淺談橋梁樁基存在缺陷后的豎向承載力驗(yàn)算

劉澤華

（貴州智恒工程勘察設(shè)計(jì)咨詢有限公司，貴州貴陽 550000）

淺談橋梁樁基存在缺陷后的豎向承載力驗(yàn)算

劉澤華

（貴州智恒工程勘察設(shè)計(jì)咨詢有限公司，貴州貴陽 550000）

橋梁樁基施工屬于地下隱蔽性工程，影響其質(zhì)量的因素較多，嚴(yán)重時(shí)甚至影響到橋梁結(jié)構(gòu)的安全，造成無法挽回的經(jīng)濟(jì)損失。本文結(jié)合某工程實(shí)例重點(diǎn)介紹了樁基存在缺陷后的豎向承載力驗(yàn)算方法，希望能對(duì)從事橋梁結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的同行朋友提供有益參考。

樁基；安全；承載力；驗(yàn)算

1　工程概況

某大橋?yàn)?×30 m裝配式預(yù)應(yīng)力混凝土T梁橋，先簡(jiǎn)支后結(jié)構(gòu)連續(xù)，橋梁全寬7.8 m，全長(zhǎng)128 m。下部構(gòu)造橋墩采用矩形截面墩和雙柱式圓形截面墩，配挖孔樁基礎(chǔ)和擴(kuò)大基礎(chǔ)，樁基直徑2.0 m；兩岸橋臺(tái)均采用肋板式橋臺(tái)，樁基礎(chǔ)，每個(gè)橋臺(tái)承臺(tái)底設(shè)置直徑1.2 m樁基4根，單根樁長(zhǎng)22.5 m。

該工程墩臺(tái)樁基施工完成以后經(jīng)檢測(cè)單位采用聲波透射法對(duì)樁基完整性進(jìn)行檢測(cè)發(fā)現(xiàn)，終點(diǎn)岸橋臺(tái)4-4號(hào)樁基樁身完整性類別屬于Ⅲ類，樁底1.5 m范圍段波形嚴(yán)重畸變，該段樁基有嚴(yán)重缺陷，對(duì)整個(gè)樁基承載力有一定不利影響，故需對(duì)4-4號(hào)樁基進(jìn)行相關(guān)承載力驗(yàn)算分析。

2　樁基豎向承載力驗(yàn)算

2.1計(jì)算模型

大橋兩岸橋臺(tái)支座均采用四氟滑板式橡膠支座，故上部橋梁結(jié)構(gòu)通過支座對(duì)橋臺(tái)的作用僅為豎向力作用，而無水平力和彎矩等作用?，F(xiàn)采用《橋梁博士》對(duì)大橋橋梁上部結(jié)構(gòu)建立相應(yīng)平面桿系模型，通過有限元分析計(jì)算，得到4號(hào)橋臺(tái)上相應(yīng)三支座的支承反力。

采用空間有限元軟件Midas建立大橋4號(hào)橋臺(tái)三維有限元空間實(shí)體模型（不包括樁基，通過在承臺(tái)底與樁基連接處施加全約束模擬相關(guān)作用），并采用大型有限元軟件ANSYS進(jìn)行校核，如下圖1所示，其中，假定樁基頂不發(fā)生位移，通過在承臺(tái)底與樁基連接處施加全約束邊界條件，用于模擬獲得承臺(tái)底以上橋梁結(jié)構(gòu)作用于樁基頂力的大??；同時(shí)假定承臺(tái)底以上所有荷載均由樁基承受，即地基對(duì)4號(hào)橋臺(tái)除樁基外其它構(gòu)件均無約束作用。

2.2計(jì)算荷載

按照現(xiàn)行有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范計(jì)入橋梁上部結(jié)構(gòu)恒載、汽車荷載（考慮汽車荷載沖擊系數(shù)的影響）、溫度荷載、支座沉降及混凝土收縮、徐變等作用。通過計(jì)算分析得出，荷載效應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)值組合作用下，4號(hào)橋臺(tái)上支座支承反力如下表所示：

