基于簡(jiǎn)化模型的某特大拱橋拱座承載安全評(píng)價(jià)

周曉靖， 汪 磊， 尹小濤， 陳永亮

(1.云南通大高速公路改擴(kuò)建工程有限公司，云南 大理 671000； 2.云南大永高速公路建設(shè)指揮部， 云南 大理 671000；3.云南省交通規(guī)劃設(shè)計(jì)研究院， 云南 昆明 650041； 4.中國(guó)科學(xué)院武漢巖土力學(xué)研究所 巖土力學(xué)與工程國(guó)家重點(diǎn)試驗(yàn)室， 湖北 武漢 430071)

拱橋是在豎直平面內(nèi)以拱作為結(jié)構(gòu)主要承重構(gòu)件的橋梁，拱座基礎(chǔ)和地基承載安全是結(jié)構(gòu)安全的基礎(chǔ)。拱座承載安全決定了拱橋橋梁的安全性，是拱橋選址的重要依據(jù)。當(dāng)前，對(duì)于拱座承載安全的研究集中在：① 分析不同類(lèi)型拱座基礎(chǔ)的應(yīng)力、基底應(yīng)力及樁基受力，保證拱座材料安全、地基承載安全及樁基承載安全[1-3]。采用的方法有規(guī)范公式、力學(xué)分析及有限元數(shù)值方法。② 基于結(jié)構(gòu)和有限元數(shù)值方法，分析拱座在橋梁荷載作用下的應(yīng)力異常部位，采取結(jié)構(gòu)補(bǔ)強(qiáng)措施[4-9]。③ 基于有限元數(shù)值方法，分析拱座連接轉(zhuǎn)動(dòng)帶來(lái)的上部結(jié)構(gòu)安全問(wèn)題，采取設(shè)計(jì)應(yīng)對(duì)措施[10]。④ 采用有限元數(shù)值方法，分析施工過(guò)程中產(chǎn)生的材料和結(jié)構(gòu)安全問(wèn)題，進(jìn)行施工組織優(yōu)化[11-12]。這些研究在于控制應(yīng)力異常，保證承載安全。

利用有限元軟件，可精確仿真拱橋的現(xiàn)實(shí)承載情況，但很難準(zhǔn)確把握下部地質(zhì)、結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)與地基的相互作用機(jī)制、計(jì)算輸入?yún)?shù)取值及計(jì)算效率與計(jì)算精度的平衡等。本研究以瀾滄江特大拱橋拱座承載安全為工程背景，擬采用簡(jiǎn)化的力學(xué)模型，分析拱座基礎(chǔ)、地基及樁基的承載安全，以期為類(lèi)似工程安全評(píng)價(jià)提供借鑒。

1 工程概況及力學(xué)分析方案

1.1 瀾滄江特大拱橋簡(jiǎn)介

瀾滄江特大拱橋跨越江面位置寬約280 m，兩岸地勢(shì)較陡峻，北岸接路基，南岸接連拱隧道。全橋跨徑布置為3×40 m組合梁+300 m跨徑上承式鋼箱拱橋+2×40 m組合梁，橋梁全長(zhǎng)523 m(含兩岸橋臺(tái))。拱橋工程地質(zhì)縱斷面如圖1所示。

圖1 拱橋工程地質(zhì)縱斷面Fig. 1 Engineering geological profile of the arch bridge

兩岸坡表面存在薄的覆蓋層，拱座基底主要為強(qiáng)風(fēng)化泥灰?guī)r。其中，北岸強(qiáng)風(fēng)化層較厚，南岸強(qiáng)風(fēng)化層相對(duì)較薄，局部夾泥巖和砂巖薄層，下部為中微風(fēng)化泥灰?guī)r。地層勘察參數(shù)見(jiàn)表1。

