1.引言
高等級公路的中小橋梁普遍采用樁柱式墩臺、樁基礎。較為常規(guī)的做法是在樁頂設置承臺與柱相 連或是在樁柱頂設帽梁，這兩種方案均不失為較好的墩、臺型式。但隨著近年來我國公路與城市道路 的迅速發(fā)展，互通式立交、樞紐內的橋梁越來越多，且與被交道路多為斜交，若一跨跨越被交路，主梁建筑高度增加，將影響到橋梁的長度以及主線的填土高度。因此只要條件許可，一般采用在被交叉道路中央分隔帶內設置橋墩，以縮短橋跨，從而降低主梁建筑高度，減少工程投資。若采用多柱式橋墩，尤其是設置在被跨道路的中央分隔帶內，既不美觀也不利于高速行車。
2.工程概況
某高速公路上的互通式立交，匝道全長3.09km，共設3座橋梁，13道涵洞、通道，1處匝道收費站。在該互通式立交中，匝道橋上跨高速公路，上部結構為搭支架現澆的斜交預應力混凝土連續(xù)箱梁橋，斜度為25°，全長105.06m，跨徑組合為20m+30m+30m+20m，下部為柱式墩，挖孔樁基礎、肋板式臺、擴大基礎(見圖1)。其設計技術指標如下：
橋面寬度：雙向車道，全寬16m；
車輛荷載：汽車-超20，掛-120；
地震烈度：基本烈度為7度，按8度設防；
橋下凈空：按高速公路要求，凈高5.0m。
3.地質概況
橋位處地質概況：第一層為路基填土，厚1.0m；第二層為可硬塑狀亞粘土，厚1.4m：第三層為碎石土，硬塑粘土--亞粘土夾10%碎石，厚3.6m；第四層為棕紅色強風化泥巖，已風化成土狀，厚3.5m；第五層為弱風化泥巖，棕紅色，裂隙發(fā)育，間夾粉砂巖，厚1.9m；第六層為弱風化粉砂質泥巖，棕紅--灰紫色。巖芯基本完整，厚2.6m；第七層為微風化粉砂質泥巖，巖芯完整，有少量裂縫發(fā)育(見圖2)。
4.樁身結構設計
通過地質資料分析，對中墩及基礎型式進行優(yōu)化，提出了雙柱墩、獨柱墩、雙排樁基礎、單排樁基礎等型式．最終采用無承臺大直徑挖孔樁，樁徑為2.2m，獨柱墩，柱徑為1.8m。這種型式在江蘇尚為首例，在國內亦不多見。與其他型式相比較，其主要特點如下：
(a)無承臺可節(jié)省承臺及部分樁基礎工程量(樁基受力更為明確),經濟效益顯著；
(b)能減少開挖承臺對已實施的高速公路路基的不良影響，有利于高速公路通訊管線的布置；
(c)對司機視覺影響小，有利于高速行車；
(d)橋下空間通透，外形比較美觀。
獨柱墩墩頂設固定支座，其余各墩、臺均為活動支座，共考慮如下四種水平力：
(a) 溫度及砼收縮、徐變影響，由于結構對稱，近似認為中墩受溫度、砼收縮、徐變等影響，所受水平力H
l=0；
(b)汽車制動力，考慮最不利情況，活動支座均已滑動，制動力由中墩承受，按四車道布載，求得制動力H
2=330kN；
(c)汽車撞擊力，由于波形護欄離墩較近，汽車撞擊力較大，參照國外有關規(guī)定，考慮汽車撞擊力H
3=500kN，作用點距地面1.2m；
(d)順橋向地震力，南京地區(qū)基本烈度為7度，按8度設防，最不利情況為活動支座滑動，連續(xù)梁隨固定支座的橋墩振動，但須考慮墩頂活動支座的摩擦阻尼對地震力的折減，可得H
4=410kN。
由此可得樁頂總水平力H=1240kN，彎矩=4474kN·m。墩頂垂直力用空間梁格法，支座采用桁架單元模擬求得。中墩處恒載反力為8696kN，最大活載反力為1235kN。
樁身內力采用m法，計算模式如下頁圖3所示，樁柱頂假設為鉸接，采用m法計算樁身截面內力。現行規(guī)范中取地面以下h=2(d+1)m深度內各層土的平均m值作為整個深度的m值(d為樁徑)。但當大直徑樁及樁側各層土的力學性質有很大變化時,應按多層地基考慮。將樁按其剛度不同劃分為n層，使各層具有相同的地基系數及抗彎剛度，建立樁的撓曲微分方程：
式中，(E1)
i為第i個樁基處的剛度；X
i為第i個樁基處的水平位移；z
i4為第i個樁基處的垂直位移；q
i為第i個樁基處水平應力。
將樁尖矩陣X
n =F
n·F
n-1…F
i…
F2·F
1·X
0=E·X
0展開為（推導過程略）：
式中，X
0、φ
0、M
0、Q
0 分別為樁地面處位移、轉角、彎矩和水平力，X
n 、φ
n、 M
n、Q
n 為樁底處水平位移、轉角、彎矩和水平力。 Q
n、M
n可按結構力學方法算得，由樁底邊界條件：
X
n =0， φ
n=0
可求得樁最大彎矩M=6952kN·m，樁頂的水平位移為0.78cm，最大水平壓應力為246kPa，均滿足要求。樁身彎矩如圖4所示，據此對偏心受壓構件進行樁柱配筋設計及強度驗算。
設計樁長時,考慮到第六層為軟質巖石，遇水極易軟化，而巖石軟化會使樁端阻力及樁側摩阻力顯著降低，因此設計中將第七層作為樁端持力層。由樁身內力可得樁在巖層表面處彎矩值M
H，作如圖5所示假設，即忽略嵌固處水平剪力的影響，樁在巖層表面處彎矩M
H作用下，繞嵌入深度h的1/2處轉動：不計樁底與巖石的摩阻力；不考慮樁底抵抗彎矩，由樁側巖層產生的水平抗力平衡。同時考慮到樁側為圓柱狀曲面。其四周受力不均勻，假定最大應力為平均應力的1.27倍。根據靜力平衡條件(ΣM=0)，便可得出下式：
為了保證樁在巖層中嵌固牢靠，要求樁體對樁周巖層產生的最大側向壓應力σ
max不應超過巖石的側向容許抗力
(其中K為安全系數，且K=2)，得圓形截面柱嵌入巖層最小深度的計算公式如下：
式中，β為抗壓強度折減系數；R
c為天然濕度的巖石單軸極限抗壓強度。
由于樁頂水平力較大，故設計樁底嵌巖深度為3.0m，以增加樁基的穩(wěn)定性和承載能力。
5.結論
該互通立交已竣工，高大的混凝土橋墩穩(wěn)健地托起平緩舒展、看上去薄如蟬翼的橋面板，反映了內部力的傳遞順序，表達了結構與外形的統(tǒng)一，具有良好的真實感。由于設計手段的完善，施工技術的發(fā)展，具有顯著優(yōu)點的無承臺大直徑樁基礎正在悄然興起。上述計算方法應用在互通式立交橋中取得了良好的效果。
參考文獻
【1】凌治平，基礎工程[M]，北京 人民交通出版社 1986。
【2】匡文起，結構矩陣分析和程序設計[M]，北京 高等教育出版社 1991。
【3】JTJ 024—85，公路橋涵地基與基礎設計規(guī)范[S]。
【4】胡人禮，橋梁樁基礎分析和設計[M]，北京 中國鐵道出版社1987。
