考慮負摩阻力的樁基設計需要注意的問題

1、考慮負摩阻力的樁基設計需要注意的問題1 地表的大面積堆載對堆載區(qū)內的樁基和鄰近樁基的影響地表的大面積堆載對堆載區(qū)內的樁基和鄰近樁基會產生很大的影響 .首先 ,地表在沉降過程中 ,樁側土體將會對樁身產生負摩阻力,致使樁身的軸力和樁端力增大,甚至導致樁身的破壞 ;其次 ,地面堆載引起地基土的側向變形 ,鄰近樁基的被動樁受到土體擠壓會產生繞曲、水平移動 ,甚至斷裂 .因此 ,堆載作用下的樁基可能受到負摩擦和側向力兩種荷載的共同作用.矚慫潤厲釤瘞睞櫪廡賴。2 負摩阻力計算分析案例在有關橋梁地基與基礎設計規(guī)范中規(guī)定,在軟土層較厚 ,持力層較好的地基中 ,樁基計算應考慮路基填土荷載或地下水位下降所引起的負

2、摩阻力的影響。事實上橋下大面積堆載是一種更危險的工況。聞創(chuàng)溝燴鐺險愛氌譴凈。下面以一實際工程為例,對橋梁樁基負摩阻力計算作一分析。該橋上部結構為30 m 跨預應力混凝土連續(xù)箱梁,橋梁全寬25.5 m,采用分幅式布置。橋梁下部結構半幅采用變截面墩配2根D 160(D180) 鉆孔灌注樁基礎 ,單排樁基礎 ,樁基設計按摩擦樁設計 ,單樁樁頂最大設計反力為 6 1507 100 KN, 上部結構計算時考慮基礎不均勻沉降為 1.0 cm 。殘騖樓諍錈瀨濟溆塹籟。橋址處現為魚塘 ,地面標高為 0.21.6 m之間 ,由于橋址位于城區(qū) ,遠期規(guī)劃標高 6.5 m 左右 ,如按規(guī)劃標高平整場地 ,需填土 5

3、.0 6.3 m 。設計時根據橋址處的地質情況,注意到負摩阻力對樁基的影響,考慮按以下 2種方案進行場地平整 ,進行技術經濟比較 ,以確定最終的設計方案。釅錒極額閉鎮(zhèn)檜豬訣錐。方案 1：場地先不平整待橋梁施工完后再進行場地平整。方案 2：場地先平整到規(guī)劃標高6.5 m( 帶狀 80m 寬),半年后施工橋梁樁基。橋址處土層各層分布情況按由上至下順序描述如下:人工填土 ;淤泥 (Q4ml); 亞粘土 (Q4ml); 粘土 (Q1mc); 亞粘土 (Q1al) 。場地地質中第四系覆蓋層巨厚,地質勘探未能揭露。 彈貿攝爾霽斃攬磚鹵廡。2.1中性點位置的確定要確定樁身負摩阻力的大小,首先需要確定中性點的

4、位置。所謂“中性點”是指樁土位移相等、摩阻力等于零的分界點,該深度以上土的下沉量大于樁的下沉量 ,樁承受負摩阻力 ;該深度以下土的下沉量小于樁的下沉量 ,樁承受正摩阻力。故確定中性點的位置,首先必須計算出樁基及各土層的沉降量中性點的深度與樁周土的壓縮性和變形條件、樁和持力層土的剛度等特性有關。在樁、土穩(wěn)定前,它也是變動的。當有地面堆載時 ,中性點的深度取決于堆載的大小,堆載越大則中性點越深。謀蕎摶篋飆鐸懟類蔣薔。樁基沉降計算按橋梁規(guī)范公式 ,單樁沉降S=P(L0+ h)/(Ep ×Ap)+P/(Co ×Ao)式中P樁頂荷載 ;L0樁自由長度 ;h樁入土長度 ;系數,與樁側土

5、的摩阻力分布形式有關,對于鉆孔摩擦=1/2;Ep 樁身的受壓模量 ;Ap 樁身的橫截面積 ;C0 樁底平面土的豎向地基系數;A0 樁頂外力擴散至樁底平面的面積。本橋中 :L0=0,h=45, =1/2,P=7 100 KN,Ep×Ap=5.7 ×104MPaCo=L ×mo=45 ×4 000=180 ×103PaAo=12.5計算出 S=0.0028+0.0031=0.0059 m (即5.9mm) 。土體沉降計算(1)方案 1: 場地先不平整 ,待橋梁施工完后再進行場地平整。土層頂面大面積堆載 ,由此荷載產生的附加應力不隨深度修正。這一點與

6、有限寬度范圍內作用荷載(如路堤填土 )等荷載工況有很大的不同。根據土力學知識,在有限寬度范圍內作用荷載的情況下,土體中的附加應力會隨深度的增加而減小,相應土層壓縮量會小很多。廈礴懇蹣駢時盡繼價騷。此方案中場地堆載的荷載:P=100 KPa(5.5 m 高堆土 ),以上述鉆孔為例 ,根據地質資料 ,依據分層總和法計算各土層的沉降S。煢楨廣鰳鯡選塊網羈淚。土層沉降量 :S=ms ·ni=1 iEsi ·hi式中ms沉降經驗系數 ;i第 i層土附加應力的平均值 ;Esi第 i層土的壓縮模量 ;hi第 i層土的厚度。計算結果如表 1。沉降計算表明 :在樁基施工完后進行堆載平整,中性