表1 巖體參數(shù)Table 1 The rock mass parameters

1.1.1 拱座方案

主橋拱座采用的是整體式鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，其底面設(shè)計(jì)呈階梯型，以利于拱座與地基之間的應(yīng)力傳遞。根據(jù)橋位處地形和地質(zhì)情況，提出4根豎樁(圓樁，長(zhǎng)度55.00 m，直徑3.50 m，橫截面周長(zhǎng)11.00 m，橫截面面積9.60 m2)和4根斜樁(城門(mén)洞形樁，長(zhǎng)度35.00 m，直邊高度2.62 m，頂部半徑1.50 m，底寬3.00 m，橫截面周長(zhǎng)12.95 m，橫截面面積11.40 m2)通過(guò)拱座(豎向和水平向投影寬度分別為12.77 m和13.00 m，長(zhǎng)度為32.70 m，豎向投影面積為417.58 m2，水平向投影面積為425.10m2)相連接，共同承擔(dān)拱肋和過(guò)渡墩傳遞至拱座基礎(chǔ)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案，拱座豎向支撐樁和抗推樁的樁底均以中風(fēng)化巖層作為持力層，按摩擦樁進(jìn)行設(shè)計(jì)?；缀凸白A(chǔ)對(duì)2 m以外范圍進(jìn)行壓漿加固，加固深度為10 m。拱座+斜樁+豎樁方案如圖2所示。

1.1.2 荷載組合

根據(jù)《公路橋涵通用設(shè)計(jì)規(guī)范(JTG D62-2015)》，拱橋在不同荷載組合下傳遞給拱座的受力情況如圖3所示。

1.1.3 安全性評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)

1) 拱座基底位于強(qiáng)風(fēng)化泥灰?guī)r內(nèi)，泥灰?guī)r地基承載力為450 kPa。根據(jù)橋涵基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范[1]，強(qiáng)風(fēng)化泥灰?guī)r地基可參考老粘土修正地基承載力。

圖2 拱座+斜樁+豎樁方案(單位：cm)Fig. 2 Supporting system of the abutment, the batter pile and the vertical pile(unit:cm)

fa=fa0+k1γ1(b-2)+k2γ2(h-3)。

(1)

式中：fa為修正后地基承載力容許值，kN；k1為基底寬度修正系數(shù)；γ1為持力層容重，kN/m3；k2為基底深度修正系數(shù)；γ2為基底以上土層加權(quán)平均容重，kN/m3；b為基底最小邊寬，m；h為基底埋置深度，m。

將本工程具體數(shù)據(jù)代入式(1)進(jìn)行計(jì)算，得到強(qiáng)風(fēng)化泥灰?guī)r深寬修正地基承載力為818.0 kPa。

2) 樁基受力不超過(guò)承載力估值，強(qiáng)風(fēng)化泥巖和泥灰?guī)r的側(cè)摩阻力標(biāo)準(zhǔn)值為120～140 kPa，端部承載力為450 kPa。利用規(guī)范推薦的公路樁基承載力估值公式，豎樁和斜樁承載力的計(jì)算式為：

(2)

qT=m0λ[f0+k2γ2(h-3)]。

(3)

圖3 橋梁傳遞給拱座的荷載組合Fig. 3 Load combination of the abutment transferred from the arch bridge on Lancangjiang

式中：Ra為單樁軸向受壓承載力容許值，kN；U為樁身周長(zhǎng)，m；qsk為不同土層側(cè)摩阻力，kPa；l為樁長(zhǎng)，m；Ap為樁端截面積，m2；qT為樁端土的承載力容許值，kPa；m0為清底系數(shù)，由規(guī)范[1]確定；λ為修正系數(shù)，由規(guī)范[1]確定；f0為樁端土的容許承載力，kPa；k2為容許承載力隨深度修正系數(shù)；γ2為樁端以上土層加權(quán)平均容重，kN/m3；h為樁端埋置深度，m。

將本工程具體數(shù)據(jù)代入式(2)和(3)進(jìn)行計(jì)算，得到豎樁和斜樁承載力，見(jiàn)表2。

表2 樁基承載力規(guī)范公式估值Table 2 Pile foundation’s bearing capacity estimated by formula suggested by a specification

