高陡斜坡段桩柱式桥墩基础设计计算方法研究

高陡横坡段桥梁桩基设计计算方法及工程应用宁夏元;尹平保;谢上飞【摘要】在西部山区修建公路或铁路,常需将桥梁桩基设置在高陡横坡上.与平地上的桥梁桩基相比,位于横坡上的桥梁桩基受力与变形更为复杂,而相应的设计计算方法亦落后于工程实践.在前人研究的基础上,进一步分析了高陡横坡段桥梁桩基的受力特性,建立了其受力与变形分析的简化计算模型,并借助有限差分法,对个特征桩段的挠曲变形微分方程进行求解,从而提出了高陡横坡段桥梁桩基设计计算方法.最后,以张-花高速中某桩基工程为例,分别利用规范法和本文计算方法进行计算,结果对比分析表明,本文计算方法与规范法吻合较好,而本文计算方法既能够考虑了桩顶复杂荷载的影响,又能够考虑边坡荷载的作用,由此设计的基桩更为合理安全.%Bridge piles always need to be set in steep cross slopes, in order to build highway or railway in western mountain area. The internal force and distortion behavior of the pile is more complex than that of simple pile while the practical engineering design is fall behind. Based on previous researches, a further study on working characteristics of bridge pile and a simplified mechanical model is built to obtain the differential equation of the characteristic section of the pile then the finite difference solution which fit for the inner force and displacement of the pile is proposed. Finally, take a steep cross slope pile in Zhang - hua highway for example, the standard method and finite difference method calculation show a good agreement. While the proposed calculation method is more reasonable and safety for it can take both the influence of complex load and landslide thrust effect into account.【期刊名称】《公路工程》【年(卷),期】2012(037)004【总页数】6页(P56-61)【关键词】桥梁工程;横坡;桩基;工程应用;水平位移【作者】宁夏元;尹平保;谢上飞【作者单位】湖南省交通科学研究院,湖南长沙410015;湖南大学岩土工程研究所,湖南长沙410082;湖南省交通科学研究院,湖南长沙410015【正文语种】中文【中图分类】U445.551 概述随着我国高速公路向西部山区的延伸，为满足复杂的公路线形需要及保护现有的水文地质环境等要求，某些特殊路段往往需要沿高陡横坡行进，致使部分桥梁桩基不得不设置在高陡斜坡上，给桩基的设计与施工带来新的问题［1-5］。

桥梁桩基础课程设计任务书1、桥墩组成：该桥墩基础由两根钻孔灌注桩组成。

桩径采用φ=1.2m ，墩柱直径采用φ=1.0m 。

桩底沉淀土厚度t = (0.2~0.4)d 。

局部冲刷线处设置横系梁。

2、地质资料：标高25m 以上桩侧土为软塑亚粘土，其各物理性质指标为：容量γ=18.5kN /m 3，土粒比重G=2.70g/3cm ，天然含水量%21=ω，液限%7.22=l ω，塑限%3.16=p ω。

标高25m 以下桩侧及桩底土均为硬塑性亚粘土，其物理性质指标为：容量γ=19.5kN /m 3，土粒比重G=2.70g/3cm ，天然含水量%8.17=ω，液限%7.22=l ω，塑限%3.16=p ω。

3、桩身材料：桩身采用25号混凝土浇注，混凝土弹性模量αMP E h 41085.2⨯=，所供钢筋有Ⅰ级钢和Ⅱ级纲。

4、计算荷载⑴ 一跨上部结构自重G=2350kN ；⑵ 盖梁自重G 2=350kN⑶ 局部冲刷线以上一根柱重G 3应分别考虑最低水位及常水位情况；⑷公路Ⅱ级 ：双孔布载，以产生最大竖向力； 单孔布载，以产生最大偏心弯矩。

