（岩土工程专业论文）长大直径桩承载力受桩孔垂直度影响的分析.pdf

硕士学位论文 摘要 长大直径钻孔灌注桩因其成桩技术的成熟已成为目前桥梁工程桩基础最 常用的基础型式之一，在桩基成孔过程中，垂直度控制是贯穿始终的关键技术 之一。桩孔垂直度若控制不好，直接影响到导管与钢筋笼的下放、成孔的质量 与桩基承载力的发挥等。本文基于桩土体系荷载传递原理，针对实体工程具体 的工程地质条件，运用a n s y s 高级有限元分析软件深入、系统地研究了垂直 度变化对桩基承载力的影响规律。 本文具体的研究工作如下： 1 系统收集整理了平潭海峡大桥的工程地质概况与桩基础的主要设计技 术指标，为有限元数值分析计算方案的确定、计算模型的建立与材料参数的选 取提供理论依据； 2 运用a n s y s 有限元技术，分析了在不同工况下垂直度的变化对承载力 的影响规律，为桩孔垂直度控制建议值的提出提供理论支撑； 3 基于有限元数值分析的成果，结合理论计算分析，提出了桩孔垂直度的 控制建议值，对垂直度的主要控制技术进行了工程效果评价。 本文提出了桩长小于7 0 m 和大于7 0 m 的桩的垂直度控制建议值分别为小 于1 o 和0 5 ，在此基础上提出相应的大直径深长桩的垂直度控制方法，科 学地解决了复杂海洋环境、复杂地质条件下的长大直径桩成孔过程中的垂直度 问题。论文研究成果可为今后同类工程桩基础的设计与施工提供参考，并为理 论研究提供案例，具有一定的工程应用价值。 关键词：桥梁工程；长大直径桩；垂直度控制：承载力特性；工程适用性 a b s t r a c t b e t a u s eo fi t sp r o f i c i e n tp i l i n gt e c h n o l o g y ，l o n ga n dl a r g ed i a m e t e rb o r e dp i l e h a sb e c c l m eo n eo ft h em o s tc o m m o nt y p eo fb r i d g ep i l ef o u n d a t i o n ，t h ec o n t r o l t e c h n o l o g yo fv e r t i c a ld e g r e ei so n eo f t h ek e yt e c h n o l o g i e sd u r i n gt h ew h o l eb o r i n g p r o c e s s i ft h ep i l ev e r t i c a l i t yd o e sn o tc o n t r o lp r o p e r l y i tw i l l d i r e c t l ya f f e c tt h e i n s t a l l a t i o no ft h ec a t h e t e ra n dr e i n f o r c e m e n tc a g e ，t h eq u a l i t yo f t h eb o r i n gp i l ea n d t h ep l a yo ft h ep i l eb e a r i n gc a p a c i t y ，a n ds oo n b a s e do np r i n c i p l e so fp i l e 。s o i ll o a d t r a n s f e fs v s t e ma n dt h es p e c i f i cg e o l o g i c a lc o n d i t i o n s ，t h ee f f e c to fv a r i a t i o nf o rt h e v e r t i c a ld e g r e eo nt h eb e a r i n gc a p a c i t yo fl o n ga n dl a r g ed i a m e t e rb o r e dp i l e i s s t u d i e dd e e p l ya n ds y s t e m a t i c a l l yu s i n ga n s y s s o f t w a r e t h em a i nw o r ki nt h et h e s i si sa sf o l l o w s ： 1 t h ee n g i n e e r i n gg e o l o g