1.2 力學(xué)分析方案設(shè)計(jì)

1) 不考慮拱座重量和偏心作用

假設(shè)樁基受力均勻，拱座無(wú)重量，換算得到的樁基豎向支撐力和斜向支撐力全部由強(qiáng)風(fēng)化泥灰?guī)r地基承受，判斷基底應(yīng)力是否超過(guò)修正后的地基承載力。

2) 考慮拱座重量和偏心作用

考慮拱座的重量貢獻(xiàn)，考慮不同部位豎樁和斜樁受力差異帶來(lái)的偏心作用，換算得到的不同位置樁基豎向支撐力和斜向支撐力全部由強(qiáng)風(fēng)化泥灰?guī)r地基承受，判斷基底應(yīng)力是否超過(guò)修正后的地基承載力。

2 拱座+豎樁+斜樁安全性評(píng)價(jià)

2.1 基于拱座基底應(yīng)力的地基承載安全性評(píng)價(jià)

拱座基礎(chǔ)基底垂直投影的寬度為12.77 m，基礎(chǔ)長(zhǎng)度為32.70 m，面積為417.58 m2。拱基礎(chǔ)基底水平投影的寬度為13.00 m，基礎(chǔ)長(zhǎng)度為32.70 m，面積為425.10 m2。

由于拱座為對(duì)稱(chēng)結(jié)構(gòu)，橋梁荷載左、右幅相同，因此，估算任意半幅即可。假設(shè)基底巖土體不受力，橋梁傳遞的工程荷載全部由豎向樁和斜樁承受，即2根豎向樁和2根斜樁承擔(dān)。樁基只承受軸向力，不考慮樁基由于豎向集中力和力矩的剪切作用及偏心問(wèn)題形成扭矩作用和剪切作用，則該拱座受力平衡可簡(jiǎn)化，如圖4所示。

圖4 拱座受力立面簡(jiǎn)圖Fig. 4 Schematic diagram of forces done on the abutment

在圖4中，P1為引橋樁傳遞荷載，kN；P2為拱橋傳遞豎向荷載，kN；M為拱橋作用于拱座的彎矩，kN·m；P3為拱橋傳遞水平向荷載，kN；F1為作用點(diǎn)O1的豎樁支撐力，kN；F2為作用點(diǎn)O2的斜樁支撐力，kN；G為拱座重力，kN。

2.1.1 橋梁標(biāo)準(zhǔn)組合荷載工況

1) 豎樁承載力或豎向載荷估算

以O(shè)2為矩心，則引橋樁傳遞荷載P1為20 000 kN，其力臂l1為3.10 m；拱橋傳遞豎向荷載P2為62 130 kN，其力臂l2為9.10 m；拱橋傳遞水平向荷載P3為83 460 kN，其力臂l3為0.00 m；作用點(diǎn)O1的豎樁支撐力F1的力臂l4為8.60 m；彎矩M為78 170 kN·m，則作用點(diǎn)O1的豎樁支撐力為：

(4)

將本工程具體數(shù)據(jù)代入式(4)進(jìn)行計(jì)算，則豎樁支撐力F1為82 041.0 kN。

若考慮拱座重力，僅需在圖4中橋梁荷載的基礎(chǔ)上疊加拱座自身重力即可。根據(jù)拱座幾何特征，可求得拱座重力G為4 205 kN(對(duì)稱(chēng)結(jié)構(gòu)按拱座重量的一半進(jìn)行計(jì)算)。以O(shè)2為矩心，重力對(duì)應(yīng)的力臂L為6.17 m，則考慮拱座重量條件下的豎樁支撐力為：

(5)

將本工程具體數(shù)據(jù)代入式(5)進(jìn)行計(jì)算，則豎樁支撐力F1G為3 017.0 kN。

基底全部豎向荷載Fs=170 116.0 kN，則基底豎向應(yīng)力為：

(6)

