tP=2539t 组合5最大轴力为 2165t1.25P=3174t 从以上可看出，单桩承载力满足规范要求。（2）单桩强度验算 北近塔辅助墩根据容许应力法对桩身进行配筋和应力验算。 组合5控制设计，最大弯距为2544t.m。 按图纸配筋，不考虑钢护筒共同作用。 H=20.7MPa H=16.9MPa g=150.6

12、MPa g=210MPa -g=242.4MPa g=210Mpa 按图纸配筋，考虑壁厚为10mm钢护筒共同作用。 H=15.1MPa H=16.9MPa g=111MPa g=210MPa -g=134.3MPa g=210MPa4.2.4审核结论 1按公路桥规计算近塔辅助墩单桩承载力有一定富裕。 2经计算，桩身不考虑钢护筒共同作用，其混凝土和钢筋应力均大于容许应力，考虑钢护筒共同作用后应力能满足要求。4.3远塔辅助墩 南、北远塔辅助墩基础均采用19根2.8m/2.5m变直径钻孔灌注桩基础，桩底标高分别为118.0m，-116.0m。 承台平面尺寸均为43.219.3m。 4.3.1设计荷载

13、 上部荷载由本院编制的斜拉桥计算专用程序SCDS计算。 船撞力：北侧横桥向为1319t，顺桥向为660t。 南侧横桥向为1330t，顺桥向为665t。 4.3.2荷载组合： 与近塔辅助墩相同。4.3.3静力计算结果 北侧远塔辅助墩控制设计。 （1）单桩承载力验算 按公路桥规计算，北侧远塔辅助墩桩侧土承载力为2020t；桩尖承载力为743t；单桩允许承载力为2763t。 组合1最大轴力为 1880tP=2763t 组合5最大轴力为 2460t1.25P=3454t 从以上可看出，单桩承载力满足规范要求。（2）单桩强度验算 根据容许应力法对桩身进行配筋和应力验算。 荷载组合5控制设计，最大弯距为2

14、370t。 主2号墩（北侧）按图纸配筋，不考虑钢护筒共同作用。 H=18.6MPa H=16.9MPa g=136.7MPa g=210MPa -g=181.3MPa g=210Mpa 主2号墩（北侧）按图纸配筋，考虑壁厚为10mm钢护筒共同作用。 H=13.9MPa H=16.9MPa g=103.5MPa g=210MPa -g=103.9MPa g=210MPa 4.3.4审核结论 1按公路桥规计算近塔辅助墩单桩承载力有一定富裕。 2经计算，不考虑地震荷载工况，其混凝土和钢筋应力均有一定富裕，若考虑地震荷载，其混凝土应力略大于容许应力，考虑钢护筒共同作用后应力能满足要求。4.4过渡墩 南

15、、北过渡墩均采用19根2.8m/2.5m变直径钻孔灌注桩基础，桩底标高为-116.0m，-110.0m。 承台平面形状与远塔辅助墩相同。 4.4.1设计荷载 上部荷载由本院编制的斜拉桥计算专用程序SCDS计算。 船撞力：北侧横桥向为1191t，顺桥向为596t。 南侧横桥向为1200t，顺桥向为600t。 4.4.2荷载组合 与近塔辅助墩相同。4.4.3 静力计算结果 北侧过渡墩控制设计。 （1）单桩承载力验算 按公路桥规计算，北侧过渡墩桩侧土承载力为2017t。 桩尖承载力为1058t；单桩允许承载力为3075t。 组合1最大轴力为 1963tP=3075t 组合5最大轴力为 2310t1.