支座对桥墩的纵向偏心距为3.0=b m （见图2）。

计算汽车荷载时考虑冲击力。

⑸ 人群荷载：双孔布载，以产生最大竖向力； 单孔布载，以产生最大偏心弯矩。

⑹ 水平荷载（见图3）制动力：H 1=22.5kN （4.5）；盖梁风力：W 1=8kN （5）；柱风力：W 2=10kN （8）。

采用常水位并考虑波浪影响0.5m ，常水位按45m计，以产生较大的桩身弯矩。

W2的力臂为11.25m。

活载计算应在支座反力影响线上加载进行。

支座反力影响线见图4。

2、桩基础配筋图3、桩基础钢筋数量表桥梁桩基础课程设计计算书一、恒载计算（每根桩反力计算）1、上部结构横载反力N1N1=1/2*G1=1/2*2000(30/20)^1.2=1626.7KN2、盖梁自重反力N2221135017522N G kN=⨯=⨯=3、系梁自重反力N331(0.71)(11) 3.325292N kN =⨯⨯⨯⨯⨯⨯=(?)4、一根墩柱自重反力N4低水位：()22411258.32510 5.1223.8544N kNππ⨯⨯=⨯⨯+-⨯⨯=常水位：()2241125 4.825108.6196.9144N kNππ⨯⨯=⨯⨯+-⨯⨯=5、桩每延米重N5（考虑浮力）()25 1.22510116.964N kN π⨯=-⨯⨯=二、活载反力计算1、活载纵向布置时支座最大反力⑴、公路II 级：7.875/k q kN m =，193.5k p kN =Ⅰ、 单孔布载 1290.76R kN =Ⅲ、双孔布载 2581.52R kN =⑵、人群荷载ϕ人=1.33三、荷载组合1、计算墩柱顶最大垂直反力R组合Ⅰ：R= 恒载 +（1+u ）汽ϕ汽车+ 人ϕ人群 （汽车、人群双孔布载）1175175(10.3) 1.25581.521 1.33 3.524.42408.55R kN =+++⨯⨯⨯+⨯⨯=2、计算桩顶最大弯矩⑴、计算桩顶最大弯矩时柱顶竖向力组合Ⅰ：R= 1N +2N +（1+u ）汽ϕ∑i i y P + 人ϕql 21（汽车、人群单孔布载）11175175 1.3 1.25290.761 1.33 3.524.41879.282R kN =++⨯⨯⨯+⨯⨯⨯=⑵、计算桩顶（最大冲刷线处）的竖向力0N 、水平力0Q 和弯矩0M0N = max R +3N + 4N （常水位）2408.5529196.912631.71kN=++=0Q = 1H + 1W + 2W 22.581040.5kN=++= 0M = 14.71H + 14.051W + 11.252W + 0.3活max R=()14.722.514.05811.25100.32408.551175175873.22kN m⨯+⨯+⨯+⨯--=⋅活max R ——组合Ⅰ中活载产生的竖向力的较大者。

第三节桩柱式桥墩的计算桩柱式桥墩的计算包括盖梁和桩柱两部分.一、盖梁计算1、计算图式（1）盖梁的刚度与桩柱的刚度比大于5时a、双柱式桥墩接简支梁或悬臂梁计算；b、多柱式桥墩，按连续梁计算。

（2）当盖梁计算跨径与梁高之比，对简支梁小于2，对连续梁小于2.5时，按《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》（JTG D62—2004）附录六作为深梁计算。

（3）当盖梁的刚度与桩柱的的刚度比小于5，或桥墩承受较大横向力时，盖梁应作为横向框架的一部分进行验算。

（4）当盖梁的跨高比L/H＞5时，按钢筋混凝土一般构件计算。

2、作用主要有上部结构恒载，支座反力、盖梁自重洫荷载（含冲击力及人群荷载）3、计算方法公路桥梁桩柱式墩大多采用双柱式，且盖梁与桩柱的刚度比往往大于5，所支通常都按简支梁或双悬臂梁计算，内力计算时，控制截面的一般在支点和跨中，作用纵横向分布的影响可参照配式简支梁梁的肋内力计算方法予以考虑。

（1）作用纵向分布的考虑：汽车荷载，由上部结构通过支座传递给桥墩，所以计算时，首先作盖梁计算截面处上部结构支点反力影响线，然后考虑最不到作用效应，即可求得相应最大支座反力。

（2）作用横向分布影响：首先作出盖梁控制截面的内力横向影响结，然后考虑最不利作用效应。

当计算跨中正弯矩时，汽车荷载对称布置，当计算支点负弯矩时，汽车荷载非对称布置。

4、注意事项（1）盖梁内力计算时，可考虑桩柱支姑宽度对削减负弯矩尖峰的影响。

（2）桥墩沿纵向的水平力及当盖梁在纵桥向设置有两排支座时产生的上部结构汽车荷载力将对盖梁产生扭矩，应予以考虑。

二、桩柱的计算桩柱式桥墩一般分刚性和柔性两种，刚性桩柱式桥墩计算方法法同重力式桥墩，柔性桩柱式桥墩受力与桥梁整体结构类型有关，目前国内橡胶支座应用较普遍，这种支座在水平力作用下可有微小的水平位移，一般按在节点处设水平弹簧支承的计算图式，如图5-2-9所示。

