软土地基中桩基纠偏的有关分析与计算.doc

软基中桩基移位的受力分析、计算及纠偏摘 要：软土中的桩、柱在邻近路基超载土压力作用下发生移位，分析和计算其受力情况，并就桩的纠偏措施进行介绍。关键词：桩基； 移位； 分析； 计算； 纠偏31 概述揭（阳）普（宁）高速公路霖磐互通立交位于揭东县霖磐镇以东约600m处，采用喇叭型全互通全封闭立体交叉。桩号为K9+860.1K10+788.3，全长928.2m，基础采用钻孔灌注摩擦桩，桩径1.3m，柱式墩，上部结构采用预应力与非预应力相结合的钢筋砼连续箱梁，单幅桥面净宽13m，单向三车道。立交桥位地层由第四系覆盖层和基底组成。第四系覆盖层沉积厚度18.142.5m，主要由表层亚粘土（厚度为13.2m），淤泥（厚度4.014.1m），冲击成因的粘性土（厚度0.9m5.0m），砂性土（厚度1.4m7.1m）及坡积成因的淤泥质亚粘土（厚度1.1m3.1m）组成。表层的物理性质如下表：岩层天然含水量（）孔隙比（e）液性指数（IL）内摩擦角（）凝聚力（c）Kpa压缩系数（Cv）Mpa-1亚粘土34.953.1%0.9681.4630.260.95淤泥68.210.1%1.9912.9492.103.902.67.07.713.20.1780.93霖磐互通立交CC匝道路基从主线19#、20#墩之间穿过，该处亚粘土厚2.6m，淤泥层厚8.6m，地基采用袋装砂井处理，土方超载预压，路基填土厚度（包括超载土方）4m，路基顶宽10m。19#、20#墩桩基、系梁、立柱均施工好后才填筑路基土方。2 桩柱移位 路基填筑约一个月后，墩位处地基土沿系梁方向出现裂缝，经多次复测，桩柱移位情况如下（均相对于设计坐标）： 偏移值（mm）观测日期ZX19#墩ZX20#墩备注L1L2R1R2R3L1L2R1R2R32002年9月20日91064634948施工偏差2002年11月22日303440323734302932362002年11月26日36422002年12月30日504845404945353739503 桩基内力的分析与计算ZX-19#、20#墩桩长均为45m，桩的入土深度与桩的变形系数满足h2.5/（=0.07634，计算过程略），则桩为弹性桩，不考虑桩土间的粘着力和摩阻力，只考虑路基土方对桩的水平推力，且桩土协调变形，任一深度Z处所产生的桩侧土水平抗力与该点水平位移Xz成正比，即ZX=CXZ 且地基系数C随深度成正比增长，即C=mZ。采用“m”法计算桩基内力。桥位处软土主要为流塑性淤泥层，取地基土比例系数m=5KN/m43.1 桩的计算宽度b1=kfk0kd=0.9（1+1/1.3）11.3=2.07kf形状换算系数，查表得kf=0.9k0受力换算系数，k0=1+1/dk桩间的相互影响系数，查表得k=13.2 桩的挠曲线方程假定桩顶受水平荷载Q0及弯距M0，此时桩发生弹性挠曲，桩侧土产生横向抗力zx。则桩的挠曲线方程：EId4xz/dz4=-q=-zxb1=-mzxzb1，整理得：d4xz/dz4+5zxz=0，其中桩的变形系数=（mb1/EI）1/5 由挠度xz与转角z、弯距Mz和剪力Qz之间的关系： z=dxz/dx Mz=EI d2xz/dz2Qz=EI d3xz/dz3在Z=0的地面处，桩的水平位移、转角和剪力分别以x0、0、M0和Q0表示，则桩身任一截面的水平位移：xz= x0A1+0B1/+M0C1/EI2+ Q0D1/3EI对xz求导得桩身任一截面的转角z、弯矩Mz及剪力Qz如下：z/= x0A2+0B2/+ M0C2/EI2+ Q0D2/3EIMz/ EI2= x0A3+0B3/+ M0C3/EI2+ Q0D3/3EI （I）Qz/3EI= x0A4+0B4/+ M0C4/EI2+ Q0D4/3EI （II）由zx= Cxz= mzxz，求得桩侧土抗力：zx=mzxz=mz（x0A1+0B1/+M0C1/EI2+ Q0D1/3EI）其中x0、0需根据桩底边界条件来确定。摩擦桩在外荷作用下，桩底将产生位移xh、h。