斜坡地區(qū)大直徑橋梁樁基豎向承載問(wèn)題研究

潘忠平

(貴州省公路工程集團(tuán)有限公司，貴州 貴陽(yáng) 550000)

斜坡地區(qū)大直徑橋梁樁基豎向承載問(wèn)題研究

潘忠平

(貴州省公路工程集團(tuán)有限公司，貴州 貴陽(yáng) 550000)

室內(nèi)模型研究方式，從三個(gè)方面研究了斜坡地區(qū)大直徑橋梁樁基豎直承載問(wèn)題，隨后提出了實(shí)際情況下樁基的有效樁長(zhǎng)計(jì)算及相關(guān)技術(shù)建議。

斜坡地區(qū)；大直徑橋梁；樁基；豎向承載

1 斜坡地區(qū)大直徑橋梁樁基豎向承載問(wèn)題分析

1.1 斜坡地區(qū)大直徑橋梁樁基最大承載力變化研究

隨著斜坡坡度發(fā)生相應(yīng)的變化，100 cm長(zhǎng)樁基所呈現(xiàn)的P-SV曲線(xiàn)變化，具體情況見(jiàn)圖1。

基于上圖結(jié)果顯示，某固定的豎向承載作用，樁頂位移因?yàn)樾逼缕露鹊脑黾映掷m(xù)增大。當(dāng)位移為10 mm時(shí)，相應(yīng)的承載可看做是樁基最大承載力P，基于上圖的內(nèi)容們可以計(jì)算出不同坡度所對(duì)應(yīng)的承載力成果。用αv表示斜坡地區(qū)斜度變化下的樁基承載力承受的影響度，其公式為αv=(P0-P)/P0，公式中的P0代表的是平坡?tīng)顟B(tài)下的樁基豎向最大承載力。其結(jié)果顯示，由于坡度不斷增加，實(shí)際承載力影響度αv呈現(xiàn)持續(xù)增大的現(xiàn)狀，當(dāng)斜度實(shí)際度數(shù)從30°～90°之間變換時(shí)，影響度的變化從7.29%直接增長(zhǎng)至35.75%，表明坡度增加對(duì)樁側(cè)阻力的傳遞效應(yīng)的影響具備直接性，樁基承載力因坡度增加呈現(xiàn)一定程度上的降低。由于坡度增大，最大承載受力坡度具備極大的影響力。

圖1 斜坡地區(qū)坡度變化下的P-SV曲線(xiàn)變化

基于坡度增長(zhǎng)狀態(tài)下斜坡最大承載力與平坡承載力的比較折減系數(shù)可以了解到，坡度處于0～30°間進(jìn)行轉(zhuǎn)變的過(guò)程中，承載力實(shí)際下滑的程度不具備顯著性，當(dāng)實(shí)際斜度為90°，其承載力的下滑程度僅占平坡樁基的64%，這就直接表明大直徑樁基在設(shè)計(jì)過(guò)程中，需要明確樁基功能受坡度轉(zhuǎn)變所產(chǎn)生的影響。

1.2 斜坡地區(qū)大直徑橋梁樁基豎向承載作用下的軸力傳遞規(guī)律研究

基于1.25 kN豎向承載作用，研究樁基埋置深度與斜坡坡度之間的實(shí)際變化，其主要規(guī)律如圖2內(nèi)容所示。

圖2 100 cm樁長(zhǎng)隨坡度變化自身軸力分布結(jié)果

結(jié)合圖2的結(jié)果可知，平坡?tīng)顟B(tài)下(0°)樁身軸力變化呈現(xiàn)最大幅度；隨著坡度不斷增加，樁身自身承載力的變化愈??；當(dāng)坡度為90°時(shí)，樁身承載力最小。針對(duì)其軸力變化情況而言，結(jié)果曲線(xiàn)的外側(cè)相較內(nèi)側(cè)曲線(xiàn)陡峭，外側(cè)曲線(xiàn)自身斜率值遠(yuǎn)大于內(nèi)側(cè)曲線(xiàn)斜率，直接表明斜坡外側(cè)土體本身缺失較為嚴(yán)重，有效樁長(zhǎng)持續(xù)減少，從而一定程度上削弱了斜坡外側(cè)一定程度上的巖土體外側(cè)摩阻力。對(duì)于建設(shè)過(guò)程而言，當(dāng)樁頂至50 mm埋置身處時(shí)，該狀態(tài)下樁身所處的軸力受到斜坡坡度影響非常小，當(dāng)埋置深度達(dá)到230mm時(shí)，隨著坡度不斷增加，樁身軸力自身影響度也會(huì)不但增加，同時(shí)不同坡度的影響程度也會(huì)進(jìn)一步增加。這一結(jié)果直接表明，隨著坡度不斷增加，土體流失也會(huì)不斷增加，從樁頂至樁端而言，樁側(cè)摩阻力也會(huì)遭受一定的影響。所以當(dāng)樁基礎(chǔ)建設(shè)位置選擇部位存在很大坡度時(shí)，為了確保該樁基在實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中具備安全性與穩(wěn)定性，需要提前完善相應(yīng)的保護(hù)措施。