ya n dt h em a i nd e s i g ns p e c i f i c a t i o n s o fp i l e f o u n d a t i o no ft h ep i n g t a ns t r a i tb r i d g ei ss y s t e m a t i c a l l yc o l l e c t e d ，i tc a np r o v i d ea t h e o r e t i c a lb a s i st ot h ee s t a b l i s h m e n to ft h ec a l c u l a t i o ns c h e m eo f n u m e r i c a la n a l y s i s ， t h ef o u n do ft h ec a l c u l a t i o nm o d e la n dt h es e l e c t i o no fm a t e r i a lp a r a m e t e r s ； 2 。u s i n ga n s y sf i n i t ee l e m e n tt e c h n i q u e s ，t h ee f f e c t o fv e r t i c a ld e g r e eo n b e a r i n gc a p a c i t yu n d e rt h ed i f f e r e n tc o n d i t i o n si sa n a l y s e d i nt h et h e s i s ，i tc a n p r o v i d et h e o r e t i c a ls u p p o r tt ot h ep r o p o s a lo f t h es u g g e s t e dv a l u eo fv e r t i c a ld e g r e e c o n t r o l ； 3 b a s e do nt h er e s u l t so ff e ma n a l y s i s a n dt h e o r e t i c a lc a l c u l a t i o n ，t h e s u g g e s t e dv a l u eo fv e r t i c a ld e g r e ec o n t r o lo ft h ep i l ei sp r o p o s e d ，a n d t h ee v a l u a t i o n e f f e c to ne n g i n e e r i n go ft h em a i nv e r t i c a ld e g r e ec o n t r o lo ft h ep i l e si sa l s om a d e w h e nt h ep i l el e n g t hi sl e s st h a n7 0 m ，t h es u g g e s t e d v a l u eo ft h ev e r t i c a ld e g r e e c o n t r o li sl e s st h a n1 0 ；w h e nt h ep i l el e n g t hi sg r e a t e rt h a n7 0 m ，i ti s l e s st h a n o 5 b a s e do ni t ，t h ec o r r e s p o n d i n gv e r t i c a ld e g r e ec o n t r o lo rt h el a r g ed i a m e t e r a n d1 0 n gp i l ei sp o s e di nt h et h e s i s ，t h ep r o b l e m sa b o u tt h ev e r t i c a ld e g r e eo f t h e 1 0 n ga n d1 a r g ed i a m e t e rb o r e dp i l ed u r i n gt h eb o r i n gp r o c e s si s s o l v e ds c i e n t i f i c a l l y u n d e rt h ec o m p l e xm a r i n ee n v i r o n m e