由式(6)計(jì)算可知，考慮到全部垂直投影的豎向基底應(yīng)力為407.38 kPa，小于泥灰?guī)r地基承載力(818 kPa)，滿(mǎn)足地基承載安全要求。

2) 斜樁承載力或水平向荷載估算

以O(shè)1為矩心，則引橋樁傳遞荷載P1為20 000 kN，其力臂l1為5.50 m；拱橋傳遞豎向荷載P2為62 130 kN，其力臂l2為0.50 m；拱橋傳遞水平向荷載P3為83 460 kN，其力臂l3為9.00 m；斜樁支撐力F2的力臂l4為10.81 m；彎矩M為78 170 kN·m，則斜樁支撐力為：

(7)

將本工程具體數(shù)據(jù)代入式(7)進(jìn)行計(jì)算，則斜樁支撐力F2為69 556.0 kN。

若考慮拱座重力，僅需在圖4中橋梁荷載的基礎(chǔ)上疊加拱座自身重力即可。根據(jù)拱座幾何特征，可求得拱座重力G為4 205 kN(按拱座重量一半的進(jìn)行計(jì)算)。以O(shè)1為矩心，重力對(duì)應(yīng)的力臂L為2.43 m，則考慮拱座重量條件下的斜樁支撐力為：

(8)

將本工程具體數(shù)據(jù)代入式(8)進(jìn)行計(jì)算，則斜樁支撐力F2G為945.0 kN。

基底全部水平向荷載為Fc=141 002.0 kN，則基底水平向應(yīng)力為：

(9)

將本工程具體數(shù)據(jù)代入式(9)進(jìn)行計(jì)算，得到考慮全部水平投影的水平向基底應(yīng)力為331.69 kPa，小于泥灰?guī)r地基承載力(818 kPa)，滿(mǎn)足地基承載安全要求。

2.1.2 橋梁基本組合荷載工況

1) 豎樁承載力或豎向載荷估算

以O(shè)2為矩心，則引橋樁傳遞荷載P1為24 000 kN，其力臂l1為3.10 m；拱橋傳遞豎向荷載P2為75 960 kN，其力臂l2為9.10 m；拱橋傳遞水平向荷載P3為101 330 kN，其力臂l3為0.00 m；作用點(diǎn)O1的豎樁支撐力F1的力臂l4為8.60 m；彎矩M為106 920 kN·m。將本工程具體數(shù)據(jù)代入式(4)進(jìn)行計(jì)算，則豎樁支撐力F1為101 460.0 kN。

考慮拱座重量不變，則拱座的豎樁支撐力F1G仍為3 017.0 kN。

基底全部豎向荷載Fs=208 954.0 kN。由式(6)計(jì)算可知，考慮到全部垂直投影的豎向基底應(yīng)力σv為500.39 kPa，小于泥灰?guī)r地基承載力(818.0 kPa)，滿(mǎn)足地基承載安全要求。

2) 斜樁承載力或水平向荷載估算

以O(shè)1為矩心，則引橋樁傳遞荷載P1為24 000 kN，其力臂l1為5.50 m；拱橋傳遞豎向荷載P2為75 960 kN，其力臂l2為0.50 m；拱橋傳遞水平向荷載P3為101 330 kN，其力臂l3為9.00 m；斜樁支撐力F2的力臂l4為10.81 m；彎矩M為106 920 kN·m。將本工程具體數(shù)據(jù)代入式(7)進(jìn)行計(jì)算，則斜樁支撐力F2為83 170.0 kN。

考慮拱座重量不變，則拱座的斜樁支撐力F2G仍為945.0 kN。

基底全部水平向荷載Fs=168 230.0 kN。由式(9)計(jì)算可知，考慮到全部垂直投影的豎向基底應(yīng)力σh為395.74 kPa，小于泥灰?guī)r地基承載力(818.0 kPa)，滿(mǎn)足地基承載安全要求。