1.3 斜坡地區(qū)大直徑橋梁樁基豎向承載下的側(cè)摩阻力變化規(guī)律研究

對(duì)于斜坡區(qū)域的大直徑橋梁樁基而言，基于相同樁長(zhǎng)及承載力，斜坡坡度不同的部位所安置的樁基側(cè)摩阻力，會(huì)直接因?yàn)槠露鹊淖兓a(chǎn)生相應(yīng)的變化，且這一變化規(guī)律存在相似性。根據(jù)本次實(shí)驗(yàn)情況顯示，100 cm長(zhǎng)度下的樁基，承受1.25 kN的豎向承載作用，其樁基側(cè)邊的摩阻力因?yàn)槠露人l(fā)生的變化規(guī)律，如圖3所示。

圖3 100 cm長(zhǎng)、1.25 kN豎向承載力下樁側(cè)摩阻力隨坡度影響結(jié)果圖

從圖3可以了解到，由于坡度不斷增加，樁側(cè)摩阻力呈現(xiàn)持續(xù)減少的狀態(tài)，因此樁端阻力所占據(jù)的最大承載力比例不斷增加。當(dāng)其斜坡度達(dá)到90度時(shí)，樁端阻力所占比率呈現(xiàn)最大狀態(tài)。從樁頂?shù)綂y笛，外側(cè)及內(nèi)側(cè)豎向承載力較低，會(huì)先增加之后出現(xiàn)減小。這一結(jié)果表明樁側(cè)土體損失嚴(yán)重，側(cè)摩阻力具備不對(duì)稱(chēng)性擴(kuò)散，直接導(dǎo)致該摩阻力不能全部發(fā)揮出來(lái)。當(dāng)實(shí)際斜坡距離在穩(wěn)定性距離數(shù)值之下時(shí)，樁周?chē)馏w可以看成一個(gè)半無(wú)限體，從而使外側(cè)摩阻力完全發(fā)揮出來(lái)，促使其與內(nèi)側(cè)摩阻力存在相似性。

2 斜坡地區(qū)大直徑橋梁樁基承載下有效樁長(zhǎng)的明確及相關(guān)技術(shù)建議

基于上文的有關(guān)分析結(jié)果顯示，在樁頂之下，某固定距離下是斜坡失效樁長(zhǎng)，該區(qū)域范圍之內(nèi)，外側(cè)摩阻力實(shí)際作用較小，相較內(nèi)側(cè)摩阻力而言，甚至可以完全忽略。處于斜坡失效樁長(zhǎng)下直至樁端范圍，外側(cè)摩阻力漸漸能完全發(fā)揮出來(lái)，該范圍就稱(chēng)之為斜坡有效樁長(zhǎng)。結(jié)合室內(nèi)試驗(yàn)成果研究了解到，在同一個(gè)坡度之下，由于樁長(zhǎng)不斷增加，失效的樁長(zhǎng)不會(huì)產(chǎn)生顯著性變化，可將其看做一個(gè)定值。通過(guò)研究發(fā)現(xiàn)，斜坡地段大直徑起那個(gè)良樁基的失效樁長(zhǎng)與斜坡坡度沒(méi)有直接關(guān)聯(lián)，與樁長(zhǎng)沒(méi)有任何關(guān)聯(lián)性。

針對(duì)文章的研究結(jié)果，結(jié)合室內(nèi)模型試驗(yàn)結(jié)果，針對(duì)斜坡地區(qū)橋梁建設(shè)提出下述建議：當(dāng)區(qū)域坡度在30°之下時(shí)，可以直接忽略樁基承載在坡度方面的影響；當(dāng)樁基所構(gòu)建位置坡度在30°～75°之間時(shí)，實(shí)際樁基設(shè)計(jì)過(guò)程中，可以通過(guò)對(duì)樁長(zhǎng)的調(diào)整來(lái)增加承載力；當(dāng)坡度超過(guò)75°之后，需要基于斜坡外側(cè)土體的實(shí)際情況以及其與樁基之間距離的變化實(shí)現(xiàn)樁基承載問(wèn)題的研究。此外當(dāng)樁基安置于坡度較大的部位時(shí)，應(yīng)該優(yōu)先選擇與坡邊距離較遠(yuǎn)的部位，促使樁基承載力能夠完全發(fā)揮出來(lái)；當(dāng)其受到地形環(huán)境等影響之后，可以選擇增加樁長(zhǎng)。

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2016-10-29

潘忠平(1987-)，男，貴州黃平人，助理工程師。

U442

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：1008-3383(2017)06-0109-02