軟土地基中樁基糾偏及有關(guān)分析與計(jì)算

1、軟基中樁基移位的受力分析、計(jì)算及糾偏摘 要：軟土中的樁、柱在鄰近路基超載土壓力作用下發(fā)生移位，分析和計(jì)算其受力情況，并就樁的糾偏措施進(jìn)行介紹。關(guān)鍵詞：樁基； 移位； 分析； 計(jì)算； 糾偏1 概述揭（陽(yáng)）普（寧）高速公路霖磐互通立交位于揭東縣霖磐鎮(zhèn)以東約600m處，采用喇叭型全互通全封閉立體交叉。樁號(hào)為K9+860.1K10+788.3，全長(zhǎng)928.2m，基礎(chǔ)采用鉆孔灌注摩擦樁，樁徑1.3m，柱式墩，上部結(jié)構(gòu)采用預(yù)應(yīng)力與非預(yù)應(yīng)力相結(jié)合的鋼筋砼連續(xù)箱梁，單幅橋面凈寬13m，單向三車道。立交橋位地層由第四系覆蓋層和基底組成。第四系覆蓋層沉積厚度18.142.5m，主要由表層亞粘土（厚度為13.2m）

2、，淤泥（厚度4.014.1m），沖擊成因的粘性土（厚度0.9m5.0m），砂性土（厚度1.4m7.1m）及坡積成因的淤泥質(zhì)亞粘土（厚度1.1m3.1m）組成。表層的物理性質(zhì)如下表：巖層天然含水量（）孔隙比（e）液性指數(shù)（IL）內(nèi)摩擦角（）凝聚力（c）Kpa壓縮系數(shù)（Cv）Mpa-1亞粘土34.953.1%0.9681.4630.260.95淤泥68.210.1%1.9912.9492.103.902.67.07.713.20.1780.93霖磐互通立交CC匝道路基從主線19#、20#墩之間穿過(guò)，該處亞粘土厚2.6m，淤泥層厚8.6m，地基采用袋裝砂井處理，土方超載預(yù)壓，路基填土厚度（包括超載土

3、方）4m，路基頂寬10m。19#、20#墩樁基、系梁、立柱均施工好后才填筑路基土方。2 樁柱移位 路基填筑約一個(gè)月后，墩位處地基土沿系梁方向出現(xiàn)裂縫，經(jīng)多次復(fù)測(cè)，樁柱移位情況如下（均相對(duì)于設(shè)計(jì)坐標(biāo)）： 偏移值（mm）觀測(cè)日期ZX19#墩Z(yǔ)X20#墩備注L1L2R1R2R3L1L2R1R2R32002年9月20日91064634948施工偏差2002年11月22日303440323734302932362002年11月26日36422002年12月30日504845404945353739503 樁基內(nèi)力的分析與計(jì)算ZX-19#、20#墩樁長(zhǎng)均為45m，樁的入土深度與樁的變形系數(shù)滿足h2.5/（

4、=0.07634，計(jì)算過(guò)程略），則樁為彈性樁，不考慮樁土間的粘著力和摩阻力，只考慮路基土方對(duì)樁的水平推力，且樁土協(xié)調(diào)變形，任一深度Z處所產(chǎn)生的樁側(cè)土水平抗力與該點(diǎn)水平位移Xz成正比，即ZX=CXZ 且地基系數(shù)C隨深度成正比增長(zhǎng)，即C=mZ。采用“m”法計(jì)算樁基內(nèi)力。橋位處軟土主要為流塑性淤泥層，取地基土比例系數(shù)m=5KN/m43.1 樁的計(jì)算寬度b1=kf×k0×k×d=0.9×（1+1/1.3）×1×1.3=2.07kf形狀換算系數(shù)，查表得kf=0.9k0受力換算系數(shù)，k0=1+1/dk樁間的相互影響系數(shù)，查表得k=13.2 樁的撓

5、曲線方程假定樁頂受水平荷載Q0及彎距M0，此時(shí)樁發(fā)生彈性撓曲，樁側(cè)土產(chǎn)生橫向抗力zx。則樁的撓曲線方程：EId4xz/dz4=-q=-zxb1=-mzxzb1，整理得：d4xz/dz4+5zxz=0，其中樁的變形系數(shù)=（mb1/EI）1/5 由撓度xz與轉(zhuǎn)角z、彎距Mz和剪力Qz之間的關(guān)系： z=dxz/dx Mz=EI d2xz/dz2Qz=EI d3xz/dz3在Z=0的地面處，樁的水平位移、轉(zhuǎn)角和剪力分別以x0、0、M0和Q0表示，則樁身任一截面的水平位移：xz= x0A1+0B1/+M0C1/EI2+ Q0D1/3EI對(duì)xz求導(dǎo)得樁身任一截面的轉(zhuǎn)角z、彎矩Mz及剪力Qz如下：z/= x

6、0A2+0B2/+ M0C2/EI2+ Q0D2/3EIMz/ EI2= x0A3+0B3/+ M0C3/EI2+ Q0D3/3EI （I）Qz/3EI= x0A4+0B4/+ M0C4/EI2+ Q0D4/3EI （II）由zx= Cxz= mzxz，求得樁側(cè)土抗力：zx=mzxz=mz（x0A1+0B1/+M0C1/EI2+ Q0D1/3EI）其中x0、0需根據(jù)樁底邊界條件來(lái)確定。摩擦樁在外荷作用下，樁底將產(chǎn)生位移xh、h。當(dāng)樁底產(chǎn)生轉(zhuǎn)角位移h時(shí)，樁底的彎矩值Mh=A0xdNx=-A0x2hC0d A0=-h C0A0x2 d A0=-h C0IA0樁底面積 I0樁底面積對(duì)其重心軸的慣性矩