当桩底产生转角位移h时，桩底的弯矩值Mh=A0xdNx=-A0x2hC0d A0=-h C0A0x2 d A0=-h C0IA0桩底面积 I0桩底面积对其重心轴的惯性矩C0基底土的竖向地基系数 C0=m0h由于忽略桩与桩底土间的摩阻力，所以认为Qh=0，这是另一个边界条件将上述两个边界条件代入（I）、（II）两式得：Mh= EI2（x0A3+0B3/+ M0C3/EI2+ Q0D3/3EI）=-h C0IQh=3EI（x0A4+0B4/+ M0C4/EI2+ Q0D4/3EI）=0且h=（x0A2+0B2/+ M0C2/EI2+ Q0D2/3EI）联立求解，并令C0I0/EI=Kh可得：x0= AxQ0/3EI+BxM0/2EI 0= -（AQ0/2EI+BM0/EI） 式中：Ax=（B3D4-B4D3）+Kh（B2D4-B4D2）/（A3B4-A4B3）+ Kh（A2B4-A4B2） Bx=（B3C4-B4C3）+Kh（B2C4-B4C2）/（A3B4-A4B3）+ Kh（A2B4-A4B2） A=（A3D4-A4D3）+Kh（A2D4-A4D2）/（A3B4-A4B3）+ Kh（A2B4-A4B2） B=（A3C4-A4C3）+Kh（A2C4-A4C2）/（A3B4-A4B3）+ Kh（A2B4-A4B2）根据分析，摩擦桩h2.5时，Mh几乎为零，且此时Kh对Ax、Bx等影响极小，可以认为Kh=0，则式可简化为x0= AxQ0/3EI+BxM0/2EI 0= -（AQ0/2EI+BM0/EI）式中：Ax=（B3D4-B4D3）/（A3B4-A4B3） Bx=（B3C4-B4C3）/（A3B4-A4B3） A=（A3D4-A4D3）/（A3B4-A4B3） B=（A3C4-A4C3）/（A3B4-A4B3） Ax、Bx、A、B均为Z的函数，查公路基规可得：Ax=2.50174 Bx=1.64076 A=-1.64076 B=-1.757283.3 桩身的最大弯矩根据实测，桩顶最大位移x0=0.05m，倾斜角度0=0.00111故将x0=0.05，0=0.00111代入式得：0.05= AxQ0/3EI+BxM0/2EI 0.00111=-（AQ0/2EI+BM0/EI）将Ax=2.50174 Bx=1.64076 A=-1.64076 B=-1.75728代入上式解得：Q0=116.5KN M0=-1616.9KNm又最大弯矩截面处剪力Q=0，则CQ=M0/Q0=-1.05952，查表得Z=2.2，Am=0.46583，Bm=0.29956最大弯距Mmax=AmQ0/+ Q0BmCR/=226.5 KNm3.4 桩身材料截面强度验算桩身钢筋为22根25II级钢筋Ag=10.7910-3m2，Rg=340Mpa，配筋率：=Ag/r2=0.8%桩身砼标号为C25，取ag=0.08m，Ra=14.5Mpa查表得:jg=0.55，c=1.25受压区宽度：x=RgAg/Rad=34010.7910-3/14.51.3=195mmjgd0=0.55（1300-8）=711mm桩基抗弯承载能力：Mu=Rad（d0-x/2）/c=14.51300195（1292-195/2）/1.25=3512.5106Nmm=3512.5KNmMmax=226.5KNm桩身材料足够安全，不验算桩身裂缝。四 桩柱纠偏 经过对在路基土压力作用下桩身的受力分析与计算，桩土协调变形处于弹性范围内，则可采用卸载反压的方法进行桩身纠偏，即卸掉路基土方至原地面，反方向填筑约5m宽，1.5m高的土堤。经过约一个星期的卸载反压，桩柱基本回复至施工桩位，检测结果如下（与设计坐标相比）：桩号ZX-19#墩ZX-20#墩备注L1L2R1R2R3L1L2R1R2R3偏移值（mm）8118775712810五 结束语在珠江三角洲地区和沿海一带软基普遍存在，这对路桥建设极为不利，容易失稳，特别容易造成路桥结合部位桥梁桩基的移位甚至损坏。在软基地段进行路桥建设时，必须加强地质勘探工作，详细查明地质情况。当采用堆载预压对地基进行处理时，应充分考虑堆载对桥梁桩位的影响，并尽可能在地基处理完毕后才组织桩基的施工。 当然，一旦桩基受到影响，发生移位或损坏，亦不必惊慌失措，应立即组织相关专业技术人员，进行详细的计算、分析与研究，采取有效的措施，彻底消除工程质量隐患。参考文献：1 交通部部标准公路桥涵地基与基础设计规范（JTJ024-85