2.2 樁基承載安全評(píng)估

2.2.1 橋梁標(biāo)準(zhǔn)組合荷載工況

1) 基底豎樁

F1和F1G由2根豎樁承擔(dān)。由于F1和F1G作用點(diǎn)不在兩樁的中心點(diǎn)，因而兩樁所承受的荷載不相等?？紤]到沿橋軸線(xiàn)方向的力矩也會(huì)使兩樁產(chǎn)生偏心作用。因此，需要分別求出各單樁的軸向荷載，并以軸向荷載最大者作為樁長(zhǎng)驗(yàn)證對(duì)象。不同荷載作用下兩樁受力分配如圖5所示。圖5中，N1為邊界豎樁的支撐力；N2為中心豎樁的支撐力；f,M及G分別表示力、彎矩及重量；l1和l2均表示力臂(單位：cm)；樁間距為900 cm。

圖5 豎樁受力簡(jiǎn)圖Fig. 5 Schematic diagram of forces done on the vertical pile

根據(jù)荷載作用平面內(nèi)力和力矩平衡方程，在F1,F1G及MX單獨(dú)作用下，兩樁所承受軸力需要分別滿(mǎn)足：

(10)

(11)

(12)

由式(10)～(12)，可求得N1f,N2f,N1M,N2M,N1G及N2G分別為43 299,38 741,2 973,2 973,1 240和1 800 kN。根據(jù)力的疊加原理，邊樁荷載(N1f,N1M與N1G之和)為47 512 kN；作用于中心樁上的荷載(N2f,N2M與N2G之和)為37 568 kN。邊界豎樁和中心豎樁樁基承載力均小于公式估值51 835 kN，豎樁受力滿(mǎn)足樁基承載力要求。

2) 基底側(cè)邊的斜樁

F2和F2G由2根斜樁承擔(dān)。由于F2和F2G作用點(diǎn)不在兩樁的中心點(diǎn)，因而兩樁所承受的荷載不相等。需要分別求出各單樁的軸向荷載，并以軸向荷載最大者作為樁長(zhǎng)驗(yàn)證對(duì)象。不同荷載作用下兩樁受力分配如圖6所示。圖6中N1為豎樁邊界樁的支撐力；N2為豎樁中心樁的支撐力；f,M及G分別表示力、彎矩及重量；l1′和l2′均表示力臂(單位：cm)；樁間距為900 cm。

圖6 斜樁受力簡(jiǎn)圖Fig. 6 Schematic diagram of forces done on the batter pile

根據(jù)荷載作用平面內(nèi)力和力矩平衡方程，在F2和F2G單獨(dú)作用下，兩樁所承受軸力需要分別滿(mǎn)足：

(13)

(14)

由式(13)，(14)進(jìn)行計(jì)算，得到N1f′,N2f′,N1G′及N2G′分別為36 710,32 846,389和565 kN。根據(jù)力的疊加原理，則作用于邊樁的荷載(N1f′與N1G′之和)為37 079 kN，作用于中心樁上的荷載(N2f′與N2G′之和)為33 411 kN。邊界斜樁和中心斜樁的樁基承載力均小于公式估值43 461 kN，滿(mǎn)足樁基承載力要求。

計(jì)算結(jié)果表明：標(biāo)準(zhǔn)荷載組合下，基底豎向樁基和基底側(cè)邊斜樁的樁基按照規(guī)范公式法估值的樁基承載力均大于橋梁荷載經(jīng)由拱座傳遞給樁基的實(shí)際受力(邊界豎樁和斜樁的承受荷載大于中心豎樁和斜樁的)，樁基承載安全。

2.2.2 橋梁基本組合荷載工況

1) 基底豎樁

按標(biāo)準(zhǔn)組合下各樁軸力相同的計(jì)算方法，求得N1f,N2f,N1M,N2M,N1G及N2G分別為53 548,47 911,2 693,2 693,1 240和1 800 kN。根據(jù)力的疊加原理，則作用于邊樁的荷載(N1f,N1M及N1G的和)為57 481 kN，作用于中心樁上的荷載(N2f,N2M及N2G的和)為47 018 kN。邊界豎樁承載力大于公式估值51 385 kN，中心豎樁承載力小于公式估值51 385 kN。因此，基本荷載組合下，邊界豎樁不滿(mǎn)足樁基承載力要求，中心豎樁滿(mǎn)足樁基承載力要求。

