基于欧洲规范的科科迪桥桩基设计

秦启迪

摘要：随着一带一路的推进，海外市场逐渐打开，并成了主要市场，但是规范的差异，计算方法的区别导致了海外项目设计困难，本文以科科迪桥为例，对比了欧洲规范和中国规范的桩基础的差异也介绍了欧规体系下桩基的计算方法。

1 工程概况

本项目是阿比让市行政区和商务区的新连接线，起点于圣保尔大教堂，终点位于法兰西大道和烈士大道交叉口。科科迪主桥主桥采用主跨200m的钢混叠合梁独塔斜拉桥，全长630米，主梁为钢混组合梁，主塔塔高104m，下塔采用空心箱式截面，上塔采用实心截面。主塔基础为42根竖向桩构成的深基础。本桥为法标体系桥梁项目:难度等级高。

图1科科迪桥效果图

科科迪桥下构除主塔以外，常规墩采用柱式墩，墩身分两部分组成，上部分为4m渐变到3m的实心圆柱墩，下部分为直径为3m的空心圆柱墩，墩间距为6.5m；承台高3m，下接6根直径为2m的桩基，桩基呈梅花形布置。桥墩环境类别为XC4、XS1级，桩基和承台的环境类别为XC2级，桥墩、承台混凝土采用C35/45混凝土，桩基采用C30/37混凝土。钢筋采用B500型。

2桩基计算总结

国外项目大多采用欧规、法标，但是相对于中国规范法标荷载组合形式更多，且对桩土模型的要求更为严格，需考虑横向刚度和竖向刚度的影响。桩基需要验算内容包括：桩基竖向承载力验算，受压桩承载力、桩侧负摩阻力、抗拔承载力桩基水平承载力验算根据EN1997-1规范，桩基水平承载力可通过桩基抗推试验，或根据土体参数及桩基材料强度计算确定。

3计算要点

3.1 混凝土强度

桩基采用了C30/37混凝土，抗压强度标准为fck = 30 MPa，但在计算深基础时，根NF P 94-262深基础应用，混凝土抗压强度需利用以下公式进行折减：

强度等级 :25Mpa ：1.3

：1.0（本桥桩基类型为1类，采用泥浆钻孔桩，钻孔桩B/L＞1/20，因此取值1.0）

：18.33Mpa

因此

抗压强度设计值由下式得出：

：1.0 ：1.5 ：1.2（偶然状态除外）

计算出

3.2桩土作用的计算

桩基设计时主要难点在于桩基内力及横向荷载作用下的计算方法，对比中标和法标的计算方法。

⑴中标：地基规范采用线弹性法中的“m”法，但桩顶位移过大时不适用。

⑵法标：考虑桩身有较大位移时土体非线性反应十分突出，采用“p-y”曲线法。

图2 “p-y”曲线

4桩基配筋及应力验算

桩基计算时应该按实际情况考虑上部结构或者横向偏载和纵向偏载对结构的不利影响，根据主桥RM模型直接提取承台底的内力，并采用Midas单独建立桩基模型，带入所提取的荷载，来验算桩基截面。建模时桩基和承台底采用刚性连接，桩周土体采用弹性连接模拟，和国内模拟桩土作用时有所区别，需采用变形-内力函数去定义“p-y”曲线。

图3 Midas建立桩基模型 图4 Midas定义“p-y”曲线

4.1纵向配筋

对于桩基这种典型的受压构件，在进行纵向配筋的时候，为了满足受力和构造要求，钢筋不能过多也不能过少，纵筋过少，构件呈脆性破坏，对抗震不利。另外，长期荷载作用下，混凝土受压产生徐变，构件内力重分布，原由混凝土承担的一部分内力转由钢筋承担。所以，在正常使用条件下，钢筋分担的内力比计算大 （极限承载能力不变），在这种情况下，纵筋数量不能过少 。纵筋过多，则不经济，不便于施工，更会影响混凝土的浇筑质量。

根据EN1 992-1-1建议，柱全部纵向钢筋的最小配筋面积按下式取值，由国家附录指定。

Nd ：设计轴向压力 :钢筋设计区服强度 Ac：全截面面积

4.2横向配筋

横向约束钢筋（箍筋、拉结筋或螺旋筋）直径不应小于6mm和纵向钢筋最大直接1/4的较大者。用作横向钢筋的焊接钢丝网钢丝的直径不应小于5mm。横向钢筋间距不应该超过 ，其值由国家附录指定，建议采用以下三者的最小值：

①纵向钢筋最小直径的20倍；②柱的短边尺寸；③400mm

结合以上要求，提取桩基内力并按最小配筋率计算后，采用32根HA25的钢筋。

将计算配筋带入桩基模型，提取桩基应力：

表1桩基应力表

作用组合	σc(MPa)
	Max	Min
ELS QP	3.81	1.15
ELS Fre.	4.08	0.33
ELS Car.	4.47	1.0

4.3应力验算

根据欧规要求桩的拉应力小于f_ctm。 也就是说，桩的截面不会开裂。 因此，不需要计算钢筋的拉应力和混凝土的极限裂缝宽度Wmax。

混凝土压应力的平均值 σ_cmoy 应满足：

σ_cmoy≤0.3k₃f_ck ^*=6.923MPa

混凝土压应力的最大应力 σcmax 必须遵守以下不等式：

σ_cmax≤Min(0.6k₃ f_ck ^*;0.6f _ck)=13.84MPa

5.4应力验算

根据模型提出的剪力可以进行抗剪验算：

=0.059MN≥1.4*0.059/2.0/1.9=0.02Mpa

配筋率： ， =9＞0.87cm²/ml，即桩顶部采用HA12的箍筋间距为200mm。

5结语

通过对比中欧规法下桩基的计算方法，以及通过科科迪桥常规墩桩基的验算过程，可以明确欧洲规范的设计要点和难点，为国外项目桩基计算提供了一定的方向。

参考文献：

【1】 BS EN1990:2002 Eurocude-Basis of structural design.

【2】 BS EN 1991-1-1:2002 Eurocud.

【3】NF P 94-262 Eurocude7.