浅谈既有桥基础加固桩基托换之承台设计

浅谈既有桥基础加固桩基托换之承台设计

杨鸿渐

（南昌铁路勘测设计院有限责任公司江西南昌330002）

【摘要】承台板是桥梁工程中承上启下的重要构件，其受力分析复杂，铁路规范对其配筋设计理论也没有明确的规定。通过某铁路桥梁基础加固工程，对铁路桥梁桩基托换中承台设计进行了分析，提出了借鉴公路规范“撑杆-系杆体系”理论应用于铁路桥梁基础加固中新增承台结构检算中，提供了一种指导承台配筋问题的解决方法。

【关键词】基础加固；撑杆-系杆体系；桩基托换；承台检算

【中图分类号】U445.7【文献标识码】A【文章编号】1002-8544（2017）08-0028-03

1.前言

我国部分铁路修建于上世纪50年代，甚至更早。我国越来越多的桥梁接近设计使用年限，很多桥梁在使用过程中出现了各种各样的病害，基础病害是其中常见的一种。

龙津溪铁路大桥基础为木桩基础，砂质河床，受河床下降，多年冲刷影响，部分木桩露出水面，成为浅基桥梁，需进行加固处理，为一劳永逸解决此桥基础病害，经各方研讨决定采用桩基托换方案对其进行加固处理。

2.铁路桥梁承台设计原则

桩基础应用的越来越普遍，承台板是将桩基础和墩台连接为整体，并将桥梁上部荷载传递给桩基的重要构件，由于桩基础受力的复杂性，特别是承台内部应力的分布状态等还没有一套完整的理论来解决。虽然进行有限元分析，能比较清楚的从定性、定量得到应力概念，但承台内各中应力纷呈，究竟如何设置钢筋，做到安全可到、经济合理、便于施工，亦将大费周折。

目前我国铁路桥梁桩基一般采用刚性承台板，其受力分析比较复杂，铁路规范对其配筋设计理论也没有明确的规定。根据以往铁路桥梁设计经验，通常在承台底部高出承台板底面约15cm处设置1层钢筋网，这种钢筋网在每米宽度内（按顺桥向和横桥向分别考虑）设置15～20cm2的钢筋。当桩顶主筋深入承台板内联结时，此钢筋网在通过桩位处不得截断。桩顶外缘位于自承台板顶面处墩台身面外缘向下扩散的45°刚性角范围内时，可不检算承台襟边的强度。当承台厚度过大时亦可做成台阶式。当桩顶作用于承台板的压应力超过承台板混凝土的容许局部压力时，应在每一根桩的顶面之上设置1～2层直径不小于12mm的钢筋网，钢筋网每边长度不小于2.5倍桩径，网孔为10cm×10cm至15cm×15cm。以上作为我国常规铁路桩基承台板的设计原则，在铁路设计中有着普遍的应用。

3.承台结构检算方法

“撑杆-系杆体系”的计算方法是美国公路桥梁设计规范《AASHTO-LFRD》中采用的方法，当采用材料力学的常规方法难以适应时，该体系模型能够提供一个确定荷载作用途径和效应的近似方法。另外在《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》第8.5.3条中也明确规定：当外排桩中心距墩台身边缘等于或小于板高度时，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，如图1所示。

经查阅并对比国内类似工程，其承台检算中多采用了公路规范中的“撑杆-系杆体系”计算方法，且计算结果与有限元计算结果差别较小。相比有限元计算“撑杆-系杆体系”计算方法为一种简化计算，计算较为方便快捷，本工程采用“撑杆-系杆体系”计算方法进行检算。

4.工程概述

4.1桥梁概述

既有龙津溪大桥为一座铁路梁式大桥，位于福建省漳州市，建成于1956年。桥梁孔跨布置为：2～16m钢筋混凝土π形梁+5-24上板钢梁+2-16m钢筋混凝土π形梁，桥梁全长212.6m。桥墩为圆端形实体桥墩，基础为木桩基础，河床为中砂质，其中5个桥墩为水中墩。

