劉澤華
(貴州智恒工程勘察設(shè)計(jì)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(yàn)算
劉澤華
(貴州智恒工程勘察設(shè)計(jì)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(yán)重時(shí)甚至影響到橋梁結(jié)構(gòu)的安全,造成無法挽回的經(jīng)濟(jì)損失。本文結(jié)合某工程實(shí)例重點(diǎn)介紹了樁基存在缺陷后的豎向承載力驗(yàn)算方法,希望能對從事橋梁結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的同行朋友提供有益參考。
樁基;安全;承載力;驗(yàn)算
某大橋?yàn)?×30 m裝配式預(yù)應(yīng)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(chǔ)和擴(kuò)大基礎(chǔ),樁基直徑2.0 m;兩岸橋臺均采用肋板式橋臺,樁基礎(chǔ),每個(gè)橋臺承臺底設(shè)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(jìn)行檢測發(fā)現(xiàn),終點(diǎn)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(yán)重畸變,該段樁基有嚴(yán)重缺陷,對整個(gè)樁基承載力有一定不利影響,故需對4-4號樁基進(jìn)行相關(guān)承載力驗(yàn)算分析。
2.1計(jì)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(yīng)平面桿系模型,通過有限元分析計(jì)算,得到4號橋臺上相應(yīng)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(shí)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(guān)作用),并采用大型有限元軟件ANSYS進(jìn)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(shí)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(jì)算荷載
按照現(xiàn)行有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范計(jì)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(jì)算分析得出,荷載效應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)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(jì)算
按《公路橋涵設(shè)計(jì)通用規(guī)范》(JTG D60—2015)第4.2.3條,臺后主動(dòng)土壓力為:
式中:E為主動(dòng)土壓力標(biāo)準(zhǔn)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(jì)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(jì)算得出作用于橋臺結(jié)構(gòu)的主動(dòng)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(jì)算可得4號臺承臺底以上橋梁結(jié)構(gòu)對4個(gè)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(yàn)算結(jié)果
(1)對4-4號樁基承載力按摩擦樁進(jìn)行計(jì)算,而不計(jì)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(chǔ)設(shè)計(jì)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(jì)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(dāng)自重計(jì)入浮力時(shí),置換土重也計(jì)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(chǔ)設(shè)計(jì)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(gè)樁基承載力的貢獻(xiàn),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(jìn)行計(jì)算,而不計(jì)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。
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(yīng)對其進(jìn)行承載力驗(yàn)算,根據(jù)驗(yàn)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(shí)例重點(diǎn)介紹了樁基存在缺陷后的豎向承載力驗(yàn)算方法,該方法簡捷、實(shí)用、可靠。然而就計(jì)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(yīng)該分析其原因和采取必要的措施。在進(jìn)行此類工程設(shè)計(jì)時(shí),應(yīng)做到合理可行、安全可靠;施工時(shí)做到嚴(yán)格按照設(shè)計(jì)、規(guī)范、規(guī)程操作,加強(qiáng)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(chǔ)設(shè)計(jì)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(shè)計(jì)通用規(guī)范(JTG D60-2015)[S].人民交通出版社,2015.
[3] 李克釧.基礎(chǔ)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。