淺談橋梁樁基存在缺陷后的豎向承載力驗算

劉澤華

（貴州智恒工程勘察設計咨詢有限公司，貴州貴陽 550000）

淺談橋梁樁基存在缺陷后的豎向承載力驗算

劉澤華

（貴州智恒工程勘察設計咨詢有限公司，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，嚴重時甚至影響到橋梁結(jié)構(gòu)的安全，造成無法挽回的經(jīng)濟損失。本文結(jié)合某工程實例重點介紹了樁基存在缺陷后的豎向承載力驗算方法，希望能對從事橋梁結(jié)構(gòu)設計的同行朋友提供有益參考。

樁基；安全；承載力；驗算

1　工程概況

某大橋為4×30 m裝配式預應力混凝土T梁橋，先簡支后結(jié)構(gòu)連續(xù)，橋梁全寬7.8 m，全長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，配挖孔樁基礎和擴大基礎，樁基直徑2.0 m；兩岸橋臺均采用肋板式橋臺，樁基礎，每個橋臺承臺底設置直徑1.2 m樁基4根，單根樁長22.5 m。

該工程墩臺樁基施工完成以后經(jīng)檢測單位采用聲波透射法對樁基完整性進行檢測發(fā)現(xiàn)，終點岸橋臺4-4號樁基樁身完整性類別屬于Ⅲ類，樁底1.5 m范圍段波形嚴重畸變，該段樁基有嚴重缺陷，對整個樁基承載力有一定不利影響，故需對4-4號樁基進行相關承載力驗算分析。

2　樁基豎向承載力驗算

2.1計算模型

大橋兩岸橋臺支座均采用四氟滑板式橡膠支座，故上部橋梁結(jié)構(gòu)通過支座對橋臺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》對大橋橋梁上部結(jié)構(gòu)建立相應平面桿系模型，通過有限元分析計算，得到4號橋臺上相應三支座的支承反力。

采用空間有限元軟件Midas建立大橋4號橋臺三維有限元空間實體模型（不包括樁基，通過在承臺底與樁基連接處施加全約束模擬相關作用），并采用大型有限元軟件ANSYS進行校核，如下圖1所示，其中，假定樁基頂不發(fā)生位移，通過在承臺底與樁基連接處施加全約束邊界條件，用于模擬獲得承臺底以上橋梁結(jié)構(gòu)作用于樁基頂力的大小；同時假定承臺底以上所有荷載均由樁基承受，即地基對4號橋臺除樁基外其它構(gòu)件均無約束作用。

2.2計算荷載

按照現(xiàn)行有關標準規(guī)范計入橋梁上部結(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。通過計算分析得出，荷載效應標準值組合作用下，4號橋臺上支座支承反力如下表所示：

表1　4號橋臺上支座支反力kN

2.3橋臺臺身后土側(cè)壓力計算

按《公路橋涵設計通用規(guī)范》（JTG D60—2015）第4.2.3條，臺后主動土壓力為：

式中：E為主動土壓力標準值，kN；γ為碎石土的重力密度，取19 kN／m3；B為橋臺寬B=7.8 m；肋板寬=1.5 m；承臺寬B=6.2 m；H為計算土層高度m；β為填土表面與水平面的夾角，取2°；α臺背與豎直面的夾角；ψ為碎石土的內(nèi)摩擦角，取45°；δ為臺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)橋臺結(jié)構(gòu)尺寸及各參數(shù)取值，通過計算得出作用于橋臺結(jié)構(gòu)的主動土壓力E1、E2、E3值分別為221.5 kN、284.2 kN、305.7 kN。承臺頂堆積碎石土作用于承臺的總重為2 390.4 kN。

將以上作用荷載施加到橋臺上，通過計算可得4號臺承臺底以上橋梁結(jié)構(gòu)對4個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樁基豎向承載力驗算結(jié)果

（1）對4-4號樁基承載力按摩擦樁進行計算，而不計存在缺陷的樁底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設計規(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（當自重計入浮力時，置換土重也計入浮力）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設計規(guī)范》（JTG D63—2007）第5.3.3條說明。

由于不考慮樁基底部1.5 m范圍段對整個樁基承載力的貢獻，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號樁基承載力容許值為：

（2）對4-4樁基承載力按端承樁進行計算，而不計存在缺陷的樁底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)過檢測根據(jù)樁身完整性類別來判定其承載力是否受到影響，對于承載力受到影響的問題樁，應對其進行承載力驗算，根據(jù)驗算結(jié)果以明確其承載力是否滿足規(guī)范要求。本文通過某工程實例重點介紹了樁基存在缺陷后的豎向承載力驗算方法，該方法簡捷、實用、可靠。然而就計算結(jié)果而言，雖然滿足了規(guī)范要求，但對于問題的出現(xiàn)則應該分析其原因和采取必要的措施。在進行此類工程設計時，應做到合理可行、安全可靠；施工時做到嚴格按照設計、規(guī)范、規(guī)程操作，加強監(jiān)督檢測，以避免此類質(zhì)量事故的再次發(fā)生。

［1］ 中華人民共和國交通部.公路橋涵地基與基礎設計規(guī)范（JTG D63-2007）［S］.人民交通出版社，2007.

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

［3］ 李克釧.基礎工程（第二版）［M］.北京：中國鐵道出版社，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。