桩盖板结构计算分析
2019-06-18武扬
武 扬
(山西省城乡规划设计研究院,山西 太原 030001)
1 概述
桩盖板结构是指桩基接盖梁,在盖梁上搁置盖板,有时也可不做盖梁,盖板直接放置在桩基上。盖板跨度视被跨越管线要求确定,考虑桩基施工对管线影响,应注意管线与盖梁间需留够安全距离。与常规桥梁结构相比,桩盖板结构有造价低廉、构造简单、施工方便、无需迁改管线等优点。因此,桩盖板结构在市政道路、铁路建设中得到广泛应用。本文依托某实际工程,对桩盖板结构设计进行总结探讨。
2 工程概况
某新建道路宽40m,在交叉口以北地下有两条天然气管线,根据天然气公司提供的资料,管径分别为D250 和D500,两管线平均间距为8.5m,管线埋深在原地面下4~5m。该处路基为高填方路堤,最大填筑高度约9.3m,同时管线下方存在煤炭采空区,属浅层开采,对工程影响较大。由于采空区的存在,高填方路堤在重力作用下可能会造成地基不均匀沉降,进而导致管道局部受弯,严重情况下管道会在连接处开裂漏气,影响运营安全。
为保证天然气管正常运营,不迁移管线。为预防高填方路堤对管线不利影响,决定采取以下方案:首先对管线下方采空区注浆加固处理,然后在管线上方修建一桩盖板结构,增加管线上方土体的刚度,减小管线处应力集中,防止土体发生不均匀沉降,进而危及管线安全运营。桩基及盖板施工时,为避免对管线造成干扰,桩盖板结构和管线间保证至少有3m 净距。
3 桩盖板构造设计
该处地下无岩层,采用摩擦桩。两天然气管线不是平行布置,间距是变化的,为保证结构与管线最小净距3m,因此两管线间只布置一排桩基,管线两侧各布置一排桩基,结构形式为跨径10m 的两跨连续结构。路堤坡脚处宽70m,考虑一定富余度,布置8 块盖板,每块宽10m,盖板间横向留2cm 缝。桩盖板平面布置如下1 所示。
图1 盖板布置示意图
图2 桩盖板立面图
4 桩盖板结构计算分析
4.1 盖板计算分析
盖板可近似为两跨连续单向板,将填土面荷载转化为均布线荷载计算,或者采用有限元法计算。板计算跨径取支撑面中心线间距,抗剪计算采用净跨径。由于板上填土厚度达9.3m,因此可不考虑车辆荷载作用,只考虑盖板自重及填土荷载。
盖板配筋计算时,应考虑地基对盖板支撑作用,根据地质资料,考虑地基支撑刚度折减一半,按100kN/m2计。填土重按18kN/m3计,盖板重按25kN/m3计。则板上荷载为18×9.3+25×1-100=92.4kPa,按连续梁计算板上荷载为92.4×10=924kN/m。
计算得最大正弯矩6500kN·m,需钢筋面积22041mm2;板下缘配置C25 钢筋72 根;墩顶处最大负弯矩11550kN·m,需钢筋面积40137mm2,因此板上缘配置C16 通长钢筋37 根,墩顶处C25 加强钢筋72 根。
4.2 盖梁计算分析
盖梁埋在土中,裂缝宽度可不控制。计算盖梁及桩基时,偏安全地认为路堤填土及盖板荷载全部作用于盖梁上。依据新版规范《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》(JTG 3362-2018)(以简称《公桥规》),盖梁宜按框架结构分析计算。对于跨高比小于5 的盖梁按深梁计算。
盖梁上部土荷载及盖板自重转化为均布线荷载:(9.3*18+25)*10=1924kN/m,按两跨连续梁计算得桥台处反力7215kN,桥墩处反力12015kN。将作用于盖梁均布力等效为10 个集中力,间距1m,桥台盖梁集中力为721.5kN,桥墩盖梁集中力为1201.5kN,选取桥墩盖梁,按《公桥规》8.4 节进行配筋计算。盖梁上缘及下缘分别配C28 钢筋14 根,桩顶处盖梁上缘配置C28 加强筋14 根。
4.3 桩基计算分析
按连续梁算得桥台和桥墩处支反力分别为7215kN 和12015kN,则单桩顶作用力为3608kN 和6013kN,根据地质资料采用直径1.5m 圆桩,算得桩长分别为35m和55m。采空区位于地下30m 左右,桩端应穿透采空区置于稳定土层中。同时,采空区需注浆治理检验合格后方可施工。
5 结语
桩盖板结构类似于盖板涵,常用于跨越地下不可迁移的管线,但桩盖板结构因其基础承载力高,结构刚度大,因此适用于填土较高,跨径较大的情况。桩盖板结构研究较少,本文以某实际工程为例,详细介绍了桩盖板构造设计及计算过程,为以后同类型工程提供参考借鉴。