温小勇

摘 要：城市立交匝道桥具有大纵坡、小半径、桥下用地紧张的典型特征，花瓶墩因外形美观、占地面积小在城市立交匝道桥设计中得以广泛运用。本文结合工程实例，通过比对花瓶墩计算结果，总结经验为类似工程提供借鉴。

关键词：城市立交;匝道桥;花瓶墩墩身设计

中图分类号：U412.352.12 文献标识码：A

随着社会经济高速发展，汽车保有量迅速增长，为疏解节点交通、实现交通流快速转换，城市立交得以大量建设。受城区复杂的建设条件影响，匝道桥下部结构选型也受到颇多限制。花瓶墩因外形美观、占地面积小在城市立交匝道桥设计中得以广泛运用。花瓶墩墩顶扩头部位受力较为复杂，结构模拟计算难度较大。2018版《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》对花瓶墩如何模拟计算做出了明确规定，本文结合某城市立交工程实例，对花瓶墩结构按不同模型计算、比对计算结果，以期为类似工程提供借鉴。

1 工程概况

1.1 立交总体布置简介

西南某市跨江大桥桥头立交改造工程，共设七条匝道实现跨江大桥与桥下道路的互联互通，其中ABCEF匝道采用桥梁形式。本项目由分离式立交改造为互通式立交，周边紧邻建成小区及已出让土地，用地紧张;项目位于中心城区、临江主干道景观要求高。为充分利用桥下空间、节约用地，下部结构拟采用花瓶墩，采用承台接钻孔灌注桩基础，桩基采用旋挖钻成孔、按端承桩设计。

1.2 A匝道桥设计方案

A匝道桥全宽10.5 m，标准横断面布置为3 m（人行道）+7 m（车行道）+0.5 m（护栏）。桥梁最小半径150 m，桥梁最大纵坡4.7%，最大超高反向1.5%。

上部结构采用4×30 m+3×30 m预应力砼连续箱梁，梁高1.7 m，直腹板箱梁顶宽10.5 m，底宽6.5 m，采用单箱双室截面。梁底设置纵向限位挡块避免主梁滑移。采用Midas civil建立弯桥梁格模型，P1墩最大支反力计算结果：基本组合为6 500 kN，内侧支座反力为2 575 kN，外侧支座反力为4 932 kN。

下部结构采用花瓶墩接承台桩基础，花瓶墩底截面为3.0×1.6 m，墩顶截面为7.7×1.6 m，承台尺寸6.8×3.0×2.5 m，采用直径1.6 m单排桩基础。

2 墩顶配筋验算

根据工程经验，桥墩顶部2 m范围参照盖梁配筋：顶缘配2排根直径28 mmHRB400钢筋， 每排16根;底缘配一排15根直径22 mmHRB400钢筋。墩身横桥向布置27根，顺桥向布置11根直径28 mmHRB400钢筋（单侧）。根据相关规范进行桥墩安全验算。本项目花瓶墩墩顶设双支座，受力模式为设盖梁的独柱墩。墩顶盖梁受力类似于深梁或牛腿，分别采用拉压杆模型和牛腿模型计算墩顶抗拉承载力。

2.1 按牛腿模型验算

根据《公预规》5.2.2条、6.4.3条验算牛腿根部抗弯承载力和裂缝宽度。模拟牛腿模型（图1），采用桥梁博士建模验算，结果如下：

（1）承载能力极限状态荷载组合Ⅰ强度验算结果：

最大弯矩强度验算

截面受力性质：上拉受弯

内力描述：Mj=-6 440 kN.M。

截面抗力：MR=-14 100 kN.M>Mj（满足）。

最小配筋面积Ag=7.48×10-3m2<实际配筋面积Ag=1.97×10-2m2（满足）。

（2）正常使用极限状态荷载组合Ⅱ裂缝宽度验算结果：

长期荷载裂缝宽度： d_f = 0.186 mm（满足）。

容许裂缝宽度： d_fo = 0.2 mm。

2.2 按拉压杆模型验算

本项目花瓶墩墩顶设双支座，受力模式为设盖梁的独柱墩。根据《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》8.4.7条，墩顶受力类似于深梁或牛腿，可采用拉压杆模型（图2）计算墩顶抗拉承载力。

