樁板結(jié)構(gòu)受力及變形特性研究

樁板結(jié)構(gòu)受力及變形特性研究1緒論1.1研究背景與意義鐵路是我國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)的大動(dòng)脈，2023年1月，國(guó)務(wù)院審議通過了我國(guó)鐵路史上第一個(gè)《中長(zhǎng)期鐵路網(wǎng)規(guī)劃》，擬定到2023年，我國(guó)鐵路營(yíng)業(yè)里程將達(dá)成10萬km，其中客運(yùn)專線1.2萬km;復(fù)線率和電氣化率均達(dá)50%。自1964年日本修建世界上第一條高速鐵路—東海道新干線以來，高速鐵路成為世界鐵路行業(yè)發(fā)展的方向。高速鐵路是一個(gè)系統(tǒng)工程。列車與線路是互相依存、互相適應(yīng)的關(guān)系，列車是載體，線路是基礎(chǔ)。高速運(yùn)營(yíng)的列車規(guī)定線路具有高平順性、高穩(wěn)定性、高精度、小殘變、少維修以及良好的環(huán)境保護(hù)等。路基是承受軌道結(jié)構(gòu)重量和列車荷載的基礎(chǔ)，是鐵路線路工程的一個(gè)重要組成部分。高速鐵路對(duì)軌道的平順性和穩(wěn)定性提出了更高的規(guī)定。與此相應(yīng)，高速鐵路路基除應(yīng)具有一般鐵路路基的基本性能之外，還需要滿足高速鐵路軌道對(duì)基礎(chǔ)提出的性能規(guī)定。這些性能概括起來有以下幾點(diǎn):1、足夠的剛度列車速度越高，就規(guī)定路基的剛度越大，彈性變形越小。當(dāng)然，剛度也不能過大，過大了會(huì)使列車振動(dòng)加大，也不能做到平穩(wěn)運(yùn)營(yíng)。2、穩(wěn)固、耐久、少維修規(guī)定路基在列車荷載的長(zhǎng)期作用下，塑性累積變形小。3、高平順性不僅規(guī)定靜態(tài)條件下平順，并且還規(guī)定動(dòng)態(tài)條件下平順。穩(wěn)定、沉降小且沉降均勻的平順路基是高平順性軌道的基礎(chǔ)。穩(wěn)定性好的路基，重要是靠控制路基工后沉降和不均勻沉降，以及控制路基頂面的初始不平順來保證。這正是高速鐵路路基設(shè)計(jì)、施工與普通鐵路的重要區(qū)別。路基工后沉降一般由三部分組成:①地基在軌道、路堤自重及列車動(dòng)力作用下的壓密沉降;②路基填土(涉及基床與路堤本體)在自重作用下產(chǎn)生的壓密沉降:③基床表層在動(dòng)荷載作用下的塑性累積變形。其中控制地基沉降是最為關(guān)鍵的。通常采用地基解決來提高地基強(qiáng)度、剛度，減少沉降。高速鐵路建設(shè)中最為常見的特殊土路基涉及濕陷性黃土、軟土等。常規(guī)地基解決方式有換填法、強(qiáng)夯法、復(fù)合地基法、排水固結(jié)法等，前三者的解決深度或受限于解決原理，或受限于施工設(shè)備，解決深度一般不超過3Om，后者的解決時(shí)間較長(zhǎng)，不能滿足當(dāng)前建設(shè)規(guī)定。當(dāng)碰到深厚軟弱地基時(shí)，傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案是將路基方案改為橋梁方案，以橋代路。在挖方地段和站場(chǎng)，橋梁方案并不合用，并且橋梁結(jié)構(gòu)的橫向穩(wěn)定性方面較差，在曲線段上，橫向穩(wěn)定性問題成為設(shè)計(jì)考慮的重要因素。我國(guó)高速鐵路建設(shè)規(guī)模大、線路長(zhǎng)，區(qū)域地質(zhì)條件復(fù)雜，深厚軟弱地基較多，在財(cái)力有限的前提下，迫切需要尋求一種強(qiáng)度高、剛度大、穩(wěn)定性和耐久性好，并且建筑成本適當(dāng)、施工工藝簡(jiǎn)樸的高速鐵路路基新型結(jié)構(gòu)。基于以上因素提出的樁板結(jié)構(gòu)路基是高速鐵路的一種新路基結(jié)構(gòu)形式，它具有地基解決和路基結(jié)構(gòu)兩種功能，它由鋼筋混凝土的樁基、托梁、承臺(tái)板及土質(zhì)路基組成，樁板結(jié)構(gòu)路基的承臺(tái)板直接與軌道結(jié)構(gòu)連接，樁一梁和樁一板固結(jié)與土路基共同組成一個(gè)承載結(jié)構(gòu)體系。樁板結(jié)構(gòu)路基有別于傳統(tǒng)土工結(jié)構(gòu)物的概念，傳統(tǒng)土路基承受荷載的豎向體系是基床—路堤一地基，而樁板結(jié)構(gòu)路基承受荷載的體系為板一梁一樁一地基，并且運(yùn)用樁一土、板一土、梁一土之間的共同作用來提高結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度和剛度滿足高速鐵路的沉降規(guī)定。樁板結(jié)構(gòu)路基一般采用鉆孔灌注樁，目前最大解決深度可達(dá)60m，解決深度大是相比于傳統(tǒng)地基解決的最大優(yōu)勢(shì)。在國(guó)內(nèi)外，樁板結(jié)構(gòu)路基的理論探討與應(yīng)用研究基本上是一個(gè)新課題，其有限的應(yīng)用卻顯示出非常良好的技術(shù)經(jīng)濟(jì)效益，有開展進(jìn)一步進(jìn)一步研究的巨大價(jià)值。傳統(tǒng)土路基的動(dòng)力學(xué)研究開展較多，也進(jìn)行了大量現(xiàn)場(chǎng)行車動(dòng)態(tài)實(shí)驗(yàn)。樁板結(jié)構(gòu)是一種新型路基結(jié)構(gòu)，動(dòng)力學(xué)研究和動(dòng)態(tài)實(shí)驗(yàn)較少，實(shí)驗(yàn)手段也單一。文獻(xiàn)[26]通過遂渝線樁板結(jié)構(gòu)路基大比例動(dòng)態(tài)模型實(shí)驗(yàn)，研究了樁基的荷載傳遞;文獻(xiàn)[27]針對(duì)鄭西客運(yùn)專線某濕陷性黃土樁板結(jié)構(gòu)，通過模型實(shí)驗(yàn)，綜合研究了樁板結(jié)構(gòu)靜動(dòng)力特性;模型實(shí)驗(yàn)受限于模型尺寸和邊界條件，得出的結(jié)果與工程實(shí)際尚有一定差距。文獻(xiàn)[5]測(cè)試了CRHZ行車時(shí)樁板結(jié)構(gòu)路基的動(dòng)態(tài)響應(yīng)。高速鐵路必須考慮列車反復(fù)荷載作用下路基的疲勞特性，涉及強(qiáng)度疲勞失穩(wěn)和變形疲勞失穩(wěn)兩方面。土質(zhì)路基基床在反復(fù)荷載作用下會(huì)產(chǎn)生累積下沉，樁板結(jié)構(gòu)在反復(fù)荷載作用下的研究尚未見報(bào)道，需要進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)激振實(shí)驗(yàn)，研究樁板結(jié)構(gòu)動(dòng)力響應(yīng)和疲勞特性。1.2樁板結(jié)構(gòu)路基概述1.2.1樁板結(jié)構(gòu)路基應(yīng)用現(xiàn)狀“樁一板結(jié)構(gòu)”在歐洲已有上千年歷史，在英國(guó)、比利時(shí)、荷蘭等國(guó)家都發(fā)現(xiàn)該技術(shù)修建的道路。當(dāng)高速鐵路開始采用無碎軌道技術(shù)之后，由于無柞軌道對(duì)工后沉降有極其嚴(yán)格的規(guī)定，在一些地質(zhì)條件較為惡劣的地段，常規(guī)地基解決工藝難以滿足規(guī)定，工程界研發(fā)出現(xiàn)代鋼筋混凝土樁一板結(jié)構(gòu)。“樁一板結(jié)構(gòu)”在控制沉降方面具有相稱優(yōu)越性能，我國(guó)工程技術(shù)人員獨(dú)立自主研發(fā)出多種結(jié)構(gòu)形式已應(yīng)用在多條客運(yùn)專線上。德國(guó)紐倫堡一英戈?duì)柺┧鼐€共修建“樁一板結(jié)構(gòu)”路基3.543km。新建線的北段地基由第四紀(jì)上層和下面的中侏羅紀(jì)初期土層組成，層厚為5~20m不等，黏性土內(nèi)部有砂質(zhì)土。這種黏土易于下沉，還具有膨膚性。該地區(qū)的線路采用了“樁一板結(jié)構(gòu)”，鉆孔樁直徑0.9m，樁頂現(xiàn)澆0.6m厚鋼筋混凝土板。為了樁板路基盡也許均勻過渡到土質(zhì)路基，采用了厚度漸變的素混凝土板來減小剛度的差異，素混凝土板長(zhǎng)20m。荷比高速鐵路阿姆斯特丹至布魯塞爾線，全線鋪設(shè)無柞軌道，大量采用了“無沉降樁板結(jié)構(gòu)”?！盁o沉降樁板結(jié)構(gòu)”由鉆孔灌注樁和現(xiàn)澆鋼筋混凝土板構(gòu)成，一聯(lián)共6跨，每跨4m，全長(zhǎng)26m，橫向樁間距3m。設(shè)計(jì)方對(duì)樁板結(jié)構(gòu)上鋪設(shè)Rheda2023型無柞軌道進(jìn)行優(yōu)化，最終選擇超長(zhǎng)連續(xù)型軌道板。英法海底隧道連接線在穿越一個(gè)沼澤地區(qū)時(shí)有7km路基采用了“樁板結(jié)構(gòu)”，這種樁板結(jié)構(gòu)由樁基礎(chǔ)和鋼筋混凝土板構(gòu)成，橫向分布4排樁，樁間距為2.5m。我國(guó)遂渝線無柞軌道綜合實(shí)驗(yàn)段地基沉降及工后沉降的控制技術(shù)采用鋼筋混凝土樁板結(jié)構(gòu)的地基解決措施。樁板結(jié)構(gòu)路基是高速鐵路無碎軌道一種新的路基結(jié)構(gòu)形式，它由下部鋼筋混凝土樁基、路基本體與上部鋼筋混凝土承載板組成，承載板直接與軌道結(jié)構(gòu)連接。樁板結(jié)構(gòu)路基重要合用范圍為己建路堤的補(bǔ)強(qiáng)加固，工程地質(zhì)條件復(fù)雜的路塹地段、既有線有柞改無柞軌道工程，以及兩橋(隧)之間短路基、道岔區(qū)路基等。承載板的尺寸為4.4mx0.6mx3Om，一聯(lián)六跨，跨度為5m，橫向樁間距2.5m，在相鄰聯(lián)處由托梁支承。文獻(xiàn)11通過借鑒國(guó)內(nèi)外客運(yùn)專線經(jīng)驗(yàn)，提出建設(shè)客運(yùn)專線時(shí)采用支承于樁基礎(chǔ)上的彈性地基梁來代替土質(zhì)路堤是控制沉降的有效方法。文獻(xiàn)【12]從控制低矮路堤沉降和減少路堤動(dòng)力影響的角度，提出一種新型路基建筑形式—樁筏結(jié)構(gòu)。樁筏結(jié)構(gòu)由預(yù)應(yīng)力管樁和現(xiàn)澆鋼筋混凝土筏板構(gòu)成。樁徑0.5m，樁長(zhǎng)50m;筏板厚度1.2m，一聯(lián)長(zhǎng)18.2m，縱向排樁，縱向樁間距m，橫向分布6排樁，橫向樁間距1.72m。文獻(xiàn)[13〕介紹了鄭西客運(yùn)專線某站場(chǎng)工點(diǎn)地基存在較深的濕陷性黃土，對(duì)路基沉降控制提出嚴(yán)峻規(guī)定。作者提出一種新型地基解決方式—連續(xù)埋入式無限長(zhǎng)樁板結(jié)構(gòu)。這種樁板結(jié)構(gòu)由鉆孔灌注樁和現(xiàn)澆鋼筋混凝土承臺(tái)板構(gòu)成，承臺(tái)板上填筑0.7m厚級(jí)配碎石基床表層。上部承臺(tái)板厚0.6~0.8m，寬10.5m(除道岔區(qū))，下部基礎(chǔ)采用直徑1.0m或直徑1.25m鉆孔灌注樁基礎(chǔ)，橫向分布2排，間距5.Om，縱向樁間距一般為7.0~9.om。埋入式無限長(zhǎng)樁板結(jié)構(gòu)一聯(lián)長(zhǎng)度可達(dá)100Om。1.2.2樁板結(jié)構(gòu)路基研究現(xiàn)狀樁板結(jié)構(gòu)是一種創(chuàng)新結(jié)構(gòu)，我國(guó)工程界已經(jīng)進(jìn)行了一定研究，涉及設(shè)計(jì)理論、數(shù)值分析、模型實(shí)驗(yàn)和現(xiàn)場(chǎng)實(shí)驗(yàn)。文獻(xiàn)[l4]系統(tǒng)闡述樁板結(jié)構(gòu)路基的研究技術(shù)路線，分析了樁板結(jié)構(gòu)路基的經(jīng)濟(jì)效益，與橋梁方案相比，低路堤情況可節(jié)省工程造價(jià)20%一40%，指出樁板結(jié)構(gòu)路基最適宜于新建客運(yùn)專線鐵路工程地質(zhì)條件復(fù)雜的路塹和低路堤段。文獻(xiàn)[l5][18]提出將承載板當(dāng)作連續(xù)梁解決，按影響線法計(jì)算活載作用的內(nèi)力，最終擬定板的翹曲變形能否滿足土質(zhì)路基上鋪設(shè)無碴軌道允許撓度及視覺高差的規(guī)定。