7、C0基底土的豎向地基系數(shù) C0=m0h由于忽略樁與樁底土間的摩阻力，所以認(rèn)為Qh=0，這是另一個(gè)邊界條件將上述兩個(gè)邊界條件代入（I）、（II）兩式得：Mh= EI2（x0A3+0B3/+ M0C3/EI2+ Q0D3/3EI）=-h C0IQh=3EI（x0A4+0B4/+ M0C4/EI2+ Q0D4/3EI）=0且h=（x0A2+0B2/+ M0C2/EI2+ Q0D2/3EI）聯(lián)立求解，并令C0I0/EI=Kh可得：x0= A°xQ0/3EI+B°xM0/2EI 0= -（A°Q0/2EI+B°M0/EI） 式中：A°x=（B3D4-B4

8、D3）+Kh（B2D4-B4D2）/（A3B4-A4B3）+ Kh（A2B4-A4B2） B°x=（B3C4-B4C3）+Kh（B2C4-B4C2）/（A3B4-A4B3）+ Kh（A2B4-A4B2） A°=（A3D4-A4D3）+Kh（A2D4-A4D2）/（A3B4-A4B3）+ Kh（A2B4-A4B2） B°=（A3C4-A4C3）+Kh（A2C4-A4C2）/（A3B4-A4B3）+ Kh（A2B4-A4B2）根據(jù)分析，摩擦樁h2.5時(shí)，Mh幾乎為零，且此時(shí)Kh對(duì)A°x、B°x等影響極小，可以認(rèn)為Kh=0，則式可簡(jiǎn)化為x0= A&#

9、176;xQ0/3EI+B°xM0/2EI 0= -（A°Q0/2EI+B°M0/EI）式中：A°x=（B3D4-B4D3）/（A3B4-A4B3） B°x=（B3C4-B4C3）/（A3B4-A4B3） A°=（A3D4-A4D3）/（A3B4-A4B3） B°=（A3C4-A4C3）/（A3B4-A4B3） A°x、B°x、A°、B°均為Z的函數(shù)，查公路基規(guī)可得：A°x=2.50174 B°x=1.64076 A°=-1.64076 B°=-

10、1.757283.3 樁身的最大彎矩根據(jù)實(shí)測(cè)，樁頂最大位移x0=0.05m，傾斜角度0=0.00111故將x0=0.05，0=0.00111代入式得：0.05= A°xQ0/3EI+B°xM0/2EI 0.00111=-（A°Q0/2EI+B°M0/EI）將A°x=2.50174 B°x=1.64076 A°=-1.64076 B°=-1.75728代入上式解得：Q0=116.5KN M0=-1616.9KNm又最大彎矩截面處剪力Q=0，則CQ=M0/Q0=-1.05952，查表得Z=2.2，Am=0.46583，

11、Bm=0.29956最大彎距Mmax=AmQ0/+ Q0BmCR/=226.5 KNm3.4 樁身材料截面強(qiáng)度驗(yàn)算樁身鋼筋為22根25II級(jí)鋼筋A(yù)g=10.79×10-3m2，Rg=340Mpa，配筋率：=Ag/r2=0.8%樁身砼標(biāo)號(hào)為C25，取ag=0.08m，Ra=14.5Mpa查表得:jg=0.55，c=1.25受壓區(qū)寬度：x=RgAg/Rad=340×10.79×10-3/14.5×1.3=195mmjgd0=0.55×（1300-8）=711mm樁基抗彎承載能力：Mu=Rad×（d0-x/2）/c=14.5×13

12、00×195×（1292-195/2）/1.25=3512.5×106Nmm=3512.5KNm>Mmax=226.5KNm樁身材料足夠安全，不驗(yàn)算樁身裂縫。四 樁柱糾偏 經(jīng)過(guò)對(duì)在路基土壓力作用下樁身的受力分析與計(jì)算，樁土協(xié)調(diào)變形處于彈性范圍內(nèi)，則可采用卸載反壓的方法進(jìn)行樁身糾偏，即卸掉路基土方至原地面，反方向填筑約5m寬，1.5m高的土堤。經(jīng)過(guò)約一個(gè)星期的卸載反壓，樁柱基本回復(fù)至施工樁位，檢測(cè)結(jié)果如下（與設(shè)計(jì)坐標(biāo)相比）：樁號(hào)ZX-19#墩Z(yǔ)X-20#墩備注L1L2R1R2R3L1L2R1R2R3偏移值（mm）8118775712810五 結(jié)束語(yǔ)在珠江三角洲地區(qū)和沿海一帶軟基普遍存在，這對(duì)路橋建設(shè)極為不利，容易失穩(wěn)，特別容易造成路橋結(jié)合部位橋梁樁基的移位甚至損壞。在軟基地段進(jìn)行路橋建設(shè)時(shí)，必須加強(qiáng)地質(zhì)勘探工作，詳細(xì)查明地質(zhì)情況。當(dāng)采用堆載預(yù)壓對(duì)地基進(jìn)行處理時(shí)，應(yīng)充分考慮堆載對(duì)橋梁樁位的影響，并盡可能在地基處理完畢后才組織樁基的施工。 當(dāng)然，一旦樁基受到影響，發(fā)生移位或損壞，亦不必驚慌失措，應(yīng)立即組織相關(guān)專業(yè)技術(shù)人員，進(jìn)行詳細(xì)的計(jì)算、分析與研究，采取有效的措施，徹底消除工程質(zhì)量隱患。參考文獻(xiàn)：1 交通部部標(biāo)準(zhǔn)公路橋涵地基與基