大傾角巖層順層坡樁基設(shè)計(jì)

江勇

摘 要：本文通過對(duì)大傾角巖層順層邊坡的樁基受力情況分析，結(jié)合工程實(shí)際，提出了大傾角巖層順層邊坡的樁基長(zhǎng)度取值方法。

關(guān)鍵詞：大傾角巖層;順層坡;樁基設(shè)計(jì)

1 背景簡(jiǎn)介

隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)建設(shè)的發(fā)展，脫貧攻堅(jiān)的逐步推進(jìn)，道路工程穿山越嶺，各種復(fù)雜地質(zhì)情況均會(huì)遇見。大傾角（一般指邊坡坡度大于30度）的順層邊坡地質(zhì)時(shí)在坡腳開挖時(shí)會(huì)引起上部巖層滑動(dòng)。當(dāng)路線不可避免穿越大傾角順層邊坡地質(zhì)時(shí)，若路基設(shè)計(jì)標(biāo)高距離坡頂距離小，路基可采用挖方的方式通過，上部巖層需采用清方的方式處理;若路基設(shè)計(jì)標(biāo)高距離坡頂距離較大時(shí)，因巖層滑坡會(huì)導(dǎo)致防護(hù)工程量巨大，或者因清方導(dǎo)致開挖工程量大，且對(duì)周圍環(huán)境造成嚴(yán)重不良影響。為避免路基開挖引起大規(guī)模山體滑動(dòng)，可采用抬高路基設(shè)計(jì)標(biāo)高，設(shè)置橋梁的方式跨越。設(shè)置橋梁對(duì)邊坡的擾動(dòng)范圍較小，影響范圍僅限墩臺(tái)基礎(chǔ)部分，對(duì)邊坡的穩(wěn)定性和公路自身結(jié)構(gòu)的安全性較好。對(duì)橋梁結(jié)構(gòu)而言，順層坡地帶設(shè)置擴(kuò)大基礎(chǔ)開挖量大，對(duì)山體擾動(dòng)明顯，影響地基承載力，不利于邊坡的穩(wěn)定和基礎(chǔ)的穩(wěn)定，而設(shè)置樁基礎(chǔ)時(shí)，因其截面面積小，所以影響范圍小，對(duì)山體破壞較小，成為較好的基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)形式。

因此，工程上對(duì)如何在大傾角巖層順層邊坡上設(shè)計(jì)橋梁樁基提出了具體的要求。本文通過對(duì)貴州某工程項(xiàng)目的設(shè)計(jì)分析，討論了此類不良地質(zhì)情況下的樁基設(shè)計(jì)及長(zhǎng)度取值方法。

2 地形地質(zhì)概況

本項(xiàng)目位于貴州省北部，橋位處地質(zhì)為構(gòu)造剝蝕、流水侵蝕中低溝谷地貌，溝谷較狹窄，為“V”字型，基巖裸露，斜坡陡峭，巖層產(chǎn)狀為145°∠52°，巖層性質(zhì)為灰?guī)r，橋位區(qū)路線走向?yàn)?6°，與巖層走向之間夾角為1°，巖層為順層坡。路基設(shè)計(jì)標(biāo)高與坡頂高差約130 m，若采用挖方路基，一般的防護(hù)措施不能保證缺失底部支撐的順層坡巖層的安全性，若不設(shè)置防護(hù)而采用清除路基底部以上順層坡的方式會(huì)導(dǎo)致開挖工程量巨大。若采用填方路基，路基外側(cè)需設(shè)置擋墻，擋墻基礎(chǔ)開挖同樣會(huì)導(dǎo)致順層坡底部缺乏支撐，面臨挖方路基同樣問題。所以工程設(shè)計(jì)可采用提高路面設(shè)計(jì)標(biāo)高，設(shè)置橋梁的方式通過，從而避免對(duì)順層坡的開挖和擾動(dòng)。

3 橋型設(shè)置

路面高度僅需保證橋梁施工不對(duì)邊坡產(chǎn)生影響即可，因此橋梁高度總體不高，采用小跨徑16 m的普通鋼筋混凝土連續(xù)箱梁，可減小樁基所承受荷載，且降低施工難度，有利于支架的搭設(shè)。本橋橋臺(tái)設(shè)置在順層坡范圍以外不受順層坡影響。橋墩采用柱式墩，樁基直徑采用1.6 m，設(shè)計(jì)樁長(zhǎng)15 m，樁基直接嵌入基巖。

4 樁基受力分析

根據(jù)《公路橋涵地基與基礎(chǔ)規(guī)范》JTG3363-2019第6.1.1條規(guī)定，樁基應(yīng)根據(jù)使用功能和受力特征分別進(jìn)行樁基整體或單樁的豎向承載能力和水平承載能力的驗(yàn)算;對(duì)位于坡地、岸邊的樁基，應(yīng)驗(yàn)算其在最不利荷載組合效應(yīng)下的整體穩(wěn)定性。

對(duì)于地面較平坦位置的樁基，其受力主要為上部結(jié)構(gòu)自重，墩柱和樁基的自重，汽車荷載，溫度效應(yīng)產(chǎn)生的水平力，樁端基巖提供的反力，以及樁基與巖土的摩擦力。

然而對(duì)于處于斜坡地段的樁基，其有可能受到的力還包括巖土層間相對(duì)滑動(dòng)產(chǎn)生的剪力。因此，對(duì)于處在大傾角順層坡地段的樁基受力分析，需重視巖層間相對(duì)滑動(dòng)的剪力對(duì)樁基安全性的影響。

對(duì)于斜坡地段的樁基，可參照抗滑樁設(shè)計(jì)，通過相關(guān)巖土力學(xué)軟件計(jì)算樁基承受巖土剪力，從而計(jì)算樁基的承載力。

本項(xiàng)目樁基直徑為1.6 m，主筋設(shè)置為28根直徑32 cm的HRB400鋼筋，采用midas建模分析，樁基與巖土之間的相互作用采用土彈簧模擬，采用m計(jì)算土彈簧彈性系數(shù)，并根據(jù)可能發(fā)生的滑動(dòng)情況計(jì)算的附加剪力計(jì)入外力分析樁基的承載能力。計(jì)算模型如圖所示：

其余計(jì)算略。根據(jù)計(jì)算結(jié)果，樁基承載力滿足要求。

5 樁長(zhǎng)取值

根據(jù)本地區(qū)工程經(jīng)驗(yàn)，斜坡地段的樁基頂端部分長(zhǎng)度不計(jì)入樁基有效長(zhǎng)度，持力層為傾斜巖層時(shí)，剛?cè)霂r部分樁基長(zhǎng)度不計(jì)入有效嵌巖深度。樁基有效嵌巖深度計(jì)算方式為：

以樁基邊緣至基巖斜坡邊緣距離不小于3D（D為樁基直徑）為樁基嵌巖深度起算點(diǎn)，以下部分即為樁基有效嵌巖深度。一般嵌巖深度按3D設(shè)置，本橋橋墩樁基設(shè)計(jì)長(zhǎng)度取15 m。

6 結(jié)論

根據(jù)本項(xiàng)目大傾角順層坡的樁基受力計(jì)算分析，在此類不利地質(zhì)條件下，需重視順層坡巖層的相對(duì)滑動(dòng)對(duì)樁基受力的影響，設(shè)置的樁基直徑及配筋量均需比常規(guī)平坦地質(zhì)情況下設(shè)置的大。本例為以后此種地質(zhì)條件下的樁基設(shè)計(jì)提供了計(jì)算實(shí)例。

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