文獻(xiàn)【16]探討了樁板結(jié)構(gòu)路基的設(shè)計(jì)理論，運(yùn)用解析算法和有限元分析了樁板結(jié)構(gòu)的應(yīng)力與變形。文獻(xiàn)[l7]提出樁板結(jié)構(gòu)路基的極限狀態(tài)設(shè)計(jì)法。文獻(xiàn)〔13]將樁板結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)化為平面剛架，運(yùn)用力法求解，并且編制了計(jì)算程序。文獻(xiàn)【19]分析了板、梁和樁對(duì)樁板結(jié)構(gòu)路基造價(jià)的影響，進(jìn)行了不同跨度方案的比選。文獻(xiàn)[ll]分析了樁間距對(duì)樁板結(jié)構(gòu)內(nèi)力的影響，得出了最優(yōu)方案。文獻(xiàn)[21]以樁板結(jié)構(gòu)配筋設(shè)計(jì)法為研究對(duì)象，對(duì)比了允許應(yīng)力法和極限狀態(tài)法，得出極限狀態(tài)法有一定優(yōu)勢(shì)。文獻(xiàn)「27]闡述了鄭西客運(yùn)專線濕陷性黃土樁板結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)理論。文獻(xiàn)[20]對(duì)豎向荷載作用下樁板結(jié)構(gòu)進(jìn)行有限元仿真分析，得到樁板結(jié)構(gòu)的應(yīng)力和變形。文獻(xiàn)【22〕運(yùn)用有限元軟件ANsys分析了諸多參數(shù)對(duì)樁板結(jié)構(gòu)路基沉降的影響，荷載、樁長(zhǎng)和地基土模量的影響最大。文獻(xiàn)【23』運(yùn)用動(dòng)力有限元分析了樁板結(jié)構(gòu)路基在地震波作用下的動(dòng)力響應(yīng)，分析結(jié)果表白樁截面處的承載板受力最不利。文獻(xiàn)[10]建立樁板結(jié)構(gòu)路基整體有限元模型，涉及軌道、樁板結(jié)構(gòu)和地基，分析了列車荷載作用下整體模型的動(dòng)力響應(yīng)。文獻(xiàn)【24〕[25]針對(duì)遂渝線樁板結(jié)構(gòu)路基某工點(diǎn)，進(jìn)行離心模型實(shí)驗(yàn)，研究了樁板結(jié)構(gòu)路基的沉降。文獻(xiàn)【26]通過遂渝線樁板結(jié)構(gòu)路基大比例動(dòng)態(tài)模型實(shí)驗(yàn)，研究了樁基的荷載傳遞。文獻(xiàn)「27]針對(duì)鄭西客運(yùn)專線某濕陷性黃土樁板結(jié)構(gòu)，通過模型實(shí)驗(yàn)，綜合研究了樁板結(jié)構(gòu)靜動(dòng)力特性。文獻(xiàn)[5]測(cè)試了CRHZ行車時(shí)樁板結(jié)構(gòu)路基的動(dòng)態(tài)響應(yīng)。1.2.3樁板結(jié)構(gòu)路基的特點(diǎn)1.2.1節(jié)中列舉了大量國(guó)內(nèi)外高速鐵路中樁板結(jié)構(gòu)路基的實(shí)際應(yīng)用，這些結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)方案、跨度布置、構(gòu)造形式、施工工藝各有不同，并且這些結(jié)構(gòu)的名稱也各不相同。為了便于學(xué)術(shù)交流，本文嘗試給這類結(jié)構(gòu)下一個(gè)定義，這些結(jié)構(gòu)具有以下四個(gè)特性:①結(jié)構(gòu)的大部分構(gòu)件埋入地基或路基;②以鋼筋混凝土為材料;③以板一樁為荷載傳遞體系;④以控制沉降為重要目的;滿足以上四個(gè)特性的結(jié)構(gòu)可以較為形象地統(tǒng)稱為樁板結(jié)構(gòu)路基，亦可簡(jiǎn)稱樁板路基。樁板路基與線路的其它形式對(duì)比，可以發(fā)現(xiàn)若干不同。樁板路基埋入地基，有別于橋梁跨越空間障礙的形式，這是樁板路基之所以稱為路基的因素;樁板路基的材料為鋼筋混凝土，有別于傳統(tǒng)土路基以土石等松散介質(zhì)為材料;樁板路基以板一樁為荷載傳遞體系，有別于傳統(tǒng)土路基的基床一路堤一地基體系。優(yōu)點(diǎn):解決深度大，強(qiáng)度高，剛度大，工后沉降小，施工便捷快速。缺陷:造價(jià)高，不易維修，抗裂性差。合用范圍:低矮路堤、路塹、站場(chǎng)、既有線改建加固。1.2.4樁板結(jié)構(gòu)路基的分類從使用功能的角度，可以分為地基解決式和路基結(jié)構(gòu)式，通常地基解決式的樁板結(jié)構(gòu)埋入路基下，設(shè)計(jì)有土質(zhì)基床，這類樁板結(jié)構(gòu)路基受列車動(dòng)力影響較小;路基結(jié)構(gòu)式兼有地基解決和路基結(jié)構(gòu)兩種功能，樁板結(jié)構(gòu)的板承擔(dān)了基床的功能。從埋入深度的角度，可分為上承式和埋入式，上承式直接鋪設(shè)軌道結(jié)構(gòu)，受外界自然條件的影響，樁板結(jié)構(gòu)大多是超靜定結(jié)構(gòu)，特別對(duì)溫度變化敏感。埋入式埋入地下，受外界因素影響較小。從結(jié)構(gòu)是否超靜定，可分為靜定式和超靜定式，由于超靜定結(jié)構(gòu)有剛度大，內(nèi)力小的優(yōu)點(diǎn)，通常樁板結(jié)構(gòu)為超靜定式。從跨度布置可分為連續(xù)式和分聯(lián)式，連續(xù)式樁板結(jié)構(gòu)中構(gòu)造措施中不設(shè)溫度縫和沉降縫，一聯(lián)結(jié)構(gòu)的跨數(shù)可超過100跨，長(zhǎng)度超過千米;分聯(lián)式樁板結(jié)構(gòu)一聯(lián)的跨數(shù)為3一6跨，聯(lián)與聯(lián)之間設(shè)構(gòu)造縫，減少溫度變化和樁基不均勻沉降對(duì)結(jié)構(gòu)的影響。從結(jié)構(gòu)上線路的數(shù)量，可分為單線式、雙線式和多線式，結(jié)構(gòu)的一塊板上只鋪設(shè)一條線路，稱為單線式，雙線式和多線式依次類推。由于列車荷載的動(dòng)力作用，雙線式樁板結(jié)構(gòu)中也許產(chǎn)生翹曲和扭轉(zhuǎn)等較為復(fù)雜的受力現(xiàn)象，所以單線式應(yīng)用較多。多線式通常用于站場(chǎng)。從樁基的施工工藝上，可以分為打入樁式和鉆孔樁式。從板的力學(xué)特性，可分為單向板式和雙向板式。樁基點(diǎn)支承的板在兩個(gè)方向上受彎，按雙向板分析。有托梁對(duì)邊支承的板為單向板[32〕，按梁分析。從構(gòu)造縫的形式，可分為托梁式和懸臂式，托梁式在構(gòu)造縫處設(shè)立有一樁基支承托梁，板支承在托梁上;懸臂式是指兩側(cè)板懸挑出，中間有一構(gòu)造縫。1.2.5樁板結(jié)構(gòu)路基的破壞模式文獻(xiàn)【27]進(jìn)行了樁板結(jié)構(gòu)路基大比例模型破壞實(shí)驗(yàn)，加載位置為跨中截面，當(dāng)加載6t時(shí)，承臺(tái)板開始進(jìn)入破壞階段，當(dāng)加載達(dá)成7t時(shí)，承臺(tái)板跨中下表面開始出現(xiàn)肉眼可辨認(rèn)的裂縫，實(shí)驗(yàn)結(jié)束后，取出模型，承臺(tái)板跨中截面上側(cè)混凝土壓碎，下側(cè)受拉鋼筋屈服，下表面上破壞裂紋橫向貫通。測(cè)試過程表白，托梁鋼筋進(jìn)入屈服階段。承臺(tái)板破壞時(shí)，樁基未達(dá)成破壞狀態(tài)。樁板結(jié)構(gòu)路基的破壞標(biāo)準(zhǔn)為承臺(tái)板跨中截面、托梁支座截面破壞，達(dá)成承載力極限狀態(tài)，屬于適筋梁破壞。1.2.6樁板結(jié)構(gòu)路基的結(jié)構(gòu)分析與力學(xué)模型結(jié)構(gòu)計(jì)算簡(jiǎn)圖是進(jìn)行結(jié)構(gòu)計(jì)算時(shí)用以代表實(shí)際結(jié)構(gòu)的通過簡(jiǎn)化的模型。選擇計(jì)算簡(jiǎn)圖的原則是:(l)反映實(shí)際結(jié)構(gòu)的工作性能;(2)便于計(jì)算。選取計(jì)算簡(jiǎn)圖時(shí)，必須分清主次，抓住本質(zhì)和主流，略去不重要的細(xì)節(jié)。計(jì)算簡(jiǎn)圖的選擇是力學(xué)計(jì)算的基礎(chǔ)，極為重要。計(jì)算簡(jiǎn)圖一經(jīng)擬定，就需采用適當(dāng)構(gòu)造措施使實(shí)際結(jié)構(gòu)盡量符合簡(jiǎn)圖的特點(diǎn)。因此，選定符合實(shí)際結(jié)構(gòu)的計(jì)算簡(jiǎn)圖和在構(gòu)造上采用措施保證其簡(jiǎn)圖特點(diǎn)的實(shí)現(xiàn)，是一個(gè)問題的兩個(gè)方面，必須統(tǒng)籌考慮。1.2.6.1構(gòu)件的力學(xué)特點(diǎn)樁板路基是軌道的基礎(chǔ)，也是一種鋼筋混凝土建筑物。樁板路基中有若干構(gòu)件，構(gòu)件的受力分析是結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)。下面介紹重要構(gòu)件的受力特點(diǎn)。承臺(tái)板，承受軌道靜荷載和列車動(dòng)荷載。荷載作用方向垂直軸線，產(chǎn)生彎曲變形，內(nèi)力以彎矩及剪力為主。屬于平面受彎構(gòu)件。承臺(tái)板和樁基剛接，構(gòu)成線路縱向方向上的剛架。托梁，承受上部結(jié)構(gòu)靜荷載和列車動(dòng)荷載。荷載作用方向垂直軸線，產(chǎn)生彎曲變形，內(nèi)力以彎矩及剪力為主。屬于平面受彎構(gòu)件。托梁和樁基剛接，構(gòu)成線路橫向方向上的剛架。樁，受力狀態(tài)較復(fù)雜，承受了豎向荷載和水平荷載。一是承受上部結(jié)構(gòu)傳來的壓力和自重，荷載方向平行于軸線;二是承受列車制動(dòng)力或牽引力，以及橫向搖擺力和離心力，荷載方向垂直于軸線;樁是偏心受壓構(gòu)件。1.2.6.2結(jié)構(gòu)體系的簡(jiǎn)化承臺(tái)板和樁基剛接接，構(gòu)成線路縱向方向上的剛架，限制了樁板路基縱向位移。托梁和樁基剛接，構(gòu)成線路橫向方向上的剛架，限制了樁板路基橫向位移，保證了橫向穩(wěn)定性。板、梁、樁構(gòu)成了空間剛架體系，具有較大的剛度，在列車荷載作用下有較大的縱橫向穩(wěn)定性，限制了樁板路基縱橫向的水平位移。樁板結(jié)構(gòu)事實(shí)上是空間剛架結(jié)構(gòu)，直接分析較為困難，為了簡(jiǎn)化計(jì)算可以分解為平面結(jié)構(gòu)。分解方法是沿縱向和橫向分布按平面結(jié)構(gòu)計(jì)算。承臺(tái)板和托梁有類似主次梁的支承關(guān)系，板、梁、樁構(gòu)成一個(gè)交叉體系。一方面可把空間剛架看做雙向正交剛架體系:然后把空間剛架分解為平面剛架;再選擇計(jì)算兩個(gè)平面，得到縱向體系和橫向體系。如圖1.2一23，建立空間坐標(biāo)系來分析樁板結(jié)構(gòu)。線路縱向?yàn)閄軸，橫向?yàn)閅軸，地基豎向?yàn)閆軸，以重力方向?yàn)檎?，整個(gè)坐標(biāo)系符合右手定則。樁板結(jié)構(gòu)荷載可分為體力和面力，體力即自重和溫度作用。面力按荷載作用方向可分為豎向荷載、橫向荷載、縱向荷載。豎向荷載的傳遞途徑從上至下，承臺(tái)板傳遞至托梁，托梁傳遞至樁，最終由樁基傳遞至地基土。中跨四樁的主筋錨固在承臺(tái)板中，邊跨支承允許承臺(tái)板有微小橫縱向位移，故認(rèn)為橫縱向荷載由板、梁傳遞至中跨四樁。樁板結(jié)構(gòu)是空間超靜定結(jié)構(gòu)，必須通過簡(jiǎn)化后才干用解析法分析。承臺(tái)板為對(duì)邊支承，可以看做連續(xù)單向板，重要發(fā)生X一Z平面內(nèi)彎曲。托梁發(fā)生Y一Z平面內(nèi)的彎曲，單線列車荷載作用時(shí)，托梁也有扭轉(zhuǎn)變形。邊跨四樁只受軸力，而中跨四樁還受到水平荷載作用。目前在列車荷載累計(jì)作用下，承臺(tái)板與地基土是否會(huì)脫開尚無實(shí)驗(yàn)資料，計(jì)算中不考慮地基對(duì)承臺(tái)板和托梁的反力。