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1不等長(zhǎng)和不等徑樁及不對(duì)稱樁群樁剛度計(jì)算

對(duì)于等長(zhǎng)等徑且對(duì)稱的群樁，每根樁的剛度一樣，群樁的剛度中心和群樁的形心位置重合;當(dāng)存在不等長(zhǎng)樁、不等徑樁或不對(duì)稱樁時(shí)，群樁中各樁的剛度會(huì)不相等，剛度中心和形心位置偏離。對(duì)于這種情況，仍然可以使用m值法計(jì)算單樁分配力，只是使用前，需要重新計(jì)算群樁的剛度中心，得出每根樁相對(duì)于剛度中心的x、y坐標(biāo)，然后參與m值法計(jì)算，剛度中心的計(jì)算步驟為:計(jì)算各樁的剛度ρ1式(1)中各參數(shù)的含義參見(jiàn)《規(guī)范》，不等長(zhǎng)樁的h值不同，C0A0可能不同，不等徑樁的A值不同。計(jì)算群樁剛度中心的x坐標(biāo)x0如圖1所示，設(shè)各樁的剛度為ρ11，ρ21，各樁到1號(hào)樁沿x坐標(biāo)的距離為。同理可以計(jì)算y0。3單樁水平承載力的計(jì)算單樁水平承載力的計(jì)算可以參照J(rèn)GJ94－2008《建筑樁基技術(shù)規(guī)范》第5．7．2條的有關(guān)規(guī)定，當(dāng)樁身配筋率小于0.65%的灌注樁的單樁水平承載力為Rha=0．75αγmftW0νM(1.25+22ρg)1±ζNNkγmftA[]n(2)式中:α樁的水平變形系數(shù)，按《規(guī)范》確定;Rha單樁水平承載力，±號(hào)根據(jù)樁頂豎向力性質(zhì)確定;γm樁截面模量塑性系數(shù)，圓形截面γm=2，矩形截面γm=1.75;ft樁身混凝土抗拉強(qiáng)度設(shè)計(jì)值;W0樁身?yè)Q算截面受拉邊緣的截面模量，圓形截面為:W0=(πd/32)［d2+2(αE－1)ρgd02］，方形截面為:W0=(b/6)［b2+2(αE－1)ρgb02］，其中d為樁直徑，d0為扣除保護(hù)層厚度的樁直徑;b為方形截面邊長(zhǎng)，b0為扣除保護(hù)層厚度的樁截面寬度;αE為鋼筋彈性模量與混凝土彈性模量的比值;νM樁身最大彎矩系數(shù)，參考《建筑樁基技術(shù)規(guī)范》，按表1取值，當(dāng)單樁基礎(chǔ)和單排樁基縱向軸線與水平方向相垂直時(shí)，按樁頂鉸接考慮;ρg樁身配筋率;An樁身?yè)Q算截面積，圓形截面An=(πd2/4)［1+(αE－1)ρg］，方形截面An=b2［1+(αE－1)ρg］;ξN樁頂豎向力影響系數(shù)，豎向壓力取0.5，豎向拉力取1.0;Nk樁頂?shù)呢Q向力(kN)。當(dāng)樁的水平承載力由水平位移控制，可按式估算樁身配筋率不小于0.65%的灌注樁的單樁水平承載力:Rha=0．75α3EIνxχ0a式中:EI樁身抗彎剛度。對(duì)于鋼筋混凝土樁，EI=0．85EcI0;其中Ec為混凝土彈性模量，I0為樁身?yè)Q算截面慣性矩;圓形截面為I0=W0d0/2;矩形截面I0=W0b0/2;χ0a樁頂允許水平位移;νx樁頂水平位移系數(shù)，按取值。取值方法同νM。