n ta n dc o m p l i c a t e dg e o l o g i c a lc o n d i t i o n s t h e r e s u i t sc a np r o v i d er e f e r e n c e st od e s i g na n dc o n s t r u c t i o no fp i l ef o u n d a t i o nf o rt h e f u t u r es i m i l a rp r o j e c t ，i ta l s oo f f e r sac a s ef o rt h e o r e t i c a lr e s e a r c ha n dh a sac e r t a i n v a l u eo fe n g i n e e r i n ga p p l i c a t i o n k e yw o r d s ：b r i d g ee n g i n e e r i n g ；l o n ga n dl a r g ed i a m e t e rb o r e dp i l e ；v e r t i c a l d e g r e ec o n t r o l ；b e a r i n gc a p a c i t y ；e n g i n e e r i n ga p p l i c a b i l i t y i i 兰州理工大学学位论文原创性声明和使用授权说明 原创性声明 本人郑重声明：所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所 取得的研究成果。除了文中特别加以标注引用的内容外，本论文不包含任 何其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。对本文的研究做出重要贡 献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的 法律后果由本人承担。 作者签名： 搭c 廖瑾 f 日期：劢f 口年易月占日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，即： 学校有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许 论文被查阅和借阅。本人授权兰州理工大学可以将本学位论文的全部或部 分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段 保存和汇编本学位论文。同时授权中国科学技术信息研究所将本学位论文 收录到中国学位论文全文数据库，并通过网络向社会公众提供信息服务。 作者签名： 导师签名： 日期：刃p 年6 月8 日 日期：驯d 年多月0 日 l l l 硕士学位论文 第1 章绪论 1 1 目的及意义 随着我国公路交通事业的迅猛发展，许多渡口改为桥梁，跨海峡( 海湾) 大桥更是 如雨后春笋般拔地而起，甚至在同一条江河上需要建造多座桥梁以便于分流。这些跨 江、跨海大桥的修建，为祖国的经济建设和社会事业的发展提供了强有力的交通支撑。 对于这些跨越江河、湖海的公路桥梁基础，特别是大型或特大型的跨海大桥桩基础， t ：m l 灌注桩因其成孔、成桩技术的成熟已成为目前桥梁桩基础最常用的基础型式之 一，其使用率超过9 0 。然而，随着目前公路等级的提高和超载现象的增多，在现行 公路桥梁的设计与施工中，对桩基承载力稳定性、经济性与合理性的要求越来越高， 这就要求增大桩基的直径和长度。长大直径钻孔灌注桩在我困公路桥梁领域采用的历 史较短，施工与设计经验较少，研究也不多，且主要用于大型、特大型、特殊地段或 跨海的桥梁基础，其工程造价巨大，经济战略地位相当重要。因此，研究长大直径钻 孑l 灌注桩的成孔技术十分必要。 目前，长大直径钻孔灌注桩的成孔技术流程如图1 1 所示。 图1 1 钻孑l 灌注桩成孔技术流程 长大直径桩承载力受桩孔垂直度影响的分析 由图1 1 可知，在钻孔桩的成孔过程中，桩孔垂直度的控制是贯穿始终的重点工 作之一。垂直度的控制效果直接影响桩基的施工进度、成孔与成桩质量及其承载力特 性的发挥等。桩孔垂直度控制不好易引起的问题直接表现为：成孔过程中的卡锤与 塌孔；清孔后下放钢筋笼与导管困难，甚至下放不到设计标高；降低桩基础的极 限承载力。