以上荷載傳遞和結(jié)構(gòu)變形的分析表白，樁板結(jié)構(gòu)可以分解為X一Z縱向平面模型和Y一Z橫向平面模型。如圖1.2一24縱向平面模型選單線模型，托梁在縱向平面的彎曲剛度為無窮大，當(dāng)豎向力和彎矩作用時(shí)，縱向撓度為零，則縱向分析時(shí)忽略托梁，只分析承臺(tái)板和樁組合的剛架。邊跨支承簡(jiǎn)化為活動(dòng)鉸支座。如圖1.2一25橫向平面模型分析托梁和樁組合的剛架。1.2.6.3結(jié)構(gòu)受力的分析超靜定樁板結(jié)構(gòu)應(yīng)按彈性理論計(jì)算(可不計(jì)法向力及剪力對(duì)變形的影響)，同時(shí)應(yīng)考慮基礎(chǔ)不均勻變位(線位移和角位移)、溫度變化及混凝土收縮、徐變的影響。樁板結(jié)構(gòu)采用允許應(yīng)力法設(shè)計(jì)計(jì)算強(qiáng)度時(shí)，不應(yīng)考慮混凝土承受拉力(除主拉應(yīng)力檢算外)，拉力應(yīng)完全由鋼筋承受。對(duì)樁板結(jié)構(gòu)各構(gòu)件應(yīng)進(jìn)行正截面抗彎承載力、斜截面抗剪承載力驗(yàn)算。在列車豎向靜活載作用下，承臺(tái)板體的豎向撓度不應(yīng)大于鐵路橋規(guī)的規(guī)定。在ZK活載靜力作用下，承臺(tái)板板端豎向轉(zhuǎn)角不應(yīng)大于鐵路橋規(guī)的規(guī)定。無柞軌道承臺(tái)板板縫兩側(cè)鋼軌支承點(diǎn)間的相對(duì)豎向位移不應(yīng)大于1mm；對(duì)于設(shè)有縱向坡度的承臺(tái)板，還應(yīng)考慮由于活動(dòng)支座縱向水平位移引起的板縫兩側(cè)鋼軌支承點(diǎn)間的相對(duì)豎向位移。應(yīng)進(jìn)行單樁豎向承載力驗(yàn)算和樁基沉降分析，樁基的工后均勻沉降以及相鄰樁基沉降之差(差異沉降)不應(yīng)大于表的規(guī)定。1.2.7樁板結(jié)構(gòu)路基的荷載鐵路網(wǎng)中客貨列車共線運(yùn)營(yíng)，旅客列車設(shè)計(jì)時(shí)速等于或小于160km、貨品列車時(shí)速等于或小于120km，列車豎向活載必須采用中華人民共和國(guó)鐵路標(biāo)準(zhǔn)荷載，即“中一活載”，見圖1.2一26一1.2一28。設(shè)計(jì)時(shí)速200~250km和300~350km客運(yùn)專線鐵路列車豎向活載必須采用ZK活載。1.2.8樁板結(jié)構(gòu)路基的軌道結(jié)構(gòu)形式目前具有高速鐵路實(shí)際運(yùn)營(yíng)經(jīng)驗(yàn)的樁板結(jié)構(gòu)路基軌道結(jié)構(gòu)形式重要有軌枕埋入式無碴軌道和柔性填充層板式無碴軌道兩大類。如圖1一2和圖1一3所示。軌枕埋入式無碴軌道具有結(jié)構(gòu)的高度整體性，對(duì)有碴軌道結(jié)構(gòu)概念的良好繼承性和混凝土工程的本質(zhì)性等特點(diǎn)，在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和施工上都可以借鑒橋梁工程、混凝土工程和有碴軌道積累的經(jīng)驗(yàn)，使之具有對(duì)橋上、隧道內(nèi)、路基上、道岔區(qū)等具有廣泛的合用性。其最大缺陷是可修復(fù)性差，同時(shí)在橋上和單線隧道內(nèi)鋪設(shè)時(shí)，施工性受到影響。板式無碴軌道具有結(jié)構(gòu)高度低、重量輕、施工機(jī)械化限度高、施工進(jìn)度快和可修復(fù)性好等特點(diǎn)，更適合于橋梁和隧道內(nèi)使用，板式軌道由于結(jié)構(gòu)單元比較大，適應(yīng)曲線布置能力差，在道岔區(qū)使用難度很大，由于存在縱向的周期性間斷，對(duì)路基不均勻沉降適應(yīng)性差，假如在路基上使用，需要增強(qiáng)其縱向連續(xù)性。1.3樁板結(jié)構(gòu)的技術(shù)經(jīng)濟(jì)優(yōu)勢(shì)、合用場(chǎng)合及其存在的問題1.3.1樁板結(jié)構(gòu)路基的技術(shù)經(jīng)濟(jì)優(yōu)勢(shì)由樁板結(jié)構(gòu)路基的結(jié)構(gòu)力學(xué)特點(diǎn)可知，這種結(jié)構(gòu)第一個(gè)優(yōu)點(diǎn)就是具有整體性強(qiáng)、穩(wěn)定性好，堅(jiān)固耐用，軌道變形小，且變形累積緩慢等優(yōu)點(diǎn)，有助于高速行車，可大大減少養(yǎng)護(hù)維修工作量、減少作業(yè)強(qiáng)度和改善作業(yè)條件。第二，樁板結(jié)構(gòu)路基在構(gòu)造上十分機(jī)動(dòng)靈活，適應(yīng)性強(qiáng)。上部鋼筋混凝土承載板可以適應(yīng)各種線路情況的，做成任何形狀的特殊異形板，設(shè)計(jì)施工并不增長(zhǎng)多少困難。下部樁基礎(chǔ)可以結(jié)合本地條件合理布置。第三，施工方便。由于承載板是實(shí)心板，外形簡(jiǎn)樸，并且直接澆筑在路基上，只需要側(cè)模，加工制作簡(jiǎn)易。內(nèi)部縱橫雙向布置鋼筋，鋼筋類型最少，加工和布設(shè)也簡(jiǎn)易，無須布設(shè)預(yù)應(yīng)力筋。澆筑混凝土可以大面積進(jìn)行，一氣呵成，振搗方便，因此深受施工人員歡迎。第四，隨之而來的優(yōu)點(diǎn)是:設(shè)計(jì)省事，無論什么特殊的平面形狀都只但是是用板單元下面布設(shè)一些固結(jié)或簡(jiǎn)支的支承點(diǎn)來進(jìn)行數(shù)值分析，并且混凝土為實(shí)心雙向布筋，出圖也極度簡(jiǎn)化。第五，與橋梁結(jié)構(gòu)相比，樁與板之間通過鋼筋固結(jié)，可以節(jié)省昂貴的支座，溫度和收縮應(yīng)力較小，只需在板與板連接處設(shè)立伸縮縫。第六，與普通路基結(jié)構(gòu)相比，由于板下是樁基礎(chǔ)，對(duì)路基填料規(guī)定不高，可以就地取材，且沉降相對(duì)小而快，工后沉降較易控制，可縮短工期，相對(duì)加快工程進(jìn)度。1.3.2樁板結(jié)構(gòu)路基的合用場(chǎng)合根據(jù)目前的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，樁板結(jié)構(gòu)路基重要合用范圍為:已建路堤的補(bǔ)強(qiáng)加固、舊線改造工程、工程地質(zhì)條件復(fù)雜的路塹地段、既有線有碴改無碴軌道工程、以及兩橋(隧)之間短路基、道岔區(qū)路基等，樁板結(jié)構(gòu)路基具有良好的技術(shù)和經(jīng)濟(jì)優(yōu)越性，是宜于推廣的新型無碴軌道路基結(jié)構(gòu)形式。1.3.3樁板結(jié)構(gòu)路基存在的問題(l)初期投資和綜合效益問題與其他無碴軌道路基結(jié)構(gòu)相比，樁板結(jié)構(gòu)路基初期投資較大是影響其推廣應(yīng)用的重要問題，但是投資分析自身就是一個(gè)比較復(fù)雜的問題。通過對(duì)遂渝線樁板結(jié)構(gòu)與橋進(jìn)行經(jīng)濟(jì)比較，得出在相同縱向長(zhǎng)度范圍內(nèi)，樁板結(jié)構(gòu)路基造價(jià)僅為橋梁結(jié)構(gòu)造價(jià)的一半，有著良好的經(jīng)濟(jì)效益。一般要能控制其初期投資在橋梁以下，相對(duì)于其他無碴軌道路基，略高或相差不大，相對(duì)于有碴軌道來說，按結(jié)構(gòu)生命周期60年計(jì)算，一般能在ro一2023實(shí)現(xiàn)收支平衡，樁板結(jié)構(gòu)路基便具有良好的經(jīng)濟(jì)效益。(2)實(shí)測(cè)資料的缺少由于對(duì)樁板結(jié)構(gòu)路基的研究才剛起步，對(duì)深厚軟層地區(qū)及特殊土地區(qū)的設(shè)計(jì)缺少有科學(xué)依據(jù)的設(shè)計(jì)參數(shù)，對(duì)樁板結(jié)構(gòu)加固的抗震、抗液化理論方面有待進(jìn)一步的研究。(3)噪音問題一般無碴軌道剛度較大，彈性較差，增長(zhǎng)了輪軌的振動(dòng)及輻射噪聲。無碴軌道的混凝土構(gòu)件形成了較強(qiáng)的聲反射剛性表面，加強(qiáng)了噪聲的混響作用和噪聲向兩側(cè)的輻射，使噪聲強(qiáng)度增大。由于上述兩者結(jié)構(gòu)特性的影響，一般無碴軌道線路的噪聲和振動(dòng)都大于有碴軌道，噪聲約高5dB左右。而對(duì)于同一種軌道結(jié)構(gòu)其噪音的大小是:橋梁>樁板結(jié)構(gòu)路基>土質(zhì)路基，所以控制噪音是此后的一個(gè)研究重點(diǎn)。(4)軌道彈性問題樁板結(jié)構(gòu)路基的彈性重要由扣件及軌下橡膠墊板提供，橡膠墊板可以增長(zhǎng)軌道的整體彈性，減少輪軌作用向板下的傳遞，起到隔振的作用;在扣件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、材料選用和技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)上嚴(yán)格規(guī)定，實(shí)現(xiàn)軌道彈性的均衡穩(wěn)定。(5)修理與修復(fù)問題樁板結(jié)構(gòu)作為剛性結(jié)構(gòu)，在后期運(yùn)營(yíng)階段僅允許少量的改善，如調(diào)整軌道幾何形態(tài)，一般只能靠扣件來實(shí)現(xiàn)，當(dāng)發(fā)生較大變化時(shí)，調(diào)整十分困難，特別是鋼筋混凝土承載板，達(dá)成承載強(qiáng)度極限時(shí)將產(chǎn)生斷裂，軌道幾何尺寸將發(fā)生急劇惡化，這些問題都為樁板結(jié)構(gòu)路基維修工作提供新的課題。2鉆孔灌注樁單樁豎向承載力的擬定方法單樁豎向承載力是指樁所具有的承受豎向荷載的能力，其最大值稱為極限承載力。它通常指受壓承載力，抗拔承載力、單樁的荷載傳遞規(guī)律、承載力時(shí)間效應(yīng)及負(fù)摩阻力等。單樁豎向承載力涉及地基對(duì)樁的支撐能力和樁的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度所允許的最大軸向荷載兩個(gè)方面的含義，以其小值控制樁的承載性能。通常情況下，地基土的承載能力一般先達(dá)成極限狀態(tài)，結(jié)構(gòu)強(qiáng)度具有較大的安全度，本文將在此前提下進(jìn)行分析討論。單樁豎向承載力分為樁端阻力和樁側(cè)摩阻力，前者重要受到樁的設(shè)立方法、土的種類、樁的入土深度、制樁材料、樁土間的相對(duì)位移、成樁后的時(shí)間等因素影響，后者重要受樁進(jìn)入持力層的深度、樁的尺寸、加載速率等因素的影響。加之施工工藝的優(yōu)劣，影響因素眾多，因而選用合適的方法顯得尤為重要。目前，常用方法可分為兩大類，一類是直接法，通過實(shí)驗(yàn)來擬定樁的承載力，涉及靜載荷實(shí)驗(yàn)法、動(dòng)力測(cè)試法、原位測(cè)試法等；另一類是間接法，涉及靜力計(jì)算法、規(guī)范經(jīng)驗(yàn)參數(shù)法、有限元法、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)法等。2.1靜載實(shí)驗(yàn)法擬定單樁豎向受壓承載力垂直靜載實(shí)驗(yàn)法即在樁頂逐級(jí)施壓軸向荷載，直至樁頂達(dá)成破壞為止，并在實(shí)驗(yàn)過程中測(cè)量每級(jí)荷載下不同時(shí)間的樁頂沉降，根據(jù)沉降與荷載及時(shí)間的關(guān)系，分析擬定單樁軸向允許承載力。試樁可在已打好的工程樁中選定，也可專門設(shè)立與工程樁相同的實(shí)驗(yàn)樁?？紤]到實(shí)驗(yàn)場(chǎng)地的差異及實(shí)驗(yàn)的離散性，試樁數(shù)目應(yīng)不小于基樁總數(shù)的2%，且不應(yīng)小于2根；試樁的施工方法以及試樁的材料和尺寸、入土深度均應(yīng)與設(shè)計(jì)相同。2.1.1實(shí)驗(yàn)裝置實(shí)驗(yàn)裝置重要由加載系統(tǒng)與觀測(cè)系統(tǒng)兩部分組成。加載方法有堆載法與錨樁法兩種。堆載法是在荷載平臺(tái)上堆放重物，一般為鋼錠或砂包，也有在荷載平臺(tái)上置放水箱，向水箱中沖水作為荷載。