表1　4號(hào)橋臺(tái)上支座支反力kN

2.3橋臺(tái)臺(tái)身后土側(cè)壓力計(jì)算

按《公路橋涵設(shè)計(jì)通用規(guī)范》（JTG D60—2015）第4.2.3條，臺(tái)后主動(dòng)土壓力為：

式中：E為主動(dòng)土壓力標(biāo)準(zhǔn)值，kN；γ為碎石土的重力密度，取19 kN／m3；B為橋臺(tái)寬B=7.8 m；肋板寬=1.5 m；承臺(tái)寬B=6.2 m；H為計(jì)算土層高度m；β為填土表面與水平面的夾角，取2°；α臺(tái)背與豎直面的夾角；ψ為碎石土的內(nèi)摩擦角，取45°；δ為臺(tái)背與填土間的摩擦角，取22.5°；h為汽車荷載的等代均布土層厚度，m。

根據(jù)橋臺(tái)結(jié)構(gòu)尺寸及各參數(shù)取值，通過計(jì)算得出作用于橋臺(tái)結(jié)構(gòu)的主動(dòng)土壓力E1、E2、E3值分別為221.5 kN、284.2 kN、305.7 kN。承臺(tái)頂堆積碎石土作用于承臺(tái)的總重為2 390.4 kN。

將以上作用荷載施加到橋臺(tái)上，通過計(jì)算可得4號(hào)臺(tái)承臺(tái)底以上橋梁結(jié)構(gòu)對(duì)4個(gè)樁基樁頂處作用力如下表2所示。

表2　樁基頂豎向作用力kN

2.4樁基豎向承載力驗(yàn)算結(jié)果

（1）對(duì)4-4號(hào)樁基承載力按摩擦樁進(jìn)行計(jì)算，而不計(jì)存在缺陷的樁底1.5 m段樁基的樁側(cè)阻力和樁底樁端阻力作用。

根據(jù)《公路橋涵地基與基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范》（JTG D63—2007）第5.3.3條可知：摩擦樁—鉆（挖）孔灌注樁單樁軸向受壓承載力容許值［Ra］，可按下列公式計(jì)算：

式中：［Ra］為單樁軸向受壓承載力容許值（kN），樁身自重與置換土重（當(dāng)自重計(jì)入浮力時(shí)，置換土重也計(jì)入浮力）的差值作為荷載考慮。上式中其余參數(shù)詳見《公路橋涵地基與基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范》（JTG D63—2007）第5.3.3條說明。

由于不考慮樁基底部1.5 m范圍段對(duì)整個(gè)樁基承載力的貢獻(xiàn)，故樁端處承載力容許值qr和該段樁基樁側(cè)摩阻力均為0。

因此，4-4號(hào)樁基承載力容許值為：

（2）對(duì)4-4樁基承載力按端承樁進(jìn)行計(jì)算，而不計(jì)存在缺陷的樁底1.5 m段樁基的樁側(cè)阻力和樁底樁端阻力作用。

3　結(jié) 語

橋梁樁基經(jīng)過檢測(cè)根據(jù)樁身完整性類別來判定其承載力是否受到影響，對(duì)于承載力受到影響的問題樁，應(yīng)對(duì)其進(jìn)行承載力驗(yàn)算，根據(jù)驗(yàn)算結(jié)果以明確其承載力是否滿足規(guī)范要求。本文通過某工程實(shí)例重點(diǎn)介紹了樁基存在缺陷后的豎向承載力驗(yàn)算方法，該方法簡(jiǎn)捷、實(shí)用、可靠。然而就計(jì)算結(jié)果而言，雖然滿足了規(guī)范要求，但對(duì)于問題的出現(xiàn)則應(yīng)該分析其原因和采取必要的措施。在進(jìn)行此類工程設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)做到合理可行、安全可靠；施工時(shí)做到嚴(yán)格按照設(shè)計(jì)、規(guī)范、規(guī)程操作，加強(qiáng)監(jiān)督檢測(cè)，以避免此類質(zhì)量事故的再次發(fā)生。

［1］ 中華人民共和國(guó)交通部.公路橋涵地基與基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范（JTG D63-2007）［S］.人民交通出版社，2007.

［2］ 中華人民共和國(guó)交通部.公路橋涵設(shè)計(jì)通用規(guī)范（JTG D60-2015）［S］.人民交通出版社，2015.

［3］ 李克釧.基礎(chǔ)工程（第二版）［M］.北京：中國(guó)鐵道出版社，2000.

U415.1

C

1008-3383（2016）10-0087-02

2016-02-12

劉澤華（1982-），男，工程師，研究方向：公路與橋梁。