7、點位于第 5層土層中 ,中性點的深度約 35 m 。(2) 方案 2: 場地先平整到規(guī)劃標高 6.5 m( 帶狀 80 m 寬),半年后施工橋梁樁基。本方案由于先填土 ,待半年后再施工樁基 ,故地層的瞬時沉降及部分固結沉降已完成 ,剩余沉降為完成的部分固結沉降 Hc 及次固結沉降Hs, 各土層的 2兩個沉降量會影響樁基的負摩阻的分布深度。鵝婭盡損鵪慘歷蘢鴛賴。以同一鉆孔資料為例 ,計算各土層半年后剩余沉降量。剩余固結沉降量計算公式為:Hc=(1-U) ×St, 式中 U為固結度 ,根據時間因素 Tv可查表求得 :時間因素 Tv=Cv ×t/H2,Cv 為固結系數 ,由室內固

8、結 (壓縮 )實驗確定;St為各土層的固結沉降 ,見表 1?；[叢媽羥為贍僨蟶練淨。本橋中 ,第3層粘土半年后剩余固結沉降量:根據實驗資料 Cv=8.4 ×10-7m2/s,Tc=Cv ×t/H2=0.05, 查表得 :U=0.25, 總沉降量 St=0.065 cm,故剩余固結沉降 Hc=(1-0.25) ×0.065=0.048 m, 大于樁基沉降S=0.0059 m 。可見第 1、2、3層土層的沉降量大于樁基沉降量,這3層土層會產生負摩阻力。預頌圣鉉儐歲齦訝驊糴。第 4層以下土層壓縮量很小 ,樁基不會產生負摩阻力。 按此結論判斷中性點位于第 4層土層的層頂。2

9、.2樁基負摩阻力計算如前所述 ,影響負摩阻力的因素很多,所以精確計算負摩阻力是很困難的。在地基與基礎設計規(guī)范中未有明確規(guī)定,各參考文獻中單樁負摩阻力計算主要有以下2種易于計算的公式 :滲釤嗆儼勻諤鱉調硯錦。f=qu/2(1)式中qu無側限抗壓強度。f=K ×tg×(p+r×z-u)(2)式中Ktg由土質條件決定,同時與樁型、沉樁方法、支承情況等因素有關 ,一般由實驗確定 ,國內外有實驗資料可供參考;鐃誅臥瀉噦圣騁貺頂廡。p作用于地面的分布荷載;r浮容重;z土層深度 ;u該深度處的孔隙水壓力。2.3方案比較方案 1:根據以上負摩阻力計算公式及前述中性點位置,如采用此

10、方案 ,為保證樁基承載能力 ,樁長比不考慮負摩阻須加長 30 m 。同時由于各墩地質的差別 ,會造成樁基不均勻沉降量的增加 ,從而影響上部結構的使用 ;且橋梁造價增加很大 ,故可以否定此方案。 擁締鳳襪備訊顎輪爛薔。方案 2:同理根據以上計算 ,如采用此方案 ,雖然比方案 1樁基負摩阻深度短 ,但樁長仍比不考慮負摩阻須加長 18 m 。采用此方案 ,需有足夠的施工時間 ,同時工程造價也增多 ,經本工程業(yè)主綜合考慮 ,此方案也被否定。 贓熱俁閫歲匱閶鄴鎵騷。需要說明的是 ,地質勘探時 ,土層未作高壓縮性實驗 ,各土層壓縮模量按經驗取值 ,第4、第 5層壓縮模量取值可能偏大 ,如補充做一些土工試驗

11、 ,方案 1和方案 2樁基長度可能會繼續(xù)加長。 壇摶鄉(xiāng)囂懺蔞鍥鈴氈淚。最后通過與規(guī)劃部門協調 ,采用了在橋下 80 m 寬度范圍內不填土的方案 ,以避免負摩阻力對橋梁結構的影響。由以上分析可知 ,在軟土地基上修建橋梁時 ,如遇到橋下大面積堆載的情況 ,對負摩阻力的計算分析一定不能忽視 ,負摩阻力的大小甚至能夠影響方案的取舍。蠟變黲癟報倀鉉錨鈰贅。3結論(1) 在橋下大面積堆載時 ,由堆載所引起的附加荷載不會隨著土層深度的增加而減少 ;當地基軟土層較厚時 ,會對樁基產生較大的負摩阻力。如在實際工作中被忽視或考慮不周,將會使樁基承載力嚴重不足,樁基產生較大的向下位移,從而影響上部結構的使用,甚至發(fā)生嚴重事故。買鯛鴯譖曇膚遙閆擷凄。(2) 在橋梁使用期內 ,當地基軟土層較厚時 ,尤其是橋梁樁基按摩擦樁設計時 ,應控制橋下堆載 ,以避免對樁基產生較大的負摩阻力影響結構的使用。 綾鏑鯛駕櫬鶘蹤韋轔糴。(3) 現有的公路橋梁地基與基礎設計規(guī)范中 ,未對樁基負摩阻力的設計計算作出詳細的規(guī)定 ,摩擦樁的設計安全系數統(tǒng)一定為 2.0。我們認為 ,由于樁身的彈性變形、樁端持力層的壓縮變形會引起樁基一定沉降 ,中性點上移 ,導致負摩阻力小于理論最大值 ,因此樁基在負摩阻力作用的工況下 ,可考慮將設計安全系數適當降低 ,以節(jié)約工程造價。驅躓髏彥浹綏譎