1、外力计算应考虑桥墩桩柱上的永久作用反力、盖梁的重量及桩柱自重；桩柱承受的汽车荷载按设计荷载进行最不利加载计算，最后经作用效应组合，图5-2-9 梁桥柔性桥墩计算图式求得最不利的作用效应，桥墩的水平力有温度作用下支座的摩擦阻力和汽车制动力等。

高墩桥梁桩基础计算长度研究摘要：高墩是我国桥梁高墩设计的主要方式，具有受力性好、刚度大且经济性高的优点，在我国道路桥梁设计中的应用越来越广。

桥梁高墩稳定性设计需要依据相关设计为依据，在结合实际情况简化计算，就能得出科学的高墩尺寸、材料设计，达到安全、耐用、舒适、经济的要求。

同时还应该完善施工操作，用科学的设计和施工保证桥梁高墩的安全稳定。

关键词：高墩桥桩基计算研究1 实际边界条件对墩桩的约束1.1 支座的约束作用计算表明,对于采用摩擦桩为基础的柱式墩来说,由于桩长较长,且周围介质对桩基的约束不像端承桩那样强,桥墩墩顶抗推刚度相对来说是较小的,对于桥梁工程中较多采用的滑动支座来说,可偏安全地认为墩顶是自由的。

1.2 桩周土层的约束作用把地基土分为两类来考虑地基土对桩基的约束作用:一类是岩石类地基且上覆土层较薄;另一类是非岩石类地基。

对于第一类地基,经常采用端承桩作为基础,桩基的刚度相对于桥墩的刚度来讲一般较大,侧向土抗力较大,桩顶侧向位移很小。

很显然,桩底的这种约束简化为固结的理想边界条件不会引起太大的误差。

对于第二类地基土,一般采用摩擦桩作为基础,桩的埋入深度较大,侧向地基土抗力小,在横向荷载作用下,桩顶将产生相对较大的侧向位移,此时桩对墩底的嵌固作用已经很小,桩顶与墩底协同变形。

因此,在第二类地基土情况下,要研究墩、桩的力学性能需考虑三个因素:墩的高度、桩基的埋深、地基土的抗力系数。

本文仅讨论基础为摩擦桩的桥梁墩桩的计算长度。

2 计算模型及理论基础在轴心受压杆件的弹性屈曲分析中,根据欧拉公式,其临界力公式为:式中:Pcr为压杆屈曲时的临界力; EI为墩桩的抗弯刚度;lj为压杆屈曲时挠曲线上2个弯矩零点(即反弯点)之间的距离,即计算长度;l为墩、桩的实际长度;μ为计算长度系数。

通过对桩进行第一类稳定分析就可以确定其计算长度。

对于桩基周围土层的影响,可通过土弹簧来模拟,由Winkler地基假设,按m法确定土层的抗力系数。

山区陡斜坡路段桥墩基础形式的探讨摘要：本文以攀枝花至大理（以下简称攀大）高速公路施工图设计为背景，结合攀大高速公路特点，介绍山区桥梁设计中陡斜坡路段桥梁墩柱、基础形式的选择原则；山区陡斜坡路段桥梁墩柱、基础选择时必须着重兼顾考虑安全可靠、环境保护、水土保持，避免因大面积开挖而可能诱发的地质病害，增加边坡防护工程，从而导致造价增加；在桥梁设计中必须坚持“最少程度的破坏，最大限度的保护”的理念，合理的选择桥梁墩柱、基础形式。

关键词：山区；高速公路；墩柱基础；选择原则1、攀大高速公路项目概况1.1 项目工程背景攀大高速起点位于攀田高速总发互通附近，止点在半边街接丽攀高速。

攀枝花至大理高速公路是《四川省高速公路网规划（2011年调整方案）》中新增的一条重要的南下出川纵向通道，它将连接国家高速公路网G56杭州至瑞丽高速公路，成为四川经云南连接东盟地区的最便捷快速通道；本项目的建设对完善攀枝花市西南向的过境高速公路路网连接、带动沿线经济发展、促进攀西地区旅游事业和矿产资源开发利用均具有十分重要意义。

1.2 项目工程本项目路线全长为40.01Km，全线采用四车道高速公路标准，设计速度80Km/h，路基宽度24.5m，桥涵设计汽车荷载采用公路－Ⅰ级。

本项目共设桥梁19座，互通式立交6座以及隧道5.5座。

２. 攀大高速公路桥梁设计的基本原则攀大高速地处四川省西南部金沙江以南，区内地形高俊陡峭，峰峦起伏，冲沟发育，切割剧烈，属中山地形，总体地势西北高、东南低，属构造侵蚀剥蚀地貌类型。