4.2地质情况

桥址处河道范围内由上至下地质岩性为：

中砂（Q4al）：褐黄、黄色，饱和，松散～稍密，下部呈中密；

全风化花岗岩：褐色夹灰白，成分以长石、石英为主，次要矿物黑云母，中粗粒花岗结构，已基本风化成密实砂土状；

强风化花岗岩：褐色为主，原岩结构大部破坏，矿物成分显著变化，风化裂隙发育；

弱风化花岗岩：青灰夹斑点状黑，风化裂隙稍发育，成分以长石、石英为主，次要矿物黑云母，饱和单轴抗压强度建议值30MPa。

4.3病害情况

建成后的几十年间，受台风暴雨影响河床冲刷严重，另外近些年河道内采砂活动频繁，导致桥址处河床断面普遍下降，冲刷加剧，局部河床比建成时下降达7.6m。

虽然铁路工务部门，每临汛期会对桥墩四周进行抛填片石、柴排笼石护基等方法进行防护加固，但洪水过后，桥墩四周大部分片石被洪水冲走，水位下降至常水位后，桥墩承台底面高出水面，可观察到既有桥墩木桩。木柱处于干湿交替状态，若进一步发展，必将加速木头腐烂，将导致木桩失去承载能力，存在很大的安全隐患。

既有桥墩及承台设计为140级素混凝土结构（约为C12混凝土），每墩基础采用60根直径26cm，原设计木桩桩长为10m和11m，行列式布置，既有承台为2.0m厚，承台底部在木桩顶布置一层直径16mm的钢筋网。原设计要求木桩入土深度不小于7.5m,结合地质勘探成果可推测：桥墩既有木桩桩地大部分置于中砂层或全风化花岗岩层。

为改善桥墩受力状态，消除安全隐患，在利用既有桥墩，不中断铁路线通行的前提下对既有基础进行加固处理。

4.4加固方案

加固设计方案采用桩基托换法对既有桥墩基础进行加固：在既有承台周围补充8根φ1.0m钻孔灌注桩，并加宽既有承台，围绕既有承台形成环形承台，每侧加宽2.0m，与既有桥墩基础连接为一体。承台全高3.5m，分为上下两层，下层厚2.0m，上层厚1.5m，上层为梯台状。新设桩基按木桩全部腐烂失去承载能力的情况下，新补充桩基能够独立承担全部桥梁荷载考虑。

图3桩基托换立面图

为增强新旧结构之间连接，对接触面上既有圬工表面凿毛并凿出深0.25m的槽口，设置锚筋，承台锚筋采用φ28螺纹钢筋，锚入深度0.55m～0.75m，间距0.35m梅花形布置。

本工程承台结构计算是设计中需考虑的重点之一，既有承台内难以增补钢筋将新增承台与其结合为一体，设计方案考虑设置锚筋对新旧承台进行连接。钢筋均布置于新增承台内，如仅按规范要求配置钢筋是不够甚至是不安全的，故检算承台配筋尤为重要。新增承台结构尺寸见图2、图3。

5.承台检算

排桩中心距墩台身边缘x=2090mm小于承台板高，满足“撑杆-系杆体系”计算方法的适用条件。

5.1顺桥向撑杆抗压承载力计算

系杆的钢筋的顶层钢筋中心至承台底的距离s=130mm；系杆钢筋直径d=25mm；

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由此判断系杆抗拉承载力满足要求。

横桥向检算同顺桥向，经检算亦满足要求，过程略。

6.结语

目前本桥基础加固已经顺利竣工，经监测，本桥使用状态良好。建议工程实际应用中承台设计应尽量先满足铁路规范关于承台的构造要求。当结构尺寸满足“撑杆-系杆体系”计算方法适用条件时，用此方法检算承台配筋，能够较好的反应承台的实际受力状态，对配筋提供较好的理论支持，在实际工程应用能较为方便快捷地量化承台配筋。

参考文献

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[2]JTGD62-2004,公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范[S].

[3]TB10002.3-2005，铁路桥涵钢筋混凝土和预应力混凝土结构设计规范[S].

[4]袁伦一.桩基承台设计方法浅谈[J].公路,1999（4）.

[5]张天明.承台的配筋问题探讨[J].华东公路,1991（4）.