对长大直径桩基而言，若桩孔垂直度不符合规范设计要求，一旦出现工程 质量问题，其处理技术难度将更大，工程二次投入亦大大增加。 福建省平潭海峡大桥是平潭岛( 海峡西岸经济区福州综合实验区) 与大陆连接的 第一座跨海大桥，平潭岛与台湾省新竹市相距仅6 8 海里( 约1 2 5 9 3 6 k m ) ，是大陆与台 湾相距最近的县。它的建成，将提高我国东南沿海围防交通保障能力；促进平潭县相 关产业的快速发展，对加强两岸民间来往，促进祖国统一大业具有积极作用。 综上所述，本文从桩土体系荷载传递原理出发，针对平潭海峡大桥具体的工程地 质情况，运用a n s y s 高级有限元软件按弹塑性理论计算超长大直径桩垂直度变化与 承载力的数量关系，以此为依据，提出桩孔垂直度的控制指标、主要控制技术及检测 技术等。以期该研究成果可以有效地保证本工程桩基成孔与成桩的质量，产生一定的 经济效益与社会效益，同时对今后同类工程长大直径桩基的设计与施工具有一定的指 导与借鉴作用。 1 2 国内外研究现状 桩是一种埋入土中、截面尺寸比其长度小得多的细长构件，是地基岩土的增强体。 桩基就是把桩与桩周岩土连成一体的地基，桩是增强体，而岩土就是基体【1 1 。对桩按 直径进行的分类，各国( 地区) 和各专业的分类标准不尽相同，主要视施工习惯及桩型 承载性状等不同而区分【2 j 。 本论文采用的灌注桩按直径的分类的标准是【2 】： 大直径桩：d ： 8 0 0 m m ；中等直径桩：2 5 0 m m d 8 0 0 m m ；小直径桩： d 2 5 0 m r n 。 桩按长度通常分为四类：短桩、中长桩、长桩、超长桩。目前，没有一种严格的 划分界限，有时很难分清楚。一般规定为：桩长l 2 0 m 为短桩，2 0 m l 3 5 m 为 中长桩，3 5 m l 5 0 m ，l 5 0 m 为超长桩p j 。 综合前人的研究成果，本文定义的长大直径桩为：d 8 0 0 m m 且5 0 m 。 目前，钻孔灌注桩是广泛应用的一类桩型，适用于各类土层条件，特别是长大直 径灌注桩由于单桩承载力高、变形小、抗震性能好、施工方便、经济效益好而广泛应 用于高层、超高层的建筑物、重型构筑物和大型、特大型的桥梁基础中。长大直径钻 孔灌注桩的主要技术特点与存在的相关问题如下【3 “】： 硕士学位论文 ( 1 ) 钻孑l 桩可以穿越各种土层，且可将桩端置于坚实土层或嵌入基岩，可提高桩 基的极限承载力。对长大直径桩进行常规的静载试验来测定其承载力一般难以做到。 对于不同工艺条件下的桩基受力、变形及破坏机理尚未被人们完全掌握，设计理论更 是有待进一步完善。 ( 2 ) 从成孔工艺来看，长大直径桩的成孔时间较长，一般十来天，有的甚至一个 多月。对于桩周土来说，其地应力被部分释放，且长时间受到水的浸泡，不仅土体的 含水量增加，使得桩周土产生径向位移，而且产生了蠕变效应，从而影响成桩后桩与 地基土的极限摩阻力。 ( 3 ) 从侧摩阻力的产生机理可知，侧摩阻力的发挥程度取决于桩土相对位移的大 小。一般摩擦桩桩侧摩阻力产生所需要的桩土位移大部分来自于桩的刺入式位移，即 在上部荷载的作用下其桩端压缩桩端土，引起桩的上部与桩周土之间的位移；而长大 直径桩因为其桩身较长，在较大的轴向荷载下，当桩身下段桩侧摩阻力较大时，整个 桩身在上部荷载的作用下产生桩本身压缩变形。大量的试桩工艺表明，桩本身压缩变 形量是造成桩土相对位移量主要的因素，即长大直径桩自身的桩身压缩量较大。 ( 4 ) 长大直径桩由于在地下或者水下进行施工，影响其成孔质量的因素较多，质 量不够稳定，有时候会发生缩径、扩径、斜孔、桩身局部夹泥等现象，桩侧阻力和桩 端阻力的发挥随着工艺的不同而变化。 综上所述，长大直径桩基础采用钻孔灌注桩这一桩型，具有很强的工程适用性与 相当广泛的应用前景，但其在成孑l 、成桩过程中易受各种不利因素的影响，且在设计 与施工上存在的相关技术缺陷影响桩基承载力与耐久性等的发挥。理论研究的制约给 桥梁桩基础的使用带来一定的盲目性，甚至影响桥梁结构的正常与安全使用。 1 2 1 长大直径桩成孑l 技术研究现状 目前，国内外研究学者在这些方面做了一定的工作，取得了部分理论成果与工程 适用技术。 刘谭丁 结合广州南沙凫洲跨海大桥工程实例，介绍深水大直径桩成孔施工技术； 针对深水大直径桩基护筒、泥浆、钻进等关键环节，采用了相应的施工工艺对策，确 保施工顺利进行，有效地保证了桩基工程的质量【5 1 。 