桥梁设计应符合技术先进、安全可靠、适用耐久、经济合理的要求，同时应满足美观和环保的需要，重视与环境的协调，并考虑因地制宜、就地取材、便于施工和养护等因素。

因此，本项目结合自然条件、工程地质、河流水文、筑路材料及施工条件，同时遵循安全、适用、经济、美观的原则进行综合考虑，尽量选择标准化、装配化、工厂化的结构形式，加快建设速度，减低工程造价；本项目桥梁一般采用30、40m先简支后结构连续T梁。

基础工程课程设计一．设计题目：某桥桥墩桩基础设计计算二．设计资料：某桥梁上部构造采用预应力箱梁。

标准跨径30m，梁长29.9m，计算跨径29.5m，桥面宽13m（10+2×1.5），墩上纵向设两排支座，一排固定，一排滑动，下部结构为桩柱式桥墩和钻孔灌注桩基础。

1、水文地质条件：河面常水位标高25.000m，河床标高为22.000m，一般冲刷线标高20.000m，最大冲刷线标高18.000m处，一般冲刷线以下的地质情况如下：（1）地质情况c（城轨）：2、标准荷载：（1）恒载桥面自重：N1=1500kN+8×10kN=1580KN；箱梁自重：N2=5000kN+8×50Kn=5400KN；墩帽自重：N3=800kN；桥墩自重：N4=975kN；扣除浮重：10*2*3*2.5=150KN（2）活载一跨活载反力：N5=2835.75kN，在顺桥向引起的弯矩：M1=3334.3 kN·m；两跨活载反力：N6=5030.04kN+8×100kN；（3）水平力制动力：H1=300kN，对承台顶力矩6.5m；风力：H2=2.7 kN，对承台顶力矩4.75m3、主要材料承台采用C30混凝土，重度γ=25kN/m3、γ‘=15kN/m3(浮容重)，桩基采用C30混凝土，HRB335级钢筋；4、墩身、承台及桩的尺寸墩身采用C30混凝土，尺寸：长×宽×高=3×2×6.5m 3。

承台平面尺寸：长×宽=7×4.5m 2，厚度初定2.5m ，承台底标高20.000m 。

拟采用4根钻孔灌注桩，设计直径1.0m ，成孔直径1.1m ，设计要求桩底沉渣厚度小于300mm 。

5、其它参数结构重要性系数γso =1.1，荷载组合系数φ=1.0，恒载分项系数γG =1.2，活载分项系数γQ =1.46、 设计荷载（1） 桩、承台尺寸与材料承台尺寸：7.0m ×4.5m ×2.5m 初步拟定采用四根桩，设计直径1m ，成孔直径1.1m 。

第25卷第11期岩石力学与工程学报V ol.25 No.11 2006年11月Chinese Journal of Rock Mechanics and Engineering Nov.，2006 倾斜荷载下高陡边坡桥梁基桩内力计算赵明华，刘建华，杨明辉(湖南大学岩土工程研究所，湖南长沙 410082)摘要：高陡边坡上桥梁基桩既要承受来自上部轴向与水平向的荷载作用，又要抵抗桩侧滑坡推力，具有承重与阻滑双重功能，其受力性状远比抗滑桩和平地上两侧无坡度的单一倾斜受荷桩要复杂得多。

在考虑高陡岩质边坡滑坡推力的基础上，根据现场试验得到岩质边坡滑坡推力分布应为两端小、中间大的抛物线形式的规律，提出桩后岩质边坡滑坡体推力按抛物线分布荷载计算模型，进而提出适用于高陡边坡桥梁基桩内力及位移分析的有限差分解，并结合湖南邵怀高速公路K83+745桥梁基桩实测数据分析表明理论与实测结果吻合良好，所提出的针对高陡边坡桥梁基桩内力及位移计算的有限差分法是可行的，深入探讨高陡边坡桥梁基桩内力及位移计算对于推广其工程应用具有理论和工程应用价值。

