重力式U型桥台的验算及裂缝分析

浅谈重力式U型桥台的验算及裂缝分析

摘要：在u型桥台的建设过程中经常出现问题，u型桥台主要的受力部分为前墙，因此前墙的设计及施工对整个桥台的结构是最重要的，本文通过近年来实际工程中出现了大量的不同裂缝、破损和倾覆等，这些问题对桥梁的正常使用造成了不可估量的影响。

关键词：重力式u型桥台；稳定性；开裂

中图分类号： u445 文献标识码： a 文章编号：

1、引言

重力式桥台台后的土压力主要靠自重来平衡，故桥台本身多数由石砌、片石混凝土或混凝土等圬工材料建造，并用就地浇筑的方法施工。u形桥台因其台身是由前墙和两个侧墙构成的u字形结构而得名。其优点是构造简单，可以用混凝土或片、块石砌筑。缺点是桥台体积和自重较大，也增加了对地基的要求，此外，桥台的两侧之间填土容易积水，结冰后冻胀，使侧墙产生裂缝。所以宜用渗水性较好的土夯填，并做好台后排水。因此，u型桥台在工程实施中存在的病害较多，一些桥梁在交付使用后不久甚至在施工过程中就产生各种严重问题，不仅影响公路的正常使用，而且维修加固也要耗费高额费用。

2、设计算例

本文根据某特大桥为工程背景，大桥为大跨度波形钢腹板预应力混凝土刚构桥，其跨径布设为85+148+85米，桥梁起点桩号

k22+336.962，跨中桩号k22+503，终点桩号k22+665.013，全长326

米，桥面总宽12米，桥面行车道宽11米，两侧各设0.5米宽的防撞护栏。两幅桥梁总面积7488平方米。道路等级：高速道路；计算行车速度：80km/h；

3、前墙的计算

u型桥台设计方面主要要考虑前墙。u型桥台的主要的受力部分为前墙，在宽度较大的桥台中，在前墙的一定位置设置了必要的变形缝后，其质量一般也能保证。对于高度较大的桥台，地基和前墙前边的墙身的应力往往较大，为了改变这种应力分析状况，使其受力更合理，应当加宽基础襟边，同时前墙设置或者的前坡。

3．1 土压力的计算

挡土结构物上受到的土压力和挡土结构与填土相对位移紧密相关。一般地，可以参考《公路桥涵设计通用规范》附录一部分，按挡墙模式计算台背压力。桥背的填土的作用达到了主动土压力。一般采用郎肯主动土压力理论计算台背主动土压力：

式中：c为主动土压力强度；为桥头区填土重度，高速公路路基填土一般取；为填土面到计算点的深度；为路堤填土的粘聚力；为主动土压力系数，；为路堤填土的内摩擦角。

3.2、无车辆荷载时台后主动土压力

无车辆荷载时台后主动土压力为：

式中：e-主动土压力标准值(kn)；γ-土的重力密度

(kn/m³)；b-桥台的计算宽度(m)；h-计算土层高度(m)；

式中：β-填土表面与水平面的夹角；α-桥台台背与竖直面的夹角；δ-台背与填土间的摩擦角，取δ= /2。其中。

3.3当土层特性无变化但是有汽车荷载作用时

土压力为

破坏棱体长度

换算土层厚度

3.4基底应力

基底应力按照《公路桥涵设计通用规范》进行计算。

式中：为竖向力总和；为作用于桥台的水平力和竖向力对基底重心轴的弯矩；为基础底面积；为基础底面的截面抵抗矩。

3.5抗滑稳定性计算

由《公路桥涵地基与基础设计规范》4.4.1条规定

式中：——墩台基础抗倾覆稳定性系数；——桥台截面重心至验算倾覆轴的距离（m）即距墙趾的距离；——规范规定验算墩台抗倾覆和抗滑移的最小温度系数；

由以上计算结果可知：前墙基础倾覆和抗滑移性均满足《公路桥

涵设计通用规范》的要求。

土类地基基底最大应力，要求土类地基基底容许承载力不小于。

4、开裂验算及防治

实际工程中常常出现桥台前墙的开裂，为了弄清楚桥台开裂原因及其发展趋势，特进行了桥台进行了分析计算，分析中采用实体单元进行建模分析，考虑了台内填土压力、汽车荷载和温度力这三种荷载。考虑工况为：台内填土压力+汽车荷载，分析计算结果如下：

桥台外侧z轴方向应力云图

从计算得到应力分布趋势来看，由于地基沉降的缘由，使得桥台前墙与侧墙交界处最容易开裂，由于前墙的刚度比侧墙刚度大，开裂起始位移会从侧墙开始，由内侧向外侧沿着大致45°方向扩展，直到裂缝贯穿侧墙，若不采取措施，裂缝将由桥台台帽位置向下继续发展，直到前墙与侧墙分离开。

现有车流量大，重载、超载严重，再加上桥面排水不顺畅，雨水顺着桥头搭板的裂隙进入桥台，由于台后填土透水性较差，填土遇水膨胀，对桥台侧墙和前墙产生向外的推力，这些原因是导致桥台开裂的原因。

5、结论

为了确保桥梁桥台结构满足使用要求，提高桥梁桥台的安全性和耐久性，在对公路桥梁桥台结构设计时，要求设计人员和现场施工人员根据设计规范及其施工规范总和考虑地质水文条件和结构受

力特点等，以满足规范的要求。

参考文献

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[2]gb50007-2002，建筑地基基础设计规范[s]

[3]柳艳红. 浅谈公路桥梁下部结构设计[j]北方交

通,2010,(04)142-143；

作者简介：

朱贵，1985，男，助理工程师，主要从事桥梁维修养护及施工方面工作。