堆載法合用于極限承載力較小的樁。錨樁法是在試樁周邊布置4～6根錨樁，常運(yùn)用工程群樁。錨樁深度不宜小于試樁深度，且與試樁有一定距離，一般應(yīng)大于3且不小于1.5m（為試樁直徑或邊長(zhǎng)），以減小錨樁對(duì)試樁承載力的影響。觀測(cè)系統(tǒng)重要對(duì)樁頂位移和加載數(shù)值進(jìn)行觀測(cè)，位移通過安裝在基準(zhǔn)梁上的位移計(jì)或百分表量測(cè)，加載數(shù)值通過油壓表或壓力傳感器觀測(cè)。每根基準(zhǔn)梁固定在兩個(gè)無位移影響的支點(diǎn)或基準(zhǔn)點(diǎn)上，支點(diǎn)或基準(zhǔn)點(diǎn)與試樁中心距應(yīng)大于4且不小于2m（為試樁直徑或邊長(zhǎng)）。錨樁法的優(yōu)點(diǎn)是適應(yīng)范圍廣，當(dāng)試樁極限承載力較大時(shí)，加荷系統(tǒng)相對(duì)簡(jiǎn)樸。但錨樁一般須事先擬定，由于錨樁一般需要通長(zhǎng)配筋，且配筋總抗拉強(qiáng)度要大于其承擔(dān)的上拔力的1.4倍。2.1.2實(shí)驗(yàn)方法試樁加載應(yīng)分級(jí)進(jìn)行，每級(jí)荷載約為預(yù)估破壞荷載的1/10～1/15；有時(shí)也采用遞變加載方法，開始階段每級(jí)荷載取預(yù)估破壞荷載的1/2.5～1/5，終了階段取1/10～1/15。測(cè)讀沉降時(shí)間，在每級(jí)加載后的第一小時(shí)內(nèi)，在5、10、15、30、45、60時(shí)各測(cè)讀一次，以后每隔30測(cè)讀一次，直至沉降穩(wěn)定為止。沉降穩(wěn)定的標(biāo)準(zhǔn)，通常規(guī)定為對(duì)砂性土為30內(nèi)沉降不超過0.1mm，對(duì)粘性土為1內(nèi)不超過0.1mm。待沉降穩(wěn)定后，方可施加下一級(jí)荷載。循環(huán)加載觀測(cè)，直到樁達(dá)成破壞狀態(tài)，終止實(shí)驗(yàn)。當(dāng)出現(xiàn)下列情況之一時(shí)，可終止加載：a．某級(jí)荷載作用下，樁的沉降量為前一級(jí)荷載作用下沉降量的5倍；b．某級(jí)荷載作用下，樁的沉降量大于前一級(jí)荷載作用下沉降量的2倍，且經(jīng)24小時(shí)尚未達(dá)成穩(wěn)定；c．樁頂加載已達(dá)成設(shè)計(jì)規(guī)定的最大加載量；d．異常情況經(jīng)委托方或設(shè)計(jì)方批準(zhǔn)終止實(shí)驗(yàn)。終止加載后進(jìn)行卸載，每級(jí)基本卸載量按每級(jí)加載量的2倍控制，并按15、30、60測(cè)讀回彈量，然后進(jìn)行下一級(jí)的卸載。所有卸載后，隔3～4再測(cè)回彈量一次。2.1.3極限荷載和軸向允許承載力的擬定破壞荷載求得以后，可將其前一級(jí)荷載作為極限荷載，從而擬定單樁軸向允許承載力：=式中：——單樁軸向受壓允許承載力（kN）；——試樁的極限荷載（kN）；——安全系數(shù)，一般為2。事實(shí)上，在破壞荷載下，處在不同土層中的樁，其沉降量及沉降速率是不同的，人為地統(tǒng)一規(guī)定某沉降值或沉降速率作為破壞標(biāo)準(zhǔn)，難以對(duì)的評(píng)價(jià)基樁的極限承載力。因此，宜根據(jù)試樁曲線采用多種方法分析，以綜合評(píng)估基樁的極限承載力。(1)-曲線明顯轉(zhuǎn)折點(diǎn)法在-曲線上，以曲線出現(xiàn)明顯下彎轉(zhuǎn)折點(diǎn)所相應(yīng)的荷載作為極限荷載。由于當(dāng)荷載超過該荷載后，樁底下土體達(dá)成破壞階段發(fā)生大量塑性變形，引發(fā)樁發(fā)生較大或較長(zhǎng)時(shí)間仍不斷滯的沉降，所以在-曲線上呈現(xiàn)出明顯的下彎轉(zhuǎn)折點(diǎn)。然而，若-曲線轉(zhuǎn)折點(diǎn)不明顯，則極限荷載難以擬定，需借助其它方法輔助擬定，例如用對(duì)數(shù)坐標(biāo)繪制曲線，也許使轉(zhuǎn)折點(diǎn)顯得明顯些。(2)法（沉降速率法）該方法是根據(jù)沉降隨時(shí)間的變化特性來擬定極限荷載，大量試樁資料分析表白，樁在破壞荷載以前的每級(jí)下沉量（）與時(shí)間（）的對(duì)數(shù)成線性關(guān)系，可用公式表達(dá)為：=直線的斜率在某種限度上反映了樁的沉降速率。值不是常數(shù)，它隨著樁頂荷載的增長(zhǎng)而增大，越大則樁的沉降速率越大。當(dāng)樁頂荷載繼續(xù)增大時(shí)，如發(fā)現(xiàn)繪得的線不是直線而是折線時(shí)，則說明在該級(jí)荷載作用下樁沉降驟增，即地基土塑性變形驟增，樁破壞。因此可將相應(yīng)于線形由直線變?yōu)檎劬€的那一級(jí)荷載定位該樁的破壞荷載，其前一級(jí)荷載即為樁的極限荷載。2.1.4從成樁到開始實(shí)驗(yàn)的時(shí)間間歇對(duì)灌注樁應(yīng)滿足混凝土養(yǎng)護(hù)所需的時(shí)間，一般宜為成樁后28天。對(duì)預(yù)制樁，盡管施工時(shí)樁身強(qiáng)度已達(dá)成設(shè)計(jì)規(guī)定，但由于單樁承載力時(shí)間效應(yīng)，試樁時(shí)間也應(yīng)當(dāng)距沉樁時(shí)間有盡也許長(zhǎng)的休止期，否則實(shí)驗(yàn)得到的單樁承載力明顯偏小。一般規(guī)定，對(duì)于砂性土，不應(yīng)小于10天；對(duì)于粉土和粘性土，不應(yīng)小于15天；對(duì)于淤泥或淤泥質(zhì)土，不應(yīng)小于25天。2.1.5小結(jié)采用靜載實(shí)驗(yàn)法擬定單樁允許承載力直觀可靠，但費(fèi)時(shí)、費(fèi)力，通常只在大型重要工程或地基較復(fù)雜的樁基工程中進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。配合其它測(cè)試設(shè)備，也能直接了解樁的荷載傳遞特性，提供有關(guān)資料，因此靜載實(shí)驗(yàn)法是樁基礎(chǔ)研究分析最常用的方法。李建強(qiáng)、張季超[1]對(duì)樁基靜載實(shí)驗(yàn)中存在的一些技術(shù)問題進(jìn)行了闡述，并結(jié)合實(shí)際工程給出了自己的見解。陸肖春、郭洪濤[2]研究了自平衡試樁法，它是一種新的靜載實(shí)驗(yàn)方法，避免了傳統(tǒng)靜載荷實(shí)驗(yàn)的很多缺陷，應(yīng)用前景廣闊，特別適合超長(zhǎng)樁體檢測(cè)。2.2規(guī)范法擬定單樁豎向受壓承載力根據(jù)靜力試樁結(jié)果與樁側(cè)、樁端阻力和物理土性指標(biāo)間的經(jīng)驗(yàn)關(guān)系，從而預(yù)估單樁承載力的規(guī)范經(jīng)驗(yàn)法是一種沿用數(shù)年的傳統(tǒng)方法，《樁基規(guī)范》在《地基規(guī)范》的基礎(chǔ)上，積累了更為豐富的資料，使這種方法合用于各類型的樁，并用極限設(shè)計(jì)的形式表達(dá)。根據(jù)靜力平衡條件可得：=+式中：——單樁豎向極限承載力標(biāo)準(zhǔn)值，kN；——單樁總極限側(cè)阻力標(biāo)準(zhǔn)值，kN；——單樁總極限端阻力標(biāo)準(zhǔn)值，kN。為了便于計(jì)算，經(jīng)常假定同一土層中的單位側(cè)摩阻力是均勻分布的，于是可得到根據(jù)土的物理指標(biāo)與承載力參數(shù)之間的經(jīng)驗(yàn)關(guān)系，而擬定承載力標(biāo)準(zhǔn)值公式?！稑痘?guī)范》針對(duì)不同的常用樁型，推薦了不同的估算表達(dá)式。（1）一般預(yù)制樁及灌注樁：=+式中，、分別為樁側(cè)第層土的極限側(cè)阻力標(biāo)準(zhǔn)值和極限端阻力標(biāo)準(zhǔn)值（kPa），其余符號(hào)意義同前。（2）大直徑樁對(duì)于直徑大于0.8m的大直徑樁，其側(cè)阻與端阻要考慮尺寸效應(yīng)。側(cè)阻的尺寸效應(yīng)重要發(fā)生在砂、碎石類土中，這是由于大直徑樁一般為鉆、挖、沖空灌注樁，在無粘性土成空過程中將會(huì)出現(xiàn)孔壁土的松弛效應(yīng)，從而導(dǎo)致側(cè)阻力減少?？讖皆酱螅捣酱?。大直徑樁的極限端阻力也存在著隨樁徑增大而呈雙曲線關(guān)系下降的現(xiàn)象，這重要是由于大直徑樁，特別是擴(kuò)底樁，其靜載實(shí)驗(yàn)的—曲線一般呈緩變型，單樁承載力的取值常以沉降控制。根據(jù)計(jì)算沉降的彈性力學(xué)公式可知，當(dāng)變形相同時(shí)，樁端承載力與樁徑成反比，事實(shí)上由于樁端荷載不是作用于地基表面而是作用于地基內(nèi)部，因此與并不是簡(jiǎn)樸的反比關(guān)系。《樁基規(guī)范》推薦用下式計(jì)算大直徑單樁豎向極限承載力標(biāo)準(zhǔn)值，即：=+式中：——樁側(cè)第層土的極限側(cè)阻力標(biāo)準(zhǔn)值，kPa；——樁徑為0.8m時(shí)的極限端阻力標(biāo)準(zhǔn)值，kPa；、——大直徑樁側(cè)阻力、端阻力尺寸效應(yīng)系數(shù)，按表1取值；——樁底面積，。表1大直徑樁側(cè)阻力尺寸效應(yīng)系數(shù)、端阻力尺寸效應(yīng)系數(shù)土類型粘性土、粉土砂土、碎石類土土類型粘性土、粉土砂土、碎石類土1注D為樁端直徑（3）嵌巖樁隨著沿海開發(fā)區(qū)高層建筑的增多，嵌巖樁被大量應(yīng)用。過去對(duì)這些樁都是按純端承樁計(jì)算承載力的，近十?dāng)?shù)年的模型與原型實(shí)驗(yàn)研究都表白：一般情況下，嵌巖樁只要不是很短，上覆土層的側(cè)阻力能部分發(fā)揮作用。此外，嵌巖深度內(nèi)也有側(cè)阻力作用，因而傳遞到樁端的阻力隨嵌巖深度的增長(zhǎng)而遞減，當(dāng)嵌巖深度達(dá)成5倍樁徑時(shí)，傳遞到樁端的應(yīng)力已接近與零。這說明，樁端嵌巖深度一般不必過大，超過某一界線并無助于提高豎向承載力。因此嵌巖樁單樁極限承載力標(biāo)準(zhǔn)值由樁周土總側(cè)阻力、嵌巖段總側(cè)阻力和總端阻力三部分組成，并可按下式計(jì)算：=++===式中：——覆蓋層第層土的側(cè)阻力發(fā)揮系數(shù)，當(dāng)樁的長(zhǎng)徑比不大（/d＜30），樁端置于新鮮或微風(fēng)化硬質(zhì)巖中，且樁底無沉渣時(shí)，對(duì)于粘性土、粉土取=0.8，砂類土及碎石類土=0.7，其它情況=1.0；——第層土的極限側(cè)阻力標(biāo)準(zhǔn)值，kPa；——巖石飽和單軸抗壓強(qiáng)度，kPa；——樁身嵌巖（中檔風(fēng)化、微風(fēng)化、新鮮基巖）深度，m；超過5d時(shí)，取=5d，當(dāng)巖層表面傾斜時(shí)，以坡下方的嵌巖深度為準(zhǔn)；、——嵌巖段側(cè)阻力和端阻力修正系數(shù)，與嵌巖深度比/d有關(guān)，按表2取值。其余符號(hào)意義同前。表2嵌巖段側(cè)阻和端阻修正系數(shù)嵌巖深度比/d00.51234≥5側(cè)阻修正系數(shù)00.0250.0550.0700.0650.0620.050端阻修正系數(shù)0.500.500.400.300.200.100注當(dāng)嵌巖段為中檔風(fēng)化時(shí)，表中數(shù)值乘以0.9折減。規(guī)范經(jīng)驗(yàn)法計(jì)算簡(jiǎn)便，且花費(fèi)費(fèi)用較小，因此應(yīng)用廣泛。但由于施工水平差異、地區(qū)環(huán)境不同，它的可靠性較低，用作地區(qū)性規(guī)范較為合宜。一般合用于初步設(shè)計(jì)階段和非重要工程，或與其他方法綜合使用，比如徐新躍[3]用貝葉斯方法將試樁法和經(jīng)驗(yàn)法結(jié)合，大大提高了計(jì)算精度。徐新躍，陳顯新[4]基于灰色系統(tǒng)理論，提出了一種定量開發(fā)經(jīng)驗(yàn)知識(shí)的方法，并將其成功的用于樁基承載力的分析與評(píng)價(jià)。結(jié)果表白，在運(yùn)用經(jīng)驗(yàn)知識(shí)方面，該法與目前廣泛使用的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)方法有異曲同工之妙。