为确保桩基成孔与成桩的质量，最大程度防止坍孔、断桩等质量事故的发生，魏 永强结合自身多年参与桥梁施工的相关经验，详细地介绍了钻孔灌注桩在成孔、成桩 过程中采取的一些质量保证措施1 6 】。 沈伟城、徐敏、唐甜通过上海世博会重要配套工程5 0 0 k v 地下变电站的桩基工程， 介绍了软土地基进行超深钻孔灌注桩的相关施工技术。通过试桩确定成桩工艺参数， 研究了钻孔机械的合理选择、泥浆循环系统的合理运用与施工技术参数的合理确定等 技术难题，有效地提高了钻孔灌注桩的施工质量，满足了设计与施工规范要求【7 1 。 长大直径桩承载力受桩孑l 垂直度影响的分析 谢应梅通过珠海市省道$ 2 7 2 线2 号闸桥基础工程对钻孔过程的工程问题进行探 讨，利用超前钻探手段，根据不同地层条件，采取相应的技术措施，控制孔壁坍塌、 缩颈、桩孔偏斜以及减少在冲孔过程中常遇的卡钻、埋钻等问题【8 】。 梅瑞泰结合国道主干线广州绕城公路西二环南段北江特大桥主桥主墩施工，介绍 深水复杂地质大直径超长钻孔桩施工中钻孔平台设计、钻机选型、高级p h p 泥浆应 用、清孔工艺、水下混凝土灌注、防洪渡汛等关键施工技术。实践证明，钻机平台的 设计及防洪加固措施是科学的；在砂层、卵石层等易坍地层较厚的地质条件下，采用 “先冲击、后旋钻”的组合方式成孔是一利，快捷、经济的方法：采用高级p h p 泥浆 保证了桩基成孔、成桩的质量一j 。 武汉天兴洲大桥北汉连续梁桥基础由1 2 根2 5 0 m 钻孑l 灌注桩组成，设计桩长 9 0 m 。钻孑l 桩采用先搭设水中钻孔平台，再用气举反循环钻机钻孔的方法进行施工。 刘耀东、余天庆等通过对深水钻孔平台的设计施工、大直径钻机的施工控制、钢筋笼 的制作与安装以及水下混凝土浇筑工艺等问题的研究，解决了深水复杂地质条件下进 行超长大直径钻孔灌注桩施工的关键技术【1 0 】。 盛红专、陆尚武介绍了下白石大桥主墩3 0 m 大直径群桩基础施工，其采用钢 管桩钻孔平台、旋转钻进、气举反循环、泥浆护壁、全断面一次成孔的施工方法，成 功地解决了在高潮差、大流速、大冲刷、海水、大粒径卵石层等水文及地质条件下， 钢管桩钻孔平台的稳定、海水环境下钻孔泥浆性能的稳定及控制、大粒径卵石层中的 成孔等关键技术【l 。 济南黄河三桥是青银高速公路跨越黄河的一座特大桥，其西2 0 m 、桩长大于115 m 的桩基有1 4 4 根，为大直径超长钻孔灌注桩。戴明逊系统介绍了施工中采用的大功率 高性能钻机、钢筋镦粗直螺纹连接技术、气举反循环成孑l 技术、j j c 一1 d 型灌注桩检 测系统、混凝土双掺技术、灌注桩超声波检测技术、g p s 定位技术等新技术、新材料、 新产品、新设备，确保了大直径超长钻孔灌注桩的施工质量【12 1 。 1 2 2 长大直径桩在不同垂直度下承载力的研究现状 文献 1 3 】曾报道了桩基在不同垂直度( ) 下受竖直荷载的模型试验结果，模型桩 的最大长度为5 0 c m ，直径为1 3 c m - - 3 5 c m ，所用的“土”是人造金刚砂，其比重 以= 3 9 5 9 c m 3 ( 3 9 k n m 3 ) ，内摩擦角矽= 3 7 5 。，孔隙比刀= 4 8 。模型试验中分析 总结了桩基在不同工况下的工作机理与性能。其中，桩基在垂直度为时的平面模型 如图1 2 所示，模型试验主要成果总结在图1 3 中，图中的曲线概括地说明了试验成 果的有关参数，量化了试验中桩基承载力的相对变化规律。 4 硕士学位论文 图1 2 桩基平面模型图1 3 不同垂直度条件下桩基相对承载力 池跃君、顾晓鲁等通过对3 根大直径超长钻孔灌注桩的静荷载试验研究，揭示了 天津地区大直径超长灌注桩的承载力特性及桩的荷载传递特征，分析了影响其极限承 载力的因素。结果表明，大直径钻孔灌注桩孔壁由于应力松弛严重影响桩的极限侧摩 阻力，且桩径越大，侧阻力降低越多【4 j 。 刘俊龙通过分析桩底沉渣、桩侧泥皮厚度、孔壁形状、成桩时间及施工工艺等对 大直径灌注桩承载力的影响，提出了在桩基承载力计算中需引入清底系数及成桩工艺 系数，同时应控制成桩总时间，可以较为准确地评价单桩承载力值i l 引。 吕凡任、陈云敏、陈仁朋等假设地基土体为半无限弹性体，考虑桩身的具体形状， 分析了倾斜桩桩项受任意平面荷载作用下的受力变形，并建立了积分方程式，采用数 值方法，利用g a u s s 积分技术，得到了桩顶位移解答。对相同竖向荷载作用桩身不同 倾角时桩顶沉降的特性以及直桩在不同倾角的荷载作用下桩顶沉降特性进行了分析。 