2) 基底側(cè)邊的斜樁

按標(biāo)準(zhǔn)組合下各樁軸力相同的計(jì)算方法，求得N1f′,N2f′,N1G′及N2G′分別為43 895,39 284,389和565 kN。根據(jù)力的疊加原理，作用于邊樁的荷載(N1f′與N1G′之和)為44 284 kN，作用于中心樁上的荷載(N2f′與N2G′之和)為39 849 kN。邊界斜樁承載力大于公式估值43 461 kN；中心斜樁承載力小于公式估值43 461 kN。因此，基本荷載組合下，邊界斜樁不滿(mǎn)足樁基承載力要求，中心斜樁滿(mǎn)足樁基承載力要求。

2.2.3 樁長(zhǎng)復(fù)核和有效樁長(zhǎng)推薦

2.2.3.1 橋梁標(biāo)準(zhǔn)組合荷載工況

1) 基底豎樁

根據(jù)橋梁荷載，經(jīng)由拱座傳遞給基底邊界豎向樁基荷載的最大值為47 512 kN，中心豎向樁基荷載的最大值為37 568 kN。假設(shè)有效樁長(zhǎng)le未知，且樁端承載力作為安全儲(chǔ)備，利用樁基承載力估值式(2)反分析，得到有效樁長(zhǎng)。豎樁圓形斷面的直徑為3.50 m，橫斷面周長(zhǎng)為11.0 m，橫斷面面積為9.6 m2，強(qiáng)風(fēng)化泥巖和泥灰?guī)r的側(cè)摩阻力標(biāo)準(zhǔn)值為120 kPa。

經(jīng)計(jì)算得到：邊界豎樁有效樁長(zhǎng)為48.4 m，中心豎樁有效樁長(zhǎng)為33.4 m。

2) 基底側(cè)邊的斜樁

根據(jù)橋梁荷載，經(jīng)由拱座傳遞給基底邊界斜樁的荷載為37 079 kN，中心斜樁的荷載為33 411 kN。假設(shè)有效樁長(zhǎng)le未知，且樁端承載力作為安全儲(chǔ)備，利用樁基承載力估值式(2)反分析，得到有效樁長(zhǎng)。斜樁城門(mén)洞形的直邊高度為2.62 m、頂部半徑為1.50 m，底寬為3.00 m，橫截面周長(zhǎng)為12.95 m，橫截面面積為11.4 m2，強(qiáng)風(fēng)化泥巖和泥灰?guī)r的側(cè)摩阻力標(biāo)準(zhǔn)值為120 kPa。

經(jīng)計(jì)算得到：邊界斜樁有效樁長(zhǎng)為26.8 m，中心斜樁有效樁長(zhǎng)為22.1 m。

2.2.3.2 橋梁基本組合荷載工況

根據(jù)同樣的計(jì)算過(guò)程，將橋梁基本組合荷載工況的數(shù)據(jù)代入式(2)進(jìn)行反分析，得到樁基有效樁長(zhǎng)。

1) 基底豎樁

邊界豎向樁基的荷載為57 481 kN，中心豎向樁基的荷載為47 018 kN。邊界豎樁有效樁長(zhǎng)為63.5 m，中心豎樁有效樁長(zhǎng)為47.7 m。

2) 基底側(cè)邊的斜樁

邊界斜樁的荷載為44 284 kN，中心斜樁的荷載為39 849 kN。邊界斜樁的有效樁長(zhǎng)為36.0 m，中心斜樁的有效樁長(zhǎng)為30.3 m。