此外，該方法還具有簡(jiǎn)樸、方便和實(shí)用等優(yōu)點(diǎn)。2.3單樁豎向抗拔承載力的擬定樁基礎(chǔ)承受上拔力的結(jié)構(gòu)類型較多，重要有高壓輸電線路塔架、高聳建筑物、受地下水浮力的地下結(jié)構(gòu)物、水平荷載作用下出現(xiàn)上拔力的結(jié)構(gòu)物以及膨脹土地基上建筑物等。與單樁豎向抗壓荷載傳遞相比，對(duì)樁豎向上拔荷載傳遞機(jī)理的結(jié)識(shí)還很不充足，其設(shè)計(jì)計(jì)算方法也很不成熟，因而需加深對(duì)影響單樁抗拔承載力因素的研究。2.3.1影響單樁抗拔承載力的因素影響單樁抗拔承載力的因素較多，重要涉及以下幾方面：（1）樁的幾何特性，如樁長(zhǎng)、樁斷面形狀及尺寸、樁端擴(kuò)底情況等；（2）樁的施工方法，不同的施工方法對(duì)地基的影響不同，導(dǎo)致樁側(cè)土體性質(zhì)的改變不同；（3）樁的材料特性，如材料類型、樁身強(qiáng)度等；（4）樁側(cè)土特性，如土的類型、軟硬或密實(shí)限度以及土層層位關(guān)系等；（5）樁上荷載特性，如樁的加載歷史以及樁上拔荷載大小及其他荷載組合情況等。2.3.2擬定單樁抗拔承載力的重要方法一般來講，樁在承受上拔荷載后，其抗力可來自三個(gè)方面，樁側(cè)向的摩擦力、樁重以及有擴(kuò)大端頭的樁端阻力。其中對(duì)直樁來講，樁側(cè)摩阻力是最重要的。由于除樁重以外，對(duì)其他兩部分阻力的發(fā)揮機(jī)理和估算方法研究得還不夠，故以抗拔靜載實(shí)驗(yàn)擬定單樁抗拔承載力是最重要而可靠的方法，因而重要工程均應(yīng)進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)抗拔實(shí)驗(yàn)。對(duì)次要工程或無條件進(jìn)行抗拔實(shí)驗(yàn)時(shí)，實(shí)用上可按經(jīng)驗(yàn)格式估算單樁抗拔承載力。（1）單樁抗拔靜載實(shí)驗(yàn)單樁抗拔靜載實(shí)驗(yàn)的設(shè)備與抗壓實(shí)驗(yàn)相似，加載分級(jí)、讀數(shù)時(shí)間及穩(wěn)定標(biāo)準(zhǔn)一般可參照抗壓實(shí)驗(yàn)慢速法進(jìn)行，但實(shí)驗(yàn)應(yīng)進(jìn)行到樁的上拔量不小于25mm。單樁抗拔極限承載力取上拔荷載T與上拔量s關(guān)系曲線上明顯轉(zhuǎn)折點(diǎn)相應(yīng)的荷載。取安全系數(shù)2，可擬定出單樁抗拔承載力特性值。（2）經(jīng)驗(yàn)公式法由于單樁抗拔荷傳遞機(jī)理的研究還不充足，一般經(jīng)驗(yàn)公式多按承壓樁摩阻力值打折扣并適當(dāng)考慮樁體自重的有利作用來估算單樁抗拔極限承載力值，即：=+式中：——單樁抗拔極限承載力值，kN；——單樁樁斷面周長(zhǎng)，m；——單樁穿越第層土內(nèi)的長(zhǎng)度，m；——第層土樁側(cè)抗壓極限摩阻力，kPa；G——樁體自重，水下取有效重力，kN；——抗拔系數(shù)，可參考表3；——抗折系數(shù)，一般可取0.8～1.0。單樁抗拔承載力的特性值可為：=/式中：——單樁抗拔承載力特性值，kN；——抗拔安全系數(shù)，一般可取2.0～3.0。上式只合用于無擴(kuò)底的獨(dú)立單樁，對(duì)有擴(kuò)底的樁，其估算方法較復(fù)雜，參見文獻(xiàn)[5]。表3我國(guó)有關(guān)行業(yè)部門經(jīng)驗(yàn)值行業(yè)、部門抗拔系數(shù)鐵路、公路0.6港口、電業(yè)0.6～0.8工業(yè)與民用建筑0.5～0.92.4單樁豎向負(fù)摩阻力的擬定2.4.1負(fù)摩阻力產(chǎn)生的因素在一般情況下，樁受軸向荷載作用后，樁相對(duì)于樁側(cè)土體作向下位移，使土對(duì)樁產(chǎn)生向上作用的摩阻力，稱為正摩阻力。但是，當(dāng)樁周土體因某種因素發(fā)生下沉，其沉降速率大于樁的下沉?xí)r，則樁側(cè)土體就相對(duì)于樁作向下位移，而使土對(duì)樁產(chǎn)生向下作用的摩阻力，即稱為負(fù)摩阻力。樁的負(fù)摩阻力的發(fā)生將使樁側(cè)土的部分重力傳遞給樁，因此，負(fù)摩阻力不僅不能成為樁承載力的一部分，反而變成施加在樁上的外荷載，對(duì)入土深度相同的樁來說，若有負(fù)摩阻力發(fā)生，則樁的外荷載增大，樁的承載力相對(duì)減少，樁基沉降加大，這在樁基設(shè)計(jì)中應(yīng)予以注意。樁的負(fù)摩阻力能否產(chǎn)生，重要看樁與樁周土的相對(duì)位移發(fā)展情況。樁的負(fù)摩阻力產(chǎn)生的因素有：（1）在樁基礎(chǔ)地面附近有大面積堆載，引起地面沉降，對(duì)樁產(chǎn)生負(fù)摩阻力，對(duì)于橋臺(tái)路堤高填土的橋臺(tái)樁基礎(chǔ)、地坪大面積堆放重物的車間、倉(cāng)庫(kù)建筑樁基礎(chǔ)，均要特別注意負(fù)摩阻力問題；（2）土層中抽取地下水或其他因素使地下水位下降，使土層產(chǎn)生自重固結(jié)下沉；（3）樁穿過欠固結(jié)土層（如填土）進(jìn)入硬持力層，土層產(chǎn)生自重固結(jié)下沉；（4）樁數(shù)很多的密集群樁打樁時(shí)，使樁周土中產(chǎn)生很大的超空隙水壓力，打樁停止后樁周土的再固結(jié)作用引起下沉；（5）在黃土、凍土中的樁，因黃土濕陷、凍土融化產(chǎn)生地面沉降。從上述可見，當(dāng)樁穿過軟弱高壓縮性土層而支撐在堅(jiān)硬的持力層上時(shí)，最易發(fā)生樁的負(fù)摩阻力問題。要擬定樁身負(fù)摩阻力的大小，就要先擬定土層產(chǎn)生負(fù)摩阻力的范圍和負(fù)摩阻力強(qiáng)度的大小。2.4.2中性點(diǎn)及其位置的擬定樁身負(fù)摩阻力并不一定發(fā)生于整個(gè)軟弱壓縮性土層中，產(chǎn)生負(fù)摩阻力的范圍就是樁側(cè)土層對(duì)樁產(chǎn)生相對(duì)下沉的范圍。它與樁側(cè)土層的壓縮、樁身彈性壓縮變形和樁底下沉直接有關(guān)。樁側(cè)土層的壓縮決定于地表作用的荷載（或土的自重）和土的壓縮性質(zhì)，并隨深度逐漸減小；而樁在荷載作用下，樁底的下沉在樁身各截面都是定值；樁身壓縮變形隨深度逐漸減小。因此，樁側(cè)下沉量有也許在某一深度處與樁身的位移量相等。在此深度以上樁側(cè)土下沉大于樁的位移，樁身受到向下作用的負(fù)摩阻力；在此深度以下，樁的位移大于樁側(cè)土的下沉，樁身受到向上作用的正摩阻力。正、負(fù)摩阻力變換處的位置，即稱中性點(diǎn)。中性點(diǎn)的位置取決于樁與樁側(cè)土的相對(duì)位移，與作用荷載和樁周土的性質(zhì)有關(guān)。當(dāng)樁側(cè)土層壓縮變形大，樁底下土層堅(jiān)硬，樁的下沉量小時(shí)，中性點(diǎn)位置就會(huì)下移。此外，由于樁側(cè)土層及樁底下土層的性質(zhì)和作用的荷載不同，其變形深度會(huì)不同樣，中性點(diǎn)位置隨著時(shí)間也會(huì)有變化。要精確地計(jì)算出中性點(diǎn)的位置是比較麻煩和困難的，目前可按表4的經(jīng)驗(yàn)值擬定。表4中性點(diǎn)深度持力層性質(zhì)粘性土、粉土中密以上砂礫石、卵石基巖中性點(diǎn)深度比/0.5～0.60.7～0.80.91.0注：1.、分別為中性點(diǎn)深度和樁周沉降變形土層下限深度。2.樁超越自重濕陷性黃土層時(shí)，按表列值增大10%（持力層為基巖除外）。2.4.3負(fù)摩阻力的計(jì)算一般認(rèn)為，樁土間的粘著力和樁的負(fù)摩阻力強(qiáng)度取決于土的抗剪強(qiáng)度；樁的負(fù)摩阻力雖有時(shí)效，但從安全考慮，可取用其最大值以土的強(qiáng)度來計(jì)算。單樁負(fù)摩阻力標(biāo)準(zhǔn)值的計(jì)算公式為：==式中：——第層樁側(cè)土豎向有效應(yīng)力（kPa）；——土的側(cè)壓力系數(shù)；——計(jì)算處樁土界面的內(nèi)摩擦角；——樁周土負(fù)摩阻力系數(shù)，可按表5取值。求得負(fù)摩阻力強(qiáng)度后，將其乘以產(chǎn)生負(fù)摩阻力深度范圍內(nèi)樁身表面積，則可得到作用于樁身總的負(fù)摩阻力。表5負(fù)摩阻力系數(shù)土類土類飽和軟土粘性土、粉土0.15～0.250.25～0.40砂土自重濕陷性黃土0.35～0.500.20～0.35注：1.在同一類土中，對(duì)于打入樁或沉管灌注樁，取表中較大值，對(duì)于灌注樁，取表中較小值。2.填土按其組成取表中同類土的較大值。3.當(dāng)計(jì)算值大于正摩阻力時(shí)，取正摩阻力值。2.5其他方法簡(jiǎn)介2.5.1動(dòng)力測(cè)試法動(dòng)力測(cè)試法是根據(jù)樁體被激振以后的動(dòng)力響應(yīng)特性來估計(jì)單樁承載力的一種間接方法，涉及打樁公式和動(dòng)測(cè)法。打樁公式只能近似地估算單樁承載力。動(dòng)測(cè)法具有快速、直接、簡(jiǎn)便、價(jià)廉等突出優(yōu)點(diǎn)，故獲得廣泛應(yīng)用，方法亦多種多樣。趙柏冬[6]研究了一種新的動(dòng)測(cè)法，即采用炮筒內(nèi)放入火藥為動(dòng)力，使之作用在樁頂上產(chǎn)生推力，推樁向下測(cè)定樁的承載力。它因簡(jiǎn)便易行、節(jié)省工時(shí)物料、實(shí)驗(yàn)費(fèi)用低廉等特點(diǎn)而受到基礎(chǔ)工程界的重視與歡迎。任齊、薛晶[7]推導(dǎo)了樁基入射應(yīng)力波和反射應(yīng)力的函數(shù)關(guān)系，并且以此為依據(jù)，提出了運(yùn)用樁尖反射信號(hào)判斷樁基承載力的方法，實(shí)用價(jià)值很高。2.5.2原位測(cè)試法原位測(cè)試法通過對(duì)樁位土的物理力學(xué)性能的實(shí)驗(yàn)，求得樁位上的阻力，通過公式推算樁的極限承載力。它相對(duì)靜載荷實(shí)驗(yàn)法比較經(jīng)濟(jì)，目前在國(guó)內(nèi)外已經(jīng)獲得廣泛應(yīng)用。最常用的有靜力觸探實(shí)驗(yàn)、動(dòng)力觸探實(shí)驗(yàn)和旁壓實(shí)驗(yàn)三種。靜力觸探實(shí)驗(yàn)高效、簡(jiǎn)便、易行。我國(guó)從20世紀(jì)70年代正式將其列入《建筑樁基技術(shù)規(guī)范》。動(dòng)力觸探重要分為標(biāo)準(zhǔn)貫入與圓錐動(dòng)力兩大類，標(biāo)準(zhǔn)貫入實(shí)驗(yàn)在國(guó)內(nèi)外應(yīng)用均很廣泛，圓錐動(dòng)力觸探可以連續(xù)貫入，操作簡(jiǎn)便迅速。徐國(guó)希[8]對(duì)標(biāo)準(zhǔn)貫入實(shí)驗(yàn)提出了一些改善方法，比如PDllGRI樁基動(dòng)力公司提出的一種改善的標(biāo)準(zhǔn)貫入實(shí)驗(yàn)，與靜力觸探的方法結(jié)合起來，用靜力下壓和上拔及扭轉(zhuǎn)實(shí)驗(yàn)來測(cè)量土阻力以改善測(cè)量精度，達(dá)成一定的改善目的。旁壓實(shí)驗(yàn)始創(chuàng)于法國(guó)，應(yīng)用廣泛。在國(guó)內(nèi)，由于國(guó)產(chǎn)旁壓儀的工作壓力還不太高，測(cè)定深部土層的強(qiáng)度和變形參數(shù)尚有些困難。2.5.3靜力計(jì)算法靜力計(jì)算法是依據(jù)土木參數(shù)采用常規(guī)的土力學(xué)原理以靜力分析方法估算單樁的極限承載力的常用方法，計(jì)算值比較保守，合用于初步設(shè)計(jì)和等級(jí)較低的建筑物樁基礎(chǔ)承載力的估算。2.5.4有限元法有限元法是一種具有強(qiáng)大的計(jì)算功能的數(shù)值分析法，它可以模擬樁土的整個(gè)破壞過程，具有精確度高等優(yōu)點(diǎn)，因而可以相應(yīng)地減少試樁數(shù)量，從而節(jié)約資金，但是由于樁土體系的復(fù)雜性，其龐大的解題規(guī)模是計(jì)算機(jī)運(yùn)算能力和軟件功能的一種挑戰(zhàn)。