以桩顶沉降控制作为桩基承载力设计的标准，认为直桩可以承受小于1 0 0 倾角的倾斜 荷载，承受竖直荷载的斜桩可以有小于1 0 0 的倾斜角【l5 1 。 蔡明兴介绍某小高层公寓工程采用预制混凝土方桩基础，静压施工中桩身倾斜度 偏差超过规范的规定值，通过对倾斜桩的承载力进行计算分析，并采取相应的技术处 理措施，使本来存在倾斜缺陷的桩基在保证结构安全的基础上得以合理正常使用【l6 1 。 冯忠居、谢永利、李哲等基于芝川河特大桥的桩基原位试验，对粉质砂土地区大 直径超长钻孔灌注桩的承载力性状进行了分析，并将实测成果与现行公路桥涵地基 与基础设计规范中经验公式的计算结果进行了对比分析。结果表明，大直径超长钻 孔灌注桩的承载力性状和中长桩或短桩的承载力性状具有明显差异；粉质砂土处于地 面以下的不同部位，其侧阻力有较大差异；规范公式计算承载力的结果明显小于原位 试验结果，相差超过5 0 。说明相同土质处于地面以下不同部位对桩产生的极限摩阻 力不同，规范中评价大直径超长桩承载力的公式有一定的误差【l 。 郑刚、王丽对天津某高层建筑工程不同垂直度的倾斜桩进行了现场载荷试验，试 验结果表明小倾斜度下桩基的承载力并不定下降。在试验成果基础上利用有限元分 长大直径桩承载力受桩孔垂直度影响的分析 析软件a b a q u s 进行模拟，分析了不同垂直度、不同土质条件下桩的荷载传递及承 载力受垂直度变化的规律。有限元分析结果表明，当桩的垂直度不大于4 时，当桩 身具有足够的抗弯强度和刚度时，相同荷载下其沉降反而小于竖直桩，但会在桩身内 产生一定的弯矩，桩顶自由的单桩也会产生一定的水平位移【l 引。 毕俊通过桩土体系荷载传递机理分析，认为按端承桩公式估算桩竖向承载力而忽 略桩侧阻力的作用，计算结果与工程实际情况相差较大。为此提出实际设计时应特别 注意桩身材料强度与桩的竖向承载力合理匹配的问题，一般是桩侧、桩嵌岩的承载力 与桩身材料的承载力相等或相近时最为经济：当单桩竖向承载力取值较高时，应合理 选用桩身材料，控制其材料的强度等级【1 9 1 。 陈为群结合某工程事故处理中进行的系列基桩静载试验成果，分析确定了不同倾 斜率的基桩的竖向承载力，并将这一成果应用于该工程。结果表明，对于竖向荷载起 控制作用的建筑工程基础，倾斜程度有限的基桩是可以直接或者通过处理加以利用 的；确定倾斜基桩承载力的可靠手段是基桩的竖向承载力静载试验；工程处理中宜按 倾斜程度有计划地进行试验分组，以便对不同倾斜率的基桩分别确定承载能力；倾斜 率在一定范围内的基桩的承载力与倾斜率呈准线性减函数关系【2 0 1 。 梁伟刚从倾斜桩受竖向荷载这一主要受荷形式入手，运用有限元分析软件m a r c 分析倾斜桩在荷载作用下的承载性状，研究了在不同倾斜度下桩身的应力分布以及桩 顶的p s 曲线。结果表明，在垂直度较小时( 6 ) ，桩基p j 曲线与竖直桩相比并没 有明显区别，当垂直度增大时，其区别开始变得明显1 2 。 1 3 研究工作的主要内容 1 3 1 主要研究内容及创新性 本文在总结现有理论研究成果及存在问题的基础上，以平潭海峡大桥为依托工 程，结合现场具体的工程地质情况，通过有限元数值分析与理论计算，研究垂直度的 变化对桩基承载力的影响规律，主要的研究内容如下： 1 系统收集整理了平潭海峡大桥的工程地质概况与桩基础的主要设计技术指标， 为有限元数值计算方案的确定、计算模型的建立与材料参数的选取提供理论依据； 2 运用a n s y s 有限元数值技术，分析了在不同工况下垂直度的变化对承载力的 影响规律，为桩孔垂直度控制建议值的提出提供理论支撑； 3 提出了桩孔垂直度的控制建议值，系统分析了桩孔垂直度的检测技术，对垂直 度的主要控制技术进行了工程效果评价。 其中，第2 项、第3 项为本论文的主要创新点。 1 3 2 研究思路 根据论文研究的目的及意义，并结合主要研究内容，拟定论文的总体研究思路如 图1 4 所示。 6 硕士学位论文 图1 4 论文总体研究思路 7 兰_ 大皇至苎量彗盘耋篓：! 量兽譬墅皇塑坌堑 2 1 概述 第2 章工程地质条件及要求 平潭岛又称海坛岛，位于闽江口以南约2 7 o k m ，全县陆地总面积为3 7 19 k r a 2 ， 主岛海坛岛面积2 6 7l k m 2 ，是福建省第一大岛，我国的第五大岛以海坛海峡与大 陆相隔，与大陆距离最近处福清市小山东约3 4 k i n 。平潭海峡是一个呈南北走i 旬的狭 长海峡东南口、东北1 3 分别与台湾海峡_ f l 连南口接兴化湾西北口接福清湾。海 峡南北两头宽中间窄，岸线呈东西两倒分布。