图8-8南京长江大桥正桥2、3号墩沉井加管柱组合基础结构示意图(尺寸单位:m)
(二)结构布置
基础由钢沉井、管柱、封底及封顶混凝土、承台组成。沉井穿过覆盖层约22m,刃脚的设计高程为一41.11m,沉井布置成长方形,其平面尺寸为16.19m×25.01m,井内分成15个方格,内插13根直径3m的预应力钢筋混凝土管柱,其间距4.6m。管柱下沉到岩面后钻孔,孔径
2.4m,孔深7~9m,钻孔内放置钢筋骨架,然后在钻孔内灌注水下混凝土,一直填充至管柱顶面。管柱的下端嵌固在基岩内,上端嵌固在承台混凝土中。沉井的封底、封顶混凝土将管柱群连结成整体。
承台与沉井井壁间仅以水平链杆连接,这样承台及其以上的荷重,可以直接传至管柱,而承台所承受的水平力,则通过水平链杆由管柱与沉井共同承受。当河床冲刷至一定深度后,沉井的自重及沉井上的水平力通过封底、封顶混凝土传至管柱。
钢沉井的作用是减少管柱所要穿过的覆盖层厚度,并兼作下沉管柱时的导向架,灌注上下封底、封顶混凝土及承台混凝土时的防水围堰,它代替钢板桩围堰的作用,但它又是永久结构的组成部分,增强了桥墩基础的刚度。
(三)结构设计
1.管柱应力计算
管柱的计算分为两部分:一是封底混凝土以下的管柱;二是封底混凝土以上的管柱(图8-9)。
图8-9管柱计算图示(尺寸单位:m)
(1)封底混凝土以下部分管柱的计算
按高桩承台设计计算时,假定管柱两端为固结计算,若部分岩石疏松破碎,则按上端固结下端铰接验算。
(2)封底混凝土以上部分管柱的计算
计算时,假定承台可以上下移动与转动,但无相对水平移动,计算图式见图8-9b)。
由于外力矩M。的作用,所产生的承台转角:
。.=(Wo-nM,)h(8-8)
90=
EF2a2由于力矩M的作用,管柱顶产生的转角:
M,LRole
(8-9)
90=EJ628J%
假定承台无水平位移,即管柱顶无水平位移,则:
M1=。l(8-10)式中:M。——承台所受力矩(kN·m);l,——管柱的计算长度(m);E——单根管柱的弹性模量(MPa);F——单根管柱截面面积(m2);J。——单根管柱的截面惯性矩(m2);a——管柱中心至管柱群重心轴间的距离(m);n——管柱根数;
9。——承台转角(rad);
M,——由于外力矩M。的作用,单根管柱顶部所产生的力矩(kN·m);R。——由于外力矩Mo的作用,单根管柱顶部所产生的水平剪力(kN)。
解式(8-8)~式(8-10),可求出Ro、Pmm、M;及o,然后据此检算管柱的应力。
2.管柱钻岩深度和基底应力
管柱钻岩深度应进行下面三项计算:
(1)单根管柱基岩支承强度的计算。
(2)单根管柱钻孔深度检算。
(3)将管柱群作为整体进行检算。具体计算,按管柱检算控制钻岩深度。
3.承台设计
承台与沉井井壁间设有水平链杆,使承台所受的水平力直接传至沉井,竖直荷载不传至井壁而直接传至管柱。这样可以减少沉井通过封底混凝土传到管柱的剪力,从而减少了封底混凝土的厚度。
承台内主筋计算与一般承台相同。与链杆相连的井壁部分,假定由链杆传来的水平力作用在水平框架上,检算其弯曲应力。
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