因此，豎樁和斜樁根據(jù)其位置的不同，取最大值作為最小樁長(zhǎng)考慮。

3 計(jì)算結(jié)果與分析

根據(jù)簡(jiǎn)化力學(xué)模型、地基及樁基，分別對(duì)單獨(dú)承載進(jìn)行假設(shè)，評(píng)價(jià)強(qiáng)風(fēng)化泥灰?guī)r地基承載安全和樁基的承載安全。

1) 假設(shè)作用于樁基的橋梁荷載全部均勻地作用于強(qiáng)風(fēng)化泥灰?guī)r地基，拱座在不同荷載工況下的基底應(yīng)力見(jiàn)表3。

表3 不同荷載工況下的基底應(yīng)力Table 3 Abutment basal stress under different load conditions

從表3中可以看出，所有工況的基底應(yīng)力均小于強(qiáng)風(fēng)化泥灰?guī)r深寬修正承載力(818.0 kPa)，地基承載安全。

2) 不同橋梁荷載工況下，推算出豎樁和斜樁的作用荷載，見(jiàn)表4。

從表4中可以看出，標(biāo)準(zhǔn)荷載組合下，無(wú)論是邊界(豎樁和斜樁)還是中心(豎樁和斜樁)，承受的橋梁荷載均小于規(guī)范公式估值(側(cè)摩阻力120 kPa)，滿(mǎn)足樁基承載力要求；基本荷載組合下，除邊界豎樁和斜樁承受的橋梁荷載不滿(mǎn)足樁基承載力要求(側(cè)摩阻力120 kPa)，其余樁基均滿(mǎn)足承載力要求。

3) 不同橋梁荷載工況下，利用推算，得到豎樁和斜樁的作用荷載。結(jié)合樁基承載力公式，反算得到不同類(lèi)型樁基不同工況下的有效樁長(zhǎng)，見(jiàn)表5。

從表5中可以看出，邊界豎樁設(shè)計(jì)樁長(zhǎng)不宜小于63.5 m，中心豎樁設(shè)計(jì)樁長(zhǎng)不宜小于48.4 m。當(dāng)前，豎樁設(shè)計(jì)樁長(zhǎng)為55 m，在邊界部位的長(zhǎng)度不足，在中心部位的長(zhǎng)度富裕；邊界斜樁的設(shè)計(jì)樁長(zhǎng)不宜小于36.0 m，中心斜樁的設(shè)計(jì)樁長(zhǎng)不宜小于30.3 m。當(dāng)前，斜樁設(shè)計(jì)樁長(zhǎng)為35.0 m，在邊界部位的長(zhǎng)度不足，在中心部位的長(zhǎng)度富裕。豎樁和斜樁的設(shè)計(jì)優(yōu)化可參考表5中的結(jié)果進(jìn)行計(jì)算。

表4 不同工況、不同類(lèi)型樁基傳遞的作用荷載Table 4 The bridge load transferred by the abutment acted on different types of piles under different load conditions

表5 不同類(lèi)型樁基、不同荷載工況下的有效樁長(zhǎng)Table 5 Optimal pile length of different type pile foundation under different load conditions

4 結(jié)論

本研究提出了一種簡(jiǎn)化的拱座安全性評(píng)價(jià)的力學(xué)模型。利用該簡(jiǎn)化模型，評(píng)價(jià)了依托工程拱座地基承載安全、豎樁和斜樁承載安全，得到的結(jié)論為：

1) 考慮深、寬修正時(shí)，基底應(yīng)力滿(mǎn)足強(qiáng)風(fēng)化泥巖地基承載安全。

2) 考慮到實(shí)際工程中側(cè)摩阻力隨著深度的增加而有所增加，因此豎樁和斜樁的樁基實(shí)際受力滿(mǎn)足樁基承載安全。

3) 邊界豎樁和斜樁實(shí)際受力偏大，中間樁實(shí)際受力相對(duì)偏小。因此，可以增加邊界樁的樁長(zhǎng)，減小中間樁的樁長(zhǎng)。