平潭海峡海域常受台风影响，风大、 急流、浪高、潮差大，海洋水文条件比较复杂。 平谭海峡大桥段接线公路工程，起点位于福建省福滴市东瀚镇小山东，跨越海坛 海峡，经北青屿，终至平谭县娘宫，施t 总体平面布置如图21 所示。路线总长4 9 7 6 m 其中桥梁总长3 5 1 0 m ，大桥两侧接线公路1 4 6 6 m ，采用二级公路标准，路面与桥而宽 均为1 7 m 。 图2i 施工总体平面布置图 平潭海峡大桥通航主桥西侧部分为两引桥全长2 1 0 0 m ，为5 0 m 跨连续箱粱，桥 跨布置为8 ( 4 5 0 ) m + 2 ( 5 5 0 ) m 儿4 2 跨；通航主桥跨径布置为l o o m + 2 1 8 0 m + l o o m 创 箱梁共4 跨，上部结构采用变高度预应力混凝土连续刚构箱粱，下 部结构采用钻孔桩基础：主桥东侧部分为东引桥，仝长8 4 0 m 桥跨布置为5 x 5 0 m + 2 硕士学位论文 x ( 4 x 5 0 ) m + ( 3 x 5 0 + 4 0 ) m 的箱梁，共1 7 跨。东、西引桥均为等截面预应力混凝土连 续箱梁结构，下部结构采用现浇墩身、带圆端的矩形承台与钻孔灌注桩基础。其中， 主桥上部结构为4 跨预应力混凝土连续刚构主桥，对桥梁桩基础相对变位的要求比较 高，设计中按隔墩沉降l c m 考虑。 2 2 工程地质概况 平潭海峡大桥通航孔主桥4 2 4 4 6 ”墩的上部海积层主要为粉砂、含沙淤泥、含淤 泥砂、中粗砂、亚粘土和粘土等；基岩岩面起伏较大，岩性为凝灰熔岩，强风化层较 厚，约为9 0 m 2 5 o m 。东、两两侧桥台处的基岩强风化层直接裸露，岩性为凝灰熔 岩。1 8 、2 。、1 1 “、1 2 4 、6 2 “墩覆盖层较薄( 或没有覆盖层) ，基岩岩性为凝灰熔岩；1 0 “、 l3 “墩表层有孤石；l5 “墩处岩面倾斜度较大，覆盖层较薄，覆盖层下有碎石状强风化 凝灰熔岩；其余各墩的覆盖层为粉砂、含沙淤泥、含淤泥砂、粉砂、中粗砂、亚粘土 和粘土等，基岩岩性为凝灰熔岩，强风化层较厚。 2 2 1 通航主桥区段 4 2 “墩上部海积层主要为粉砂、亚粘土和粘土，海积层底标高一般分布于4 5 o m 附近，基岩强风化层厚度约2 5 o m ，基岩面起伏变化较大，岩性为凝灰熔岩，局部夹 有风化岩核。 4 3 “主墩上部海积层主要为淤泥质粘土、中粗砂、粘土，海积层底标高一般分布 于5 6 o m 左右，基岩强风化层厚度约1 0 o m 2 0 o m ，基岩面标高主要分布在6 8 o m - - - - 7 5 o m 之间，岩性为凝灰熔岩，局部夹有风化岩核。 4 4 撑主墩上部海积层主要为含砂淤泥、细砂、粘土、亚粘土，海积层底标高一般 分布于5 0 o m - - - 5 2 o m 左右，基岩风化层厚度约9 o r e - - - 17 o m ，岩面起伏大，基岩面 标高主要分布在5 9 o m 7 0 o m 之间，岩性为凝灰熔岩，局部夹有风化岩核。 4 5 撑主墩上部海积层主要为含砂淤泥、细砂、淤泥质粘土、亚粘土，海积层底标 高一般分布于4 2 o m 一- 4 9 o m 左右，基岩风化层厚度较厚，约2 5 o m 左右，基岩面标 高主要分布在6 7 o m - - - 7 1 o m 之间，岩性为凝灰熔岩，局部夹有近1 0 o m 的风化岩核。 4 6 ”墩上部海积层主要为含砂淤泥、淤泥质粘土、含淤泥砂，海积层底标高一般 分布于4 1 o m 左右，基岩风化层厚度约1 0 o r n 左右，基岩面标高主要分布在5 9 o m - - 6 0 o m 之间，岩性为凝灰熔岩。 平潭大桥通航主桥桩基础所处地段的工程地质条件较复杂，各土层物理力学性质 和厚度变化均较大，软土层分布较厚。本文选择4 3 “ 4 4 4 墩之间最有代表性的地质情 况作为数值计算的地层分布方案，可以较好地反映实体工程的地质分布情况，其地质 剖面情况如图2 2 所示。 9 长大直径桩承载力受桩孔垂直度影响的分析 2 2 2 引桥区段 图2 24 3 屯4 4 4 墩地质剖面图 福清小山东侧桥台表层多为基岩强风化层直接出露，其下基岩为凝灰熔岩，埋深 2 0 m 8 o m ，坚硬，较完整。平潭娘宫侧桥台表层为1 5 m - - - - 3 5 m 的残坡积粘性土， 其下为微风化凝灰熔岩，新鲜，坚硬，完整。 