錢德玲[9]運(yùn)用有限元軟件GTS，以合肥地區(qū)灌注樁的靜載荷實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ)進(jìn)行了數(shù)值模擬，為擬定單樁的極限承載力開辟了新的思緒，同時(shí)對(duì)深刻理解樁土作用的機(jī)理也有重要意義。2.5.5神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)預(yù)測(cè)法20世紀(jì)80年代以來，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)在工程實(shí)踐中的應(yīng)用得到了長(zhǎng)足發(fā)展，它的大規(guī)模并行解決和分布式的信息存儲(chǔ)，良好的適應(yīng)性和自組織性，強(qiáng)大的學(xué)習(xí)功能和聯(lián)想及容錯(cuò)功能，為樁土間作用機(jī)理這一復(fù)雜問題的解決奠定了良好的研究基礎(chǔ)。馮紫良[9]采用BP前饋建立ANN模型，它可以包含樁的所有信息并形成一個(gè)廣義函數(shù)，從而在給定輸入（各影響參數(shù)值）的情況下可以得到比較準(zhǔn)確的輸出（承載力）。2.6保滄高速公路子牙新河特大橋樁基靜載荷實(shí)驗(yàn)2.6.1工程概況保滄高速公路子牙新河特大橋位于保定至滄州公路滄州段5標(biāo)段，中心樁號(hào)K106+172.5，橋梁全長(zhǎng)2671.5m，上部結(jié)構(gòu)為73×30m+25m+15×30m預(yù)應(yīng)力混凝土T梁，下部結(jié)構(gòu)為雙柱式橋墩，肋板式橋臺(tái)，鉆孔灌注樁基。共設(shè)計(jì)鉆孔灌注樁368根，樁長(zhǎng)40m（橋臺(tái)樁）、60m（橋墩樁），樁徑1.5m，樁身混凝土強(qiáng)度C25。根據(jù)技術(shù)規(guī)定按橋臺(tái)類型做一根單樁豎向抗壓靜載實(shí)驗(yàn)，驗(yàn)證單樁豎向抗壓承載力是否滿足設(shè)計(jì)規(guī)定。本次實(shí)驗(yàn)試樁樁長(zhǎng)40m、樁徑1.5m，樁身混凝土強(qiáng)度C25，設(shè)計(jì)承載力特性值為3900KN，試樁位置位于0#橋臺(tái)。0#橋臺(tái)工程樁做錨樁，錨樁樁長(zhǎng)55m，樁徑1.5m，樁身混凝土強(qiáng)度C25。地貌單元為沖積平原，地形基本平坦，地下水位埋藏深度在5.0～5.6m。地層重要為Q4沖積形成的粉砂、亞粘土、粘土、亞砂土等。該場(chǎng)區(qū)分布有軟弱土，為不良地質(zhì)體，設(shè)計(jì)施工時(shí)需對(duì)該層土進(jìn)行地基解決，無其它不良現(xiàn)象。2.6.2實(shí)驗(yàn)設(shè)備實(shí)驗(yàn)設(shè)備重要涉及：1、反力裝置JZ1500型錨樁鋼梁反力架裝置1套（主梁9米、副梁8米）。2、加荷及觀測(cè)系統(tǒng)加荷裝置：液壓油缸（QW320）四臺(tái)，并聯(lián)使用；超高壓油泵1套。荷載及沉降觀測(cè)系統(tǒng)：RS—JYB全自動(dòng)靜力載荷實(shí)驗(yàn)儀1套。2.6.3實(shí)驗(yàn)方法采用慢速維持荷載法，逐級(jí)施加荷載，每級(jí)荷載達(dá)成相對(duì)穩(wěn)定后加下一級(jí)荷載，最大加載至設(shè)計(jì)單樁承載力特性值的2倍（即7800KN），然后分級(jí)卸載到零。具體作法參照《建筑基樁檢測(cè)技術(shù)規(guī)范JGJ106—2023》及《建筑樁基技術(shù)規(guī)范JGJ94—94》有關(guān)規(guī)定制定。1、加載與沉降觀測(cè)①、加荷分級(jí)：按最終加載量的1／10分級(jí)加荷載，第一級(jí)按2倍分級(jí)荷載加荷，加荷采用超高壓油泵驅(qū)動(dòng)油壓千斤頂，壓力值由RS—JYB測(cè)試儀自動(dòng)測(cè)試。②、沉降觀測(cè)：每級(jí)加荷后間隔5、10、15分鐘各測(cè)讀一次，以后每隔15分鐘測(cè)讀一次，累計(jì)一小時(shí)后，每隔30分鐘觀測(cè)一次，沉降量觀測(cè)采用對(duì)稱安裝在實(shí)驗(yàn)樁周邊的四塊50mm行程電子位移計(jì)測(cè)定，每次觀測(cè)值由RS—JYB測(cè)試儀自動(dòng)存入計(jì)算機(jī)。③、沉降相對(duì)穩(wěn)定標(biāo)準(zhǔn)：每小時(shí)的沉降量不超過0.1mm且連續(xù)出現(xiàn)兩次（由1.5小時(shí)內(nèi)連續(xù)三次觀測(cè)值計(jì)算），則認(rèn)為已經(jīng)達(dá)成相對(duì)穩(wěn)定，此時(shí)可對(duì)試樁樁身應(yīng)力進(jìn)行觀測(cè)記錄，完畢后可以施加下一級(jí)荷載。④、終止加載條件當(dāng)出現(xiàn)下列情況之一時(shí)，即可終止加載：a．某級(jí)荷載作用下，樁的沉降量為前一級(jí)荷載作用下沉降量的5倍；b．某級(jí)荷載作用下，樁的沉降量大于前一級(jí)荷載作用下沉降量的2倍，且經(jīng)24小時(shí)尚未達(dá)成穩(wěn)定；c．最大載荷已達(dá)成最大加載量，對(duì)該工程為設(shè)計(jì)荷載值的2倍（7800KN）；d．異常情況經(jīng)委托方或設(shè)計(jì)方批準(zhǔn)終止實(shí)驗(yàn)。2、卸載與觀測(cè)卸載的每級(jí)荷載為加載分級(jí)的2倍，每級(jí)卸載后隔15分鐘觀測(cè)一次殘余沉降，讀兩次后，隔半小時(shí)再讀一次，即可卸下一級(jí)荷載，所有卸載后隔3—4小時(shí)再測(cè)讀一次。2.6.4實(shí)驗(yàn)資料整理與分析1、實(shí)驗(yàn)資料整理通過對(duì)實(shí)驗(yàn)樁的測(cè)試數(shù)據(jù)進(jìn)行整理、計(jì)算，繪制成單樁豎向靜載荷實(shí)驗(yàn)匯總表（表6）和單樁豎向靜載荷實(shí)驗(yàn)測(cè)試曲線（圖1、圖2、圖3）。2、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分析本次加載終止條件滿足上述c款，加載至最大加載量7800kN（設(shè)計(jì)承載力特性值的2倍）時(shí)，相應(yīng)的最終沉降量為33.14mm（小于規(guī)范限定的40mm），未出現(xiàn)極限狀態(tài)。因此，可取最大加載量7800kN作為該樁的極限承載力，該實(shí)驗(yàn)樁單樁豎向抗壓承載力特性值Ra可取極限承載力的一半，為3900kN，且從曲線形態(tài)分析，Q—S曲線出現(xiàn)第一拐點(diǎn)相應(yīng)的加載量為3900kN，綜合以上分析，該實(shí)驗(yàn)樁單樁豎向抗壓承載力特性值Ra可取3900kN。2.6.5小結(jié)經(jīng)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，該樁的單樁豎向抗壓承載力特性值滿足3900kN的規(guī)定。實(shí)驗(yàn)檢測(cè)時(shí)間為3天（2023.12.13—2023.12.15），費(fèi)用為八萬余元，抽檢數(shù)量為1根，抽檢率為0.27%，很明顯，靜載荷實(shí)驗(yàn)法具有檢測(cè)費(fèi)用大、時(shí)間長(zhǎng)、抽檢數(shù)量有限、缺少代表性等缺陷。2.7結(jié)論本文重點(diǎn)介紹了擬定灌注樁單樁受壓承載力、抗拔承載力、負(fù)摩阻力的靜載實(shí)驗(yàn)法和規(guī)范經(jīng)驗(yàn)法，并以保滄高速公路子牙新河特大橋樁基靜載荷實(shí)驗(yàn)為例進(jìn)行了說明，還簡(jiǎn)要介紹了其它幾種常用方法。每一種方法都存在這樣或那樣的局限性，都有一定的合用范圍和注意事項(xiàng)，假如忽略計(jì)算的局限性，勢(shì)必導(dǎo)致安全隱患或經(jīng)濟(jì)損失。在進(jìn)行實(shí)際設(shè)計(jì)和施工時(shí)，應(yīng)根據(jù)建筑物的類型、級(jí)別、場(chǎng)地環(huán)境選擇合適的一種或幾種方法來使用，并不斷的積累、摸索，不斷的改善創(chuàng)新，如王華等[11]結(jié)合天津的實(shí)際狀況，通過經(jīng)驗(yàn)參數(shù)法估算鉆孔灌注樁單樁豎向承載力與靜載荷試樁結(jié)果對(duì)比分析，提出了對(duì)特殊土層及按深度對(duì)樁基參數(shù)修正的方法，只有這樣才干促進(jìn)樁基理論的長(zhǎng)遠(yuǎn)發(fā)展。通過本文，希望為相關(guān)設(shè)計(jì)人員提供一些故意的建議。表6單樁豎向靜載實(shí)驗(yàn)匯總表工程名稱：保滄高速公路子牙新河特大橋試樁試樁樁號(hào)：1測(cè)試日期：2023—12—13樁長(zhǎng)：40m樁徑：1.5m序號(hào)荷載（kN）歷時(shí)（min）沉降（min）本級(jí)累計(jì)本級(jí)累計(jì)00000.000.00115601201200.050.05223401202400.190.24331201203600.260.50439001204800.470.97546802106903.704.67654602109005.7610.437624021011106.9217.358702021013206.9924.349780024015608.8033.14106240601620-0.4832.66114680601680-0.7131.95123120601740-1.5330.42131560601800-1.9828.441402402040-3.3925.05最大沉降量：33.14mm最大回彈量：8.09mm回彈率：24.41%圖1單樁豎向靜載荷-曲線圖2單樁豎向靜載荷s-曲線圖3單樁豎向靜載荷s-曲線3樁板結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)3.1設(shè)計(jì)內(nèi)容設(shè)計(jì)內(nèi)容重要涉及結(jié)構(gòu)尺寸設(shè)計(jì)、結(jié)構(gòu)計(jì)算、配筋設(shè)計(jì)以及施工圖設(shè)計(jì)四部分。具體設(shè)計(jì)內(nèi)容如下:3.2設(shè)計(jì)原則鄭西客運(yùn)專線樁板結(jié)構(gòu)為樁、托梁、承臺(tái)板組合鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)需要依據(jù)使用規(guī)定并結(jié)合現(xiàn)有的施工條件以及經(jīng)濟(jì)因素合理的選擇設(shè)計(jì)參數(shù)。本文進(jìn)行樁板結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)遵循了下述幾方面的原則:a.安全，設(shè)計(jì)的樁板結(jié)構(gòu)在強(qiáng)度、穩(wěn)定、耐久性方面應(yīng)有足夠的安全儲(chǔ)備;b.合用，樁板結(jié)構(gòu)在通過設(shè)計(jì)荷載時(shí)不能出現(xiàn)大的變形和過寬的裂縫寬度;c.經(jīng)濟(jì)，遵循方便施工的原則，設(shè)計(jì)中考慮耗材少、維修的方便和維修費(fèi)用少，維修時(shí)盡也許不中斷交通，或中斷交通時(shí)間最短。3.3設(shè)計(jì)荷載樁板結(jié)構(gòu)計(jì)算工作中重要涉及三個(gè)部分:擬定結(jié)構(gòu)計(jì)算模型、選定荷載和結(jié)構(gòu)分析計(jì)算。其中荷載的種類、形式和大小選擇是否恰當(dāng)，關(guān)系到樁板結(jié)構(gòu)的安全使用。樁板結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)荷載在時(shí)間上可分為永久荷載(恒載)和可變荷載(列車活載、溫度荷載等)，在空間上可分為豎向荷載(結(jié)構(gòu)自重、列車活載)和水平荷載(離心力、搖擺力，扣件阻力等)。3.3.1豎向荷載豎向荷載重要涉及恒載與可變荷載。恒載是指作用位置和大小、方向不變的荷載。作用在承臺(tái)板上的恒載重要是承臺(tái)板自身的重力及附屬軌道結(jié)構(gòu)外加重力;作用在托梁上的荷載重要是托梁自重以及承臺(tái)板上乘結(jié)構(gòu)傳遞下來的靜載;作用在樁上的荷載重要上部托梁結(jié)構(gòu)的恒載作用力、樁自身自重、土壓力以及正負(fù)摩阻力?？