2不良地質(zhì)情況樁基計(jì)算

在遇到不良地質(zhì)情況時(shí)，采用《規(guī)范》方法計(jì)算樁基，應(yīng)注意參數(shù)的取值，具體如下。陡坡處自由樁長(zhǎng)計(jì)算陡坡上橋梁墩臺(tái)基礎(chǔ)受力有別于平原區(qū)。陡坡地區(qū)相鄰墩臺(tái)間地面高差較大，承臺(tái)下樁身側(cè)面由于受其它墩臺(tái)的刷方影響，樁側(cè)土體已不能提供足夠的土抗力及有效的摩阻力，樁基計(jì)算時(shí)需考慮一定長(zhǎng)度的自由樁長(zhǎng)保證橋梁的安全，計(jì)算方法如所示。其中φ為土的內(nèi)摩擦角，β=45°－φ/2，L=2．5/α，計(jì)算得自由樁長(zhǎng)L0。近陡坡側(cè)樁身至刷坡線的水平距離為d，當(dāng)d取值在10～15倍樁徑時(shí)，對(duì)應(yīng)的自由樁長(zhǎng)L''''0。最后自由樁長(zhǎng)的取值為max{L0，L''''0}4．2濕陷性黃土摩阻力取值濕陷性黃土地基受水浸濕后，其物理力學(xué)性質(zhì)隨之改變，在土的自重或附加荷重的作用下，將發(fā)生突然沉陷現(xiàn)象，計(jì)算時(shí)應(yīng)考慮地下水位變動(dòng)區(qū)濕陷性黃土的負(fù)摩阻力和水平地基比例系數(shù)的調(diào)整根據(jù)某線實(shí)驗(yàn)報(bào)告)，濕陷性黃土的負(fù)摩阻力不與地震力組合。地震液化土層力學(xué)指標(biāo)的折減在地震期間，樁基不但要承受原有的豎向荷載，而且還要承受地震作用產(chǎn)生的新增荷載。然而土層的液化又使得承載力大大降低，故對(duì)液化土的樁周摩阻力及樁水平抗力進(jìn)行折減，折減原則見(jiàn)《鐵路工程抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》C．0．1。在主震后的一段時(shí)間內(nèi)，土層液化使得樁基摩擦力大大減少，甚至喪失殆盡。此時(shí)，樁基驗(yàn)算應(yīng)將液化土層的摩擦力和水平抗力均按零考慮。此段時(shí)間內(nèi)還有可能發(fā)生余震，為使設(shè)計(jì)偏于安全，應(yīng)考慮部分地震作用，可參照《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》中規(guī)定，地震后地震作用按地震影響系數(shù)最大值αmax的10%取用，再加上靜力荷載進(jìn)行計(jì)算。巖溶區(qū)樁端頂板安全厚度的計(jì)算，按彎矩控制估算當(dāng)溶洞頂板巖層比較完整、層理較厚、強(qiáng)度較高、溶洞跨度大時(shí)(大于3倍直徑)，彎矩是主要控制條件，可按梁板受力情況計(jì)算，最小設(shè)計(jì)持力層板厚為:H=［6M/(q［σ］)］0．5(4)式中:q溶洞頂板自重加上覆蓋土層均布荷載(kN/m);［σ］取灰?guī)r1/10容許抗壓強(qiáng)度(MPa);M彎矩。根據(jù)頂板巖石的完整性，分別按簡(jiǎn)支梁、懸臂梁和固端梁3種情況計(jì)算:當(dāng)溶洞頂板四周完整，樁基基地(即溶洞頂板跨中)有裂縫，按懸臂梁計(jì)算:M=ql2/2+pl(5)(2)當(dāng)溶洞頂板四周有裂縫，樁基基地(即溶洞頂板跨中)完整，按簡(jiǎn)支梁計(jì)算:M=ql2/8+pl/4當(dāng)溶洞頂板均完整時(shí)，按固端梁計(jì)算:M=ql2/12+0．7pl/4(7)式中:p樁尖對(duì)溶洞頂板的集中作用力。當(dāng)樁底設(shè)置在第二層溶洞以下時(shí)，不考慮覆蓋土層均布荷載作用產(chǎn)生的彎矩。對(duì)于固端梁，集中彎矩按0.7倍得簡(jiǎn)支梁計(jì)算。按剪切應(yīng)力控制估算當(dāng)溶洞頂板巖層完整、巖體強(qiáng)度高但洞跨較小時(shí)(小于3倍樁徑)，抗剪切力是溶洞頂板破壞的主要控制條件:H=(q+p)/(τl)(8)式中:q溶洞頂板自重加上覆蓋土層均布荷載(kN/m);p樁尖對(duì)溶洞頂板的集中力(kN);τ對(duì)于灰?guī)r取1/12容許抗壓強(qiáng)度(MPa);l溶洞平面周長(zhǎng)(m)。根據(jù)以上2種力學(xué)模式計(jì)算，考慮安全系數(shù)后，決定采用3m和4m微風(fēng)化完整頂板，作為樁基終孔最小控制溶洞頂板厚度。置于巖溶地區(qū)溶槽或溶溝處的樁基礎(chǔ)，當(dāng)樁穿過(guò)溶槽、溶溝內(nèi)的填充土支立于溶槽底面或溶溝底面的巖層上的時(shí)候，可按支立于一般巖層上的柱樁分析方法進(jìn)行內(nèi)力分析。如果溶洞頂板很薄，而溶洞內(nèi)的底面很深，且洞內(nèi)填充土密實(shí)穩(wěn)定，具有足夠強(qiáng)度，則樁底可穿過(guò)溶洞的頂板置于溶洞內(nèi)的填充土層內(nèi)而不置于溶洞的底板上，樁基可按摩擦樁設(shè)計(jì)。

3結(jié)束語(yǔ)

推導(dǎo)出不等長(zhǎng)樁、不等徑樁、不對(duì)稱樁的計(jì)算方法，在巖溶區(qū)和補(bǔ)樁設(shè)計(jì)中應(yīng)用較多，較好地解決了實(shí)際問(wèn)題。在山區(qū)鐵路，地面起伏較大，不可避免地將橋墩設(shè)在上坡上，造成較大的水平力，需要驗(yàn)算樁基的水平承載力。借用《建筑樁基技術(shù)規(guī)范》中的有關(guān)規(guī)定能彌補(bǔ)《鐵路橋梁地基和基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范》的不足。各種不良地質(zhì)情況下，樁基計(jì)算參數(shù)有的需要折減、有的需要增加，使得最大限度地模擬實(shí)際情況，這里面不乏經(jīng)驗(yàn)參數(shù)，需要認(rèn)真總結(jié)。

作者：高欣梅單位：鐵道第三勘察設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司