（1）抗拉承载力验算。墩顶的横向拉力：Tt，d  =0.45×

6 500× （2×4 900 - 1 600） ÷ 5 000 = 4 797.0 kN;拉杆的承载力：Rt，d = 330×（32×615） =6 494.4 kN>Tt，d;由于γ0 Tt，d = 1.1 ×4 797 .0= 5 276.7 kN

（2）压杆、节点承载力验算。根据《公预规》8.4.7条条文说明“墩帽拉压杆模型中斜压杆的有效横截面积较大，压杆和节点承载力不控制设计，只需进行拉杆配筋验算”。

（3）裂缝宽度验算。根据《公预规》第6.4.3条计算钢筋混凝土受弯构件最大裂缝宽度。经对比牛腿计算模型和拉压杆计算模型，在配筋相同的情况下，墩顶各截面实际高度均大于牛腿模型，随着截面高度增加，钢筋应力减小，裂缝宽度相应减小。故拉压杆模型计算裂缝宽度小于牛腿模型计算结果。

2.3 抗剪承载力验算

根据对比牛腿模型（图1）及拉压杆模型（图2），牛腿模型根部截面高度小于拉压杆模型，选择牛腿模型进行抗剪计算偏安全。

（1）抗剪截面尺寸验算。根据《公预规》5.2.11规定，矩形截面的受弯构件，抗剪截面应符合下列要求：

剪力效应：Υ0Vd=1.1×6 500=7 150 kN，截面抗剪抵抗力：=0.51×10-3×sqrt（40） ×106×1.6×（2.31-0.09）=11 457.1 kN>7 150 kN（满足）。

（2）抗剪承载力验算。结构未设置抗剪钢筋，故根据《公路圬工桥涵设计规范》4.0.13 条计算：

剪力效应：Υ0Vd=1.1×6 500=7 150 kN，抗剪承载力=1.6×2.06×2.48×103+（0.7×6 494）÷1.4=11 421.1 kN。安全系数为1.59，满足规范抗剪承载力要求。

3 结语

（1）花瓶墩具有明显的深梁抗弯抗剪受力特性，《公预规》明确提出可采用拉压杆模型计算。同等尺寸及配筋条件下，拉压杆模型计算安全系数略小于牛腿模型，实际工程实践中宜采用拉压杆模型计算，再将钢筋应力代入裂缝宽度公式计算裂缝，检查裂缝宽度是否超限。

（2）深梁中水平和竖向钢筋对受剪承载力的作用有限[4]，通过提高墩帽混凝土强度等级和加大截面尺寸能够有效提升墩帽抗剪能力，花瓶墩由于截面高度较大，仅混凝土截面抗剪能力即可满足抗剪要求，通常构造钢筋即可。但墩顶9/h高度范围为墩顶受拉区，应根据拉杆计算模型配置受拉钢筋。

（3）根据计算结果结合工程经验加大花瓶墩墩帽厚度可明显改善花瓶墩墩顶受力状态。当受桥下空间或其他建设条件限制必须减小墩帽高度时，必须根据计算结果配置足够面积的受拉钢筋，必要时可张拉预应力钢束，避免因拉杆承载力不足导致墩顶竖向开裂。

（4）小半径匝道桥加大支座间距有利于提高桥梁横向稳定，但支座间距的加大又不利于花瓶墩墩顶受力，工程实践中应统筹考虑上下部结构受力关系，以免顾此失彼。

（5）小半径弯桥内、外侧支反力差别较大。墩身截面强度、裂缝验算除了考虑顺桥向弯矩的影响外，还应注意不均衡支反力产生的横向弯矩影响，加强墩柱配筋设计。

参考文献：

[1]JTGD60-2015公路橋涵设计通用规范[S].

[2]JTG3362-2018公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范[S].

[3]JTGD61-2005公路圬工桥涵设计规范[S].

[4]刘华新，孙荣书，张晓东.钢筋混凝土深梁抗剪承载力影响因素分析[J].武汉理工大学学报，2007，29（02）：67.