1 4 与2 4 墩基岩裸露，裂隙较发育，坚硬；3 8 、4 4 墩覆的第四系海积层，以流塑状 的含砂淤泥为主，其下为基岩强风化层，基岩埋深约1 2 o m - - - 1 5 o m ；5 撑9 4 墩上覆 3 0 m , , 1 3 o m 为第四系海积层，松散状的含砂贝壳、含淤泥粉砂为主，基岩残积风化 层和基岩强风化层较厚，大部分为2 0 o m - 、, 3 0 o m ，其中7 8 墩覆盖层相对较薄，约为 1 2 o m ，本段岩面起伏变化较大；1 0 “墩上覆约l o m 的残积粘性土，表层为孤石分布； 1 1 ”墩位于北青屿上，表层为残坡积粘性土，基岩埋深较浅；1 2 4 墩位于北青屿滩上， 表层为薄层的碎石层，基岩埋深较浅；1 3 8 1 5 抖墩上部第四系以含砂淤泥为主，厚度 5 o m - - 1 5 o m ，基岩风化层较薄，岩面随地形缓降，局部夹有1 0 m - - 2 o m 的岩核； 1 6 4 - 1 7 4 墩上部第四系以含淤泥粉砂为主，呈松散稍密状，厚度约1 3 0 m - - - 2 3 o m ，基 岩风化层较薄；1 8 4 墩上部第四系以含淤泥粉砂为主，呈松散稍密状，厚度约3 2 o m ， 基岩强风化层较厚，约为2 1 o m ；1 9 撑 - 2 9 4 墩表层分布厚度为3 0 m - - 1 5 o m 的含淤泥 砂，标高约在1 6 。o m 3 8 o m 间分布有一层含砂淤泥，局部夹有粉细砂，中砂等透镜 体，其下为厚层的淤泥质粘土，厚度2 0 0 m 3 2 o m ，基岩强风化层厚薄不均，最厚 10 硕士学位沦文 可达2 0 o r n ；2 2 8 墩基岩埋深最深，基岩岩性均为凝灰熔岩，坚硬；3 0 ”墩表层依次分 布有中砂、含砂淤泥、淤泥质粘土、密实状中砂和薄层坡积碎砾石，下部为基岩强风 化层，厚度近2 0 o m ，基岩埋深最深，基岩岩性为凝灰熔岩、花岗闪长岩，坚硬；3 1 8 3 7 8 墩上部海积层主要为中细砂、含砂淤泥、淤泥质粘土、粗砂、亚粘土，海积层厚 度约为4 5 0 m - - - 5 5 o m ，本段基岩强风化层较薄，局部直接裸岩，基岩岩性为凝灰熔 岩、花岗闪长岩；3 8 撑4 1 4 墩上部海积层主要为中细砂、含砂淤泥、淤泥质粘土、巾 粗砂，海积层底标高一般分布于4 6 o m 附近，本段基岩残积层和基岩强风化层较厚， 厚度大于2 6 o m 。 4 6 4 - - - 4 8 4 墩上部海积层主要为含砂淤泥、含淤泥砂、淤泥质粘土，海积层底标高 一般分布于3 6 o m - - - 4 6 o m 左右，基岩风化层厚度约16 o m 2 0 o m 左右，基岩面起 伏变化大，岩性为凝灰熔岩；4 9 “ - - 5 2 ”墩上部海积层主要为含砂淤泥、淤泥质粘土， 局部夹有中砂透镜体，海积层底标高一般分布于1 5 o m - - 3 1 o m 之间，基岩风化层厚 度约2 0 o m 左右，基岩面稍平缓，岩性为凝灰熔岩，本段基岩球状风化现象发育；5 3 ” 5 6 4 墩上部海积层主要为含砂淤泥、淤泥质粘土，海积层底标高一般分布于2 4 0 m 3 4 o m 之间，基岩风化层厚度约1 5 0 m - - , 2 4 o m 左右，基岩面由5 4 4 墩向5 6 8 墩倾斜， 起伏变化大，在5 6 “墩附近岩面有向5 7 4 墩方向陡升的趋势，岩性为凝灰熔岩；5 7 “墩 上部海积层为含淤泥粉砂，厚度约1 5 o m 左右，基岩风化层厚度约为1 1 o m ，岩性为 凝灰熔岩；5 8 ” - 5 9 4 墩上部海积层主要为含砂淤泥、含淤泥中砂，海积层底标高一般 分布于1 5 0 m 2 5 o m 之间，基岩风化层厚薄不均，岩面略有起伏，岩性以凝灰熔岩 为主，局部见花岗闪长岩侵入；6 0 4 - - 6 1 “墩基岩埋深较浅，在6 0 4 墩附近往5 9 4 墩方向， 岩面有往5 9 8 墩下降的趋势，岩性为凝灰熔岩，6 1 4 墩见风化岩核；6 2 4 墩位于陡坡处， 表层为残坡积粘性土，基岩埋深较浅，约1 2 o r n ，岩性为凝灰熔岩。 平潭海峡大桥桩基础所处地段各土层的物理力学性质指标见表2 1 。 合 凸一 邑 戈 岔 曼 呐c , iot qt qnv 、呐i nooo 弋 t q nn寸nn寸t qnv 、n弋中t q 謇 岔 皂 者 舍 生 o ooooooo。o。 n 们 。 no 寸口n 十寸 一 n - _ 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