16、25P=3696t 从以上可看出，单桩承载力满足规范要求。（2）单桩强度验算 根据容许应力法对桩身进行配筋和应力验算。 荷载组合5控制设计，最大弯距为2674t。 主1号墩（北侧）按图纸，不考虑配筋钢护筒共同作用， H=20.8MPa H=16.9MPa g=152.0MPa g=210MPa -g=218.9MPa g=210Mpa 主1号墩（北侧）按图纸，考虑壁厚为10mm钢护筒共同作用 H=15.4MPa H=16.9MPa g=113.8MPa g=210MPa -g=123.6MPa g=210MPa 4.4.4审核结论 1按公路桥规计算近塔辅助墩单桩承载力有一定富裕。 2经计算，不

17、考虑地震荷载工况，其混凝土和钢筋应力均有一定富裕，若考虑地震荷载，其混凝土和钢筋应力略大于容许应力，考虑钢护筒共同作用后应力能满足要求。 5.主桥结构抗震性能审核 1主航道桥的抗震设防标准的确定 本审核报告的抗震计算和分析，对应同济大学的跨江公路大桥主航道桥技术设计和施工图设计阶段抗震性能分析研究阶段成果报告所采用的抗震设防标准: （1）1000年重现期的地震动参数检算结构物的强度； （2）2500年重现期的地震动参数检算结构物的变形； 2结论 (1) 由于基础类型由沉井变为钻孔桩，在地震作用下，主塔结构的控制部位由塔柱和塔横梁转移到钻孔桩基础。 (2) 由于基础类型由沉井变为钻孔桩，结构自振

18、周期略为变长，结构的整体地震响应将变小，虽然如此，由于塔墩基础的柔性，将导致桩基础的抗震性能较差，从而决定了结构的整体抗震性能变得更为不利，结构的抗震性能控制结构设计。 (3) 图纸所示本桥结构体系为漂浮体系,我院按纵向弹性约束体系进行审核计算,这点和设计项目组在下一阶段拟采取的减隔振措施是一致的。 我院对本桥采用不同的纵向约束体系进行分析计算表明：塔梁交接处的纵向约束的强弱，对塔及其基础的影响最大，对主梁和过渡墩影响较小。 将塔梁处纵向约束采用弹性约束，弹性约束体系对结构地震响应的内力和位移可以均衡分配，尽量使结构的内力和位移均满足强度和变形的要求。 (4) 需要说明的是：对承台所采取的结构

19、措施(即切削承台断面、减轻重量），以利结构抗震性能的提高。在一定程度上能提高桩基础的抗震能力，但同时也带来了下列问题： a 削弱了承台的整体刚度，在基础可能出现的不均匀沉降时，改变了塔柱和塔横梁的受力和传力。 b. 抗震计算分析表明，承台整体刚度的削弱，在减小主塔基础地震响应的同时, 加重辅助墩和过渡墩基础在地震作用下的负担。 c基础类型由沉井变为钻孔桩，在结构的自重降低的同时，结构的竖弯基频、横弯基频、扭转基频均有所减小，这将导致上部结构抗风能力的降低。 6.问题与建议 1关于钻孔桩单桩容许承载力的确定 公路桥规计算钻孔摩擦桩单桩容许承载力公式为： P=1/2（ULP+AR）；R=2m00+

20、K22(h-3)。其中m0为清底系数仅与桩底沉淀厚度有关，设计规定孔底沉碴厚小于20cm，按规范m0取1.0，则桩底持力层为粉砂层时，桩端阻力 AR为469t。主塔单桩承载力不考虑群桩效应时，计算上能满足要求。 但本桥钻孔桩入土达100米，建议在墩位处做工艺试桩，及单桩承载力测试。 2. 关于群桩效应影响 根据公路桥规的m法进行桩基础计算，当不考虑群桩效应的影响，每根桩的竖向刚度均为相同，计入承台的刚度影响，则主塔基础横桥向单桩桩顶轴力分布如图一所示： 图一（单位：t） 如考虑群桩效应影响，在河海大学的苏通大桥群桩基础三维有限元应力变形计算分析报告成果表明，横桥向单桩桩顶轴力分布如图二所示：图二（单位：t） 从上可见，考虑群桩效应影响后桩顶轴力的分布与前者刚好相反。 本桥的桩土共同作用三维有限元分析及离心模型试验的研究成果也表明了这一现象：本桥主塔大规模群桩基础存在较大的群桩效应。