关键词：桥梁工程；桩基础；倾斜荷载桩；岩质边坡；内力计算；有限差分法中图分类号：U 44 文献标识码：A 文章编号：1000–6915(2006)11–2352–06INNER-FORCE CALCULATION OF BRIDGE PILE FOUNDATIONIN HIGH-STEEP ROCK SLOPE UNDERINCLINED LOADSZHAO Minghua，LIU Jianhua，YANG Minghui(Institute of Geotechnical Engineering，Hunan University，Changsha，Hunan410082，China)Abstract：The bridge pile foundation in high-steep rock slope has double function，i. e. bearing vertical and horizontal loads from superstructure and counteracting landslide-thrust from pile foundation side；and the mechanical behavior in the pile in high-steep rock slope is much more complex than that of antislide pile and simplex inclined-loading pile. Considering the landslide-thrust of the high-steep rock slope，the law that the landslide-thrust of the high-steep rock slope has parabolic type is found from in-situ test；and the parabolic distribution loads of the landslide is put forward. The finite difference method is introduced to calculate the displacement and inner-force of the bridge pile foundation in high rock slope under inclined loads. The result from the bridge pile foundation in K83+745 of Shaoyang—Huaihua Expressway in Hunan Province shows a good agreement with measured result. This indicates that the presented approach is feasible and applicable in engineering practice.Key words：bridge engineering；pile foundation；inclined-loading pile；rock slope；inner-force calculation；finite difference method收稿日期：2005–11–16；修回日期：2006–02–20基金项目：国家自然科学基金资助项目(50578060)作者简介：赵明华(1956–)，男，博士，1981年毕业于湖南大学土木工程系道路与桥梁工程专业，现任教授、博士生导师，主要从事桩基础及软土地基处理方面的教学与研究工作。

山区横向陡坡路段双柱式墩设计探讨张科峰【摘要】以广东省某山区高速公路上的一处双柱式墩为例,分析其在横向陡坡路段下的受力状况,并通过有限元分析软件进行对比验证,依据现行公路桥梁相关规范对该墩进行配筋验算,同时对几种不同墩高差下的墩柱进行了对比,其方法和结论可为同类桥墩设计提供参考和借鉴.【期刊名称】《山西交通科技》【年(卷),期】2015(000)005【总页数】4页(P58-61)【关键词】山区;横向陡坡;双柱式墩;桩土作用;纵向水平力【作者】张科峰【作者单位】山西省交通科学研究院,山西太原 030006【正文语种】中文【中图分类】U443.22我国山区高速的主要特点是地形、地质条件复杂，表现为地势变化剧烈，纵、横向沟壑纵横，岩溶、滑坡、采空区等不良地质分布较广。

本文以广东某山区高速公路为例，选取其中具有典型代表的一座横向陡坡路段桥梁，探讨这种地形条件下双柱式墩的设计，其方法可为同类桥梁的设计、施工提供参考。

1 项目概况汕湛高速公路云浮至湛江段及支线工程是广东省高速公路网规划的“二横”线的一段，是珠三角通往粤西地区、西南地区以及大陆连通海南岛的干线通道，其中A1合同段路基宽度26 m，设计行车速度100 km/h，地震动峰值加速度0.05g，相当于地震烈度Ⅵ度，对应抗震措施等级为7级。

本段前20 km为山岭重丘区，由于受地形、地物、地质、水文等因素限制，设置的多座桥梁不可避免地出现了横向陡坡桥墩（以下简称傍山桥墩），本文所取桥墩就为其中有代表性的一处。

2 桥梁布设及桥墩构造2.1 地形桥址区属低山丘陵地貌，桥位近临新兴江，起伏变化较大，两桥头为山体半坡，植被茂密；桥下地势相对平缓，跨越冲沟、村道，整体地形呈“U”、“W”型。

桥下地面标高最大值为63.94 m，最小值为44.36 m，地表相对高差约20 m。

2.2 地层岩性根据钻探揭露及工程地质调绘，桥位区覆盖层主要为第四系冲洪积（Q4al+pl）粗砂、卵石土、残坡积（Q4dl）粉质黏土、寒武系高滩组（∈2g）泥质砂岩、砂岩及其风化物组成。

桩柱式桥墩及其计算
毛亮
【期刊名称】《成铁科技》
【年(卷),期】2002(000)004
【摘要】通过对桩柱式桥墩的介绍，并通过工程事例，对桩柱式桥墩的计算方法进行分析与探讨。

【总页数】2页(P39-40)
【作者】毛亮
【作者单位】成铁设计院桥隧科，成都路电35607
【正文语种】中文
【中图分类】U443.22
【相关文献】
1.桩柱式桥墩计算长度系数探讨 [J], 朱保华;张晋瑞
2.桩柱式桥墩计算机辅助设计 [J], 李强;孙盖球
3.桩柱式桥墩、肋板式桥台柱顶高程计算方法 [J], 刘绮学
4.桩柱式桥墩病害表现及加固设计应用 [J], 赵一波;苏文明;郝林霞
5.大挑臂桩柱式桥墩抗震性能分析 [J], 程利鹏
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