勺兒奢d重要是列車活載，鄭西客運(yùn)專線設(shè)計(jì)活載采用ZK一活載，活載形式見下圖?？紤]列車活載作用進(jìn)行計(jì)算時(shí)需乘以動(dòng)力系數(shù)，動(dòng)力系數(shù)仁9]按下式計(jì)算：動(dòng)力系數(shù):計(jì)算剪力時(shí):計(jì)算彎矩時(shí):3.3.2水平荷載水平荷載可按橫向、縱向分開考慮。橫向重要涉及列車搖擺力、離心力、混凝土收縮徐變影響;縱向重要涉及長(zhǎng)鋼軌縱向水平撓曲力、牽引力或制動(dòng)力以及收縮徐變影響力等溫度荷載也是水平荷載。3.3.2.1橫向1)離心力樁板結(jié)構(gòu)在曲線上時(shí)，應(yīng)考慮列車豎向靜活載產(chǎn)生的離心力。離心力按下列公式計(jì)算:f為離心力折減系數(shù)，按下式計(jì)算:L—承臺(tái)板跨度/m;V—設(shè)計(jì)列車車速/m/h;R—曲線半徑/m。設(shè)計(jì)路段樁板結(jié)構(gòu)位于直線上，不考慮該項(xiàng)荷載。2)橫向搖擺力橫向搖擺力取100KN，作為一個(gè)集中荷載取最不利位置，以水平方向垂直線路中線作用于鋼軌頂面。多線承臺(tái)板只計(jì)算任一線上的橫向搖擺力。計(jì)算最不利擺放位置見圖。此時(shí)4#樁有最大橫向水平力為:(100*1/2)/2=25KN3)收縮徐變的影響混凝土收縮的影響，可按減少溫度的方法來計(jì)算。對(duì)于整體灌注的混凝土結(jié)構(gòu)，相稱于減少溫度15℃，所以考慮收縮徐變的影響時(shí)，只需在計(jì)算溫度荷載時(shí)，對(duì)結(jié)構(gòu)施加一15℃的溫度荷載。3.3.2.2縱向縱向力(F)涉及長(zhǎng)鋼軌縱向水平撓曲力、牽引力或制動(dòng)力以及收縮徐變影響等，所有傳遞至軌道結(jié)構(gòu)的縱向力均靠扣件縱向阻力來提供平衡，為方便計(jì)，縱向受力進(jìn)行如下簡(jiǎn)化計(jì)算，每組扣件設(shè)計(jì)阻力為6.5KN，則:3.3.3溫度荷載溫度應(yīng)力重要來自于承臺(tái)板頂面與底面的溫差。在樁板結(jié)構(gòu)中，由于混凝土承臺(tái)板結(jié)構(gòu)底面與地基接觸，而地基的溫度又相稱穩(wěn)定，受外界環(huán)境溫度變化的影響很小，因此，相對(duì)于承臺(tái)板頂面的溫度變化來說，底面的溫度變化比較緩促。而承臺(tái)板頂面(軌道板兩側(cè))受日輻射和氣溫變化等因素影響下溫度變化較為迅速，內(nèi)部溫度隨之也發(fā)生變化。由于混凝土材料的導(dǎo)熱性能較差，因此形成外表面溫度高、內(nèi)部溫度低的溫度分布狀態(tài)。在最不利氣象條件下;即無云天，有年最大的日輻射強(qiáng)度，風(fēng)速接近于零，而前一天又處在較低氣溫的陰天等情況下，這將在承臺(tái)板中產(chǎn)生最不利的溫差分布狀態(tài)，也就是在結(jié)構(gòu)中發(fā)生最大溫差荷載。最大溫差約在地方時(shí)間14時(shí)左右出現(xiàn)。大約在上午7時(shí)左右舊出前)混凝土板中溫差幾乎接近零，整個(gè)承臺(tái)板中的溫度分布基本一致，此時(shí)可作為溫差壓力分析計(jì)算中的基準(zhǔn)零點(diǎn)。約在地方時(shí)間21時(shí)左右混凝土承臺(tái)板中的溫度分布又會(huì)達(dá)成基本一致狀態(tài)。在這三個(gè)時(shí)刻之間，板中的溫度分布將出現(xiàn)各種不同狀態(tài)，但從設(shè)計(jì)控制溫差荷載考慮，只需要取兩種最不利狀態(tài)，即下午14時(shí)左右出現(xiàn)的頂面與底面之間的正溫差荷載;零點(diǎn)左右的頂面與底面之間的負(fù)溫差荷載，兩種溫差荷載的分布見下圖：因缺少合適的工點(diǎn)實(shí)測(cè)資料，參照混凝土橋[’3j頂板溫差荷載的分布情況，擬定承臺(tái)板的溫差荷載為如下形式：Ty一距頂面為y處的溫差;T0—板頂面與底面之間的溫度差;a指數(shù)值;y—以板頂面為原點(diǎn)，向下為正，單位m。3.3.3.1伸縮溫度應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)中，由于均勻升溫或降溫產(chǎn)生的伸縮應(yīng)力，事實(shí)上亦是一種溫差應(yīng)力。伸縮應(yīng)力計(jì)算公式如下:式中:—混凝土伸縮應(yīng)力a—膨脹系數(shù)，取為0.00001—板頂面與底面溫差E—混凝土變形模量3.3.3.2梯度溫度應(yīng)力溫差應(yīng)力是由于混凝土板頂面與底面間溫差荷載而產(chǎn)生的，不管結(jié)構(gòu)的頂面、底面間溫差如何分布，都存在這種溫差應(yīng)力。溫差應(yīng)力按下式計(jì)算:其中:—混凝土伸縮應(yīng)力a—膨脹系數(shù)，取為0.00001E—混凝土變形模量—板厚，單位my一計(jì)算點(diǎn)距板頂面的距離，單位ma一指數(shù)值，14時(shí)取為10，負(fù)溫差時(shí)取為14—板頂面與底面溫差，14時(shí)取為20，負(fù)溫差時(shí)取為一10、—系數(shù)3.3.4荷載組合效應(yīng)上面幾節(jié)分析的各種荷載及外力，并非同時(shí)作用于樁板結(jié)構(gòu)上，它們發(fā)生的概率也各不相同，因此，樁板結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)根據(jù)結(jié)構(gòu)的特性，考慮它們同時(shí)作用的多種也許性進(jìn)行適當(dāng)?shù)慕M合。在樁板結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，當(dāng)采用極限狀態(tài)法設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)根據(jù)不同的極限狀態(tài)和荷載組合，給出不同的荷載安全系數(shù);當(dāng)用允許應(yīng)力法時(shí)，則應(yīng)按不同的荷載組合給出不同的材料的允許應(yīng)力值。3.4設(shè)計(jì)內(nèi)力3.4.1計(jì)算模型鄭西客運(yùn)專線樁板結(jié)構(gòu)(見圖2.1一1)為超靜定結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)形式比較復(fù)雜，對(duì)其進(jìn)行受力分析時(shí)，不僅要考慮樁土之間的互相作用[l5]，并且要考慮溫度應(yīng)力以及樁基不均勻沉降[l6l等的影響，分析過程較為復(fù)雜，且存在諸多難點(diǎn)，樁板完全按照結(jié)構(gòu)的實(shí)際情況進(jìn)行力學(xué)分析是不也許的，也是不必要的。因此，對(duì)樁板結(jié)構(gòu)進(jìn)行力學(xué)計(jì)算以前，可以加以簡(jiǎn)化，賂去不重要的細(xì)節(jié)，顯示其基本特點(diǎn)，用一個(gè)簡(jiǎn)化的圖形來代替實(shí)構(gòu)，這種通過了簡(jiǎn)化的圖形稱為結(jié)構(gòu)的計(jì)算模型。本文按等剛度的原則，把空間的樁板結(jié)構(gòu)分別按縱向、橫向轉(zhuǎn)化為平面結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析，同時(shí)結(jié)構(gòu)自重恒載與列車活載簡(jiǎn)化為均布荷載作用在平面桿件上:1)縱向，對(duì)承臺(tái)板受力、變形以及樁的縱向受力、變形進(jìn)行分析;2)橫向，對(duì)托梁受力、變形以及樁橫向受力變形進(jìn)行分析。按上述轉(zhuǎn)化進(jìn)行分析重要基于以下幾點(diǎn):1)承臺(tái)板為多跨連續(xù)單向板，只在縱向承受彎矩，無須進(jìn)行橫向受力計(jì)算分析;2)托梁縱向剛度大，重要起傳遞力的作用，無須進(jìn)行縱向受力計(jì)算分析;3)計(jì)算時(shí)，取荷載最大位置斷面進(jìn)行分析，計(jì)算結(jié)果偏于安全;4)有助于減少不均勻沉降、溫度應(yīng)力的分析難度。縱斷面計(jì)算模型圖式及荷載分布簡(jiǎn)見圖2.5一1，圖中:x為列車駛?cè)刖嚯x，和為列車活載，為作用在承臺(tái)板上的恒載;橫斷面計(jì)算模型圖式及荷載分布簡(jiǎn)見圖2.5一2，q為作用在托梁上的均布荷載(涉及恒載、列車活載)。水平荷載對(duì)承臺(tái)板托梁受力影響較小，故只在計(jì)算樁的內(nèi)力和變形中考慮。此外考慮到樁板結(jié)構(gòu)在使用階段，隨著地基土由于濕陷而產(chǎn)生沉降，以及樁板結(jié)構(gòu)在列車活載作用下而產(chǎn)生的振動(dòng)作用，承臺(tái)板底部土體將與承臺(tái)板體脫離，所以計(jì)算種不考慮土對(duì)托梁以及承臺(tái)板的支撐作用。擬定了理論計(jì)算模型后，可用力矩分派法、力法〔‘7]求解承臺(tái)板、托梁的內(nèi)力及變形，用M法求解樁的內(nèi)力及變形，用分層總和法分析樁的工后沉降。力矩分派法、力法、M法以及分層總和法的基本原理及推導(dǎo)很多文獻(xiàn)都有論述，在此不再贅述。下面只針對(duì)計(jì)算中的難點(diǎn)與重點(diǎn)進(jìn)行討論。這重要涉及:樁土互相作用、溫度荷載效應(yīng)以及樁基的不均勻沉降三部分內(nèi)容。3.4.2樁土互相作用計(jì)算力矩分派法對(duì)樁板結(jié)構(gòu)進(jìn)行受力分析時(shí)，力矩分派系數(shù)的計(jì)算是至關(guān)重要的一步。力矩分派是按剛結(jié)點(diǎn)各桿的轉(zhuǎn)動(dòng)剛度比進(jìn)行分派的，某剛結(jié)點(diǎn)A的某一桿端的分派系數(shù)就等于該桿的轉(zhuǎn)動(dòng)剛度除以匯交于剛結(jié)點(diǎn)A的各桿轉(zhuǎn)動(dòng)剛度之和。在圖2.5一1和圖2.5一2中的AB、BC、CD桿的轉(zhuǎn)動(dòng)剛度可直接按結(jié)構(gòu)力學(xué)剛度計(jì)算公式求得;假如不考慮土對(duì)樁的作用，BE、CF桿的轉(zhuǎn)動(dòng)剛度可按亦可按結(jié)構(gòu)力學(xué)的轉(zhuǎn)動(dòng)剛度計(jì)算公式求得。但事實(shí)上，由于樁插入土中，土對(duì)樁的作用〔閉是不能忽略的，其轉(zhuǎn)動(dòng)剛度應(yīng)為樁與土共同作用的結(jié)果，應(yīng)由土的性質(zhì)、樁長(zhǎng)、樁的截面形狀和尺寸、樁的材料等來決定。這里稱這個(gè)剛度為“樁土綜合轉(zhuǎn)動(dòng)剛度”，其物理意義為:樁土互相作用下，樁頂?shù)挚罐D(zhuǎn)動(dòng)變形的能力。對(duì)樁土的綜合剛度的分析，國(guó)內(nèi)已有研究。樁土綜合轉(zhuǎn)動(dòng)剛度對(duì)樁板結(jié)構(gòu)的計(jì)算非常故意義，它解決了計(jì)算時(shí)不能很好的考慮樁土互相作用的難題，使得計(jì)算模型更為合理，并且易于理解與推廣。目前我國(guó)較常用的分析樁土互相作用的方法重要有兩種:地基系數(shù)法和有限元法。各種方法均要進(jìn)行某些簡(jiǎn)化。目前規(guī)范中多采用地基系數(shù)法對(duì)樁進(jìn)行分析與設(shè)計(jì)。地基系數(shù)法分析樁是將地基土當(dāng)作彈性介質(zhì)，重要是以捷克學(xué)者溫克爾的“彈性地基”假說為計(jì)算理論的基礎(chǔ)。本文選擇采用“地基系數(shù)法”來推導(dǎo)樁板結(jié)構(gòu)樁土的綜合轉(zhuǎn)動(dòng)剛度計(jì)算公式。分析過程如下:鄭西客運(yùn)專線樁板結(jié)構(gòu)樁均為摩擦樁，設(shè)地基系數(shù)k=cy，樁的撓曲微分方程如下:—樁截面的慣性矩(m4)，—抗彎截面系數(shù)，運(yùn)用材料力學(xué)中有關(guān)梁的撓度，與轉(zhuǎn)角，彎矩，剪力之間的關(guān)系，即：用冪級(jí)數(shù)展開的方法可求解出樁的撓曲微分方程的解，然后根據(jù)樁底的邊界條件(鄭西線地基為深厚濕陷性黃土，樁底按自由端考慮)，可得到樁頂?shù)乃轿灰婆c轉(zhuǎn)角計(jì)算公式目前常見的彈性樁的例題的解法多采用冪級(jí)數(shù)求解。對(duì)于彈性樁的計(jì)算也可以采用三角級(jí)數(shù)〔29]進(jìn)行求解，限于篇幅，在此不再贅述。為了便于計(jì)算，可采用換算樁長(zhǎng)對(duì)樁板結(jié)構(gòu)進(jìn)行計(jì)算。換算樁長(zhǎng)是將與土互相作用的實(shí)際樁長(zhǎng)換算為與土無互相作用的樁底鉸接或固結(jié)的假想樁長(zhǎng)。換算樁長(zhǎng)可按實(shí)際樁土綜合轉(zhuǎn)動(dòng)剛度與換算樁轉(zhuǎn)動(dòng)剛度等剛度的原則求得。如換算樁底視為鉸接，則按樁土綜合轉(zhuǎn)動(dòng)剛度換算樁長(zhǎng)h的計(jì)算公式如下:需要注意得是，按平動(dòng)剛度、轉(zhuǎn)動(dòng)剛度換算得樁長(zhǎng)并不相等，計(jì)算時(shí)應(yīng)根據(jù)需要進(jìn)行選擇。3.4.3溫度荷載效應(yīng)計(jì)算樁板結(jié)構(gòu)為超靜定結(jié)構(gòu)，需考慮溫度應(yīng)力的影響。在圖2.5一1中，結(jié)點(diǎn)B、C為剛結(jié)點(diǎn)，對(duì)BC桿需進(jìn)行溫度荷載效應(yīng)計(jì)算。計(jì)算原理、過程及相關(guān)計(jì)算公式推導(dǎo)綜述如下:1)伸縮溫度分析假設(shè)BC跨度為L(zhǎng)，按計(jì)算公式，假如兩端約束變形，則伸縮應(yīng)力為:;假如桿兩端不約束變形，則要釋放大小的溫度應(yīng)力，承臺(tái)板伸縮量為:而實(shí)際溫度應(yīng)力不會(huì)所有釋放，根據(jù)變形協(xié)調(diào)條件當(dāng)樁頂不發(fā)生轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí):其中:—釋放變形;—未釋放變形;根據(jù)力的平衡條件有以下公式:根據(jù)公式(2.20)到(2.24)可求得BE、CF的桿端彎矩，兩桿端彎矩大小相等，正負(fù)相反。求得桿端彎矩后，運(yùn)用力矩分派法、力法即可求得在拉伸溫度應(yīng)力作用下結(jié)構(gòu)的內(nèi)力和變形。2)梯度溫度分析分析原理同拉伸溫度分析，假如桿兩端不約束變形，則完全釋放溫度應(yīng)力產(chǎn)生的轉(zhuǎn)角為而實(shí)際溫度應(yīng)力不會(huì)所有釋放，根據(jù)變形協(xié)調(diào)條件求得各桿端彎矩如下：求得桿端彎矩后，運(yùn)用力矩分派法、力法即可求得在梯度溫度應(yīng)力作用下結(jié)構(gòu)的內(nèi)力和變形。3.4.4樁基不均勻沉降計(jì)算在橋梁基礎(chǔ)設(shè)計(jì)時(shí)需考慮5mm的不均勻沉降，鄭西客運(yùn)專線樁板結(jié)構(gòu)用于解決濕陷性黃土，由于濕陷土層并非均勻，并且樁板結(jié)構(gòu)受力情況復(fù)雜，樁基發(fā)生不均勻沉降的也許性較大，不均勻沉降是樁板結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中不可忽視的一個(gè)問題，因此參考橋梁設(shè)計(jì)規(guī)范在樁板結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中亦考慮樁基5mm不均勻沉降。這規(guī)定我們對(duì)樁基所產(chǎn)生的5mm的不均勻沉降對(duì)樁板結(jié)構(gòu)上部結(jié)構(gòu)導(dǎo)致的影響進(jìn)行計(jì)算。對(duì)于不均勻沉降分析可按支座位移考慮，具體環(huán)節(jié)操作如下:l)約束樁頂轉(zhuǎn)動(dòng)，分別計(jì)算單樁沉降5~時(shí)(即支座A、B、C或D豎向位移5mm)各桿端彎矩;2)釋放樁頂約束，用力矩分派法求得各桿端最終彎矩。約束樁頂變形，縱斷面各桿端彎矩計(jì)算公式可參見表2.5一1選取，橫斷面計(jì)算較為簡(jiǎn)樸，從略。對(duì)于不均勻沉降分析也可以用力法進(jìn)行計(jì)算，但分析過程較為復(fù)雜，不如力矩分派法省時(shí)省力。3.5配筋設(shè)計(jì)3.5.1承臺(tái)板結(jié)構(gòu)配筋設(shè)計(jì)本文樁板結(jié)構(gòu)配筋設(shè)計(jì)采用允許應(yīng)力法，參照結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理以及相關(guān)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范，認(rèn)為樁板結(jié)構(gòu)配筋設(shè)計(jì)時(shí)需遵循以下規(guī)定:1)截面最小配筋率:受彎及偏心受壓構(gòu)件的截面最小配筋百分率(僅計(jì)受拉區(qū)鋼筋)取為0.15%。2)混凝土的保護(hù)層厚度:鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)最外層鋼筋的凈保護(hù)層厚度不得小于35mm，并不得大于50mm，對(duì)于頂板有防水層及保護(hù)層的最外層鋼筋凈保護(hù)層不得小于30mm。3)受拉區(qū)域的鋼筋可以單根或兩至三根成束布置，鋼筋的凈距不得小于鋼筋的直徑(對(duì)帶肋鋼筋為計(jì)算直徑)，并不得小于3Omm。當(dāng)鋼筋(涉及成束鋼筋)層數(shù)等于或多于三層時(shí)，其凈距橫向不得小于1.5倍的鋼筋并不得小于45mm，豎向仍不得小于鋼筋直徑并不得小于30mm。4)當(dāng)計(jì)算板內(nèi)不需要斜筋時(shí)，也應(yīng)采用彎起鋼筋并采用適當(dāng)?shù)募芰摻?人行道板除外)。5)梁內(nèi)應(yīng)設(shè)立直徑不小于Slnln的箍筋，其間距當(dāng)支撐受拉鋼筋時(shí)不應(yīng)大于梁高的3/4及300mm;當(dāng)支撐受壓鋼筋時(shí)不應(yīng)大于受力鋼筋直徑的15倍及300mm。支座中心兩側(cè)各相稱梁高1/2的長(zhǎng)度范圍內(nèi)，鋼筋間距不應(yīng)大于100mm。每一箍筋一行上所箍的受拉鋼筋不應(yīng)多于5根，受壓鋼筋不應(yīng)多于3根。承受扭矩作用的梁，箍筋應(yīng)制成封閉式。6)結(jié)構(gòu)最大裂縫寬度不應(yīng)大于0.2mm，最大撓度不應(yīng)大于承臺(tái)板跨度的1/1800。樁板結(jié)構(gòu)承臺(tái)板與托梁均為矩形截面結(jié)構(gòu)，對(duì)其進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)重要涉及兩個(gè)環(huán)節(jié):正截面受彎承載力計(jì)算、斜截面剪應(yīng)力計(jì)算。3.5.1.1正截面受彎承載力計(jì)算對(duì)于單筋矩形截面結(jié)構(gòu)，采用允許應(yīng)力法計(jì)算時(shí)，其受彎承載力計(jì)算分為以下兩步:1、配筋設(shè)計(jì)式中Z一內(nèi)力偶臂(mm);一截面有效高度(mm);一受拉區(qū)縱向普通鋼筋的截面面積M一計(jì)算彎矩(KN·m);一鋼筋的允許應(yīng)力(MPa)。根據(jù)上述計(jì)算，進(jìn)行配筋。2、核算應(yīng)力3.5.1.2斜截面剪應(yīng)力計(jì)算中性軸處的剪應(yīng)力:式中:—中性軸處的剪應(yīng)力(Mpa);V—計(jì)算剪力(MN);B—構(gòu)件中性軸處的腹板厚度(m);z—內(nèi)力偶的力臂(m)。當(dāng)不滿足上式規(guī)定期，應(yīng)修改截面尺寸或提高混凝土強(qiáng)度等級(jí)。當(dāng)梁中各截面剪應(yīng)力均小于或等于時(shí)，可不進(jìn)行抗剪強(qiáng)度檢算，而按構(gòu)造規(guī)定配置箍筋。否則，對(duì)于剪應(yīng)力大于的區(qū)段，應(yīng)力應(yīng)按所有鋼筋(箍筋或斜筋)承擔(dān)式中一箍筋所能承受的主拉應(yīng)力或剪應(yīng)力值(Mpa);nk一一箍筋的肢數(shù);ak—每肢的截面積();—箍筋間距(mm)3.5.1.3結(jié)構(gòu)裂縫與撓度計(jì)算設(shè)計(jì)樁板結(jié)構(gòu)時(shí)，一方面應(yīng)滿足承載力的規(guī)定，另一方面是符合裂縫寬度及撓度的規(guī)定，亦即滿足使用階段的規(guī)定。由于混凝土抗拉強(qiáng)度很低，構(gòu)件通常是帶裂縫工作的，但從耐久性及對(duì)建筑觀瞻的規(guī)定出發(fā)，應(yīng)對(duì)裂縫寬度加以限制并進(jìn)行驗(yàn)算。對(duì)于采用某些較高材料強(qiáng)度等級(jí)且跨徑較大的某些構(gòu)件，往往需控制構(gòu)件的撓度，即對(duì)撓度進(jìn)行驗(yàn)算。1)裂縫寬度驗(yàn)算矩形受彎構(gòu)件的計(jì)算裂縫寬度可按下列公式計(jì)算:2)撓度驗(yàn)算根據(jù)力法推導(dǎo)(推導(dǎo)過程略)，承臺(tái)板撓度計(jì)算公式如下:3.5.2樁的配筋設(shè)計(jì)樁采用鋼筋混凝土鉆孔灌注樁，采用灌注樁時(shí)，符合下列條件，其樁身可按構(gòu)造規(guī)定配筋。1)樁頂?shù)妮S向壓應(yīng)力符合下式規(guī)定式中:—建筑樁基重要系數(shù)，相應(yīng)一、二、三級(jí)分別取1.1、1.0、0.9;N—樁頂軸向壓力設(shè)計(jì)值;—混凝土軸心抗壓強(qiáng)度設(shè)計(jì)值，此處需乘以折減系數(shù)0.8A—樁身截面面積。2)樁頂水平力符合下列公式規(guī)定:式中:—樁頂水平力設(shè)計(jì)值;—綜合系數(shù)，軟土取62，濕陷性黃土取52;—按基本組合設(shè)計(jì)算的樁頂永久荷載產(chǎn)生的軸向力設(shè)計(jì)值;—混凝土軸心抗拉設(shè)計(jì)強(qiáng)度;—樁身截面模量的塑性系數(shù)，圓截面取為2;A—樁身截面面積。當(dāng)不滿足條件2)的規(guī)定期，則應(yīng)按以下規(guī)定配筋:當(dāng)樁身直徑為300一2023mm時(shí)，截面配筋率可取0.65一0.20%(小樁徑取高值，大樁徑取小值);對(duì)水平荷載特別大的樁根據(jù)計(jì)算擬定配筋率。3.5.3托梁的配筋設(shè)計(jì)托梁配筋正截面抗彎與斜截面抗剪以及裂縫寬度驗(yàn)算按照2.6.1節(jié)中執(zhí)行。撓度驗(yàn)算按以下執(zhí)行:對(duì)托梁而言，跨中的撓度小于懸臂端的撓度，故只需驗(yàn)算懸臂端的撓度。懸臂端撓度計(jì)算公式如下:式中：f—懸臂端撓度;—不計(jì)沖擊力的活載;—同上式;—同上式;x—計(jì)算截面受壓區(qū)高度。3.6單樁豎向承載力驗(yàn)算3.6.1負(fù)摩阻力鄭西客專DK301+472.73一301+982.73區(qū)段的地基為深厚濕陷性黃土，在計(jì)算樁基承載力時(shí)，需考慮樁側(cè)摩阻力。正常情況下，在樁頂豎向荷載的作用下，樁相對(duì)于土將產(chǎn)生向下的位移或者有位移的趨勢(shì)，因而樁側(cè)土對(duì)樁體產(chǎn)生向上的摩擦力，這種摩擦力構(gòu)成了樁基承載力的一部分，稱之為正摩擦力。但有時(shí)會(huì)發(fā)生相反的情況，即樁周邊的土體由于某些因素發(fā)生下沉，且變形量大于相應(yīng)深度處樁的下沉量，即樁側(cè)土相對(duì)于樁產(chǎn)生向下的位移，土體對(duì)樁產(chǎn)生向下的摩擦力。這種摩擦力就稱之為負(fù)摩擦力。在濕陷性黃土地區(qū)，當(dāng)大量的水(雨水或施工用水)浸泡地基時(shí)會(huì)使黃土產(chǎn)生濕陷，從而導(dǎo)致負(fù)摩擦力的發(fā)生。負(fù)摩擦力對(duì)樁是一種不利因素，它相稱于在樁上施加了附加的下拉荷載，其存在加大了樁所承受的外荷載或減少了樁的承載力，并可導(dǎo)致樁發(fā)生過量的沉降。所以，在也許發(fā)生負(fù)摩擦力的情況下，設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)考慮其對(duì)樁基承載力和沉降的影響。在地面發(fā)生沉降的地基中，長(zhǎng)樁的上部為負(fù)摩擦力而下部往往仍為正摩擦力。正