单桩容许承载力计算问题的探讨.doc

单桩容许承载力计算若干问题的探讨李威 朱亚萍摘要：桥梁下部承载能力的计算是桥梁计算的一个必不可少的部分，下部结构计算的准确性也直接影响到桥梁的安全性和经济性，因此对下部承载能力的计算就显得尤为重要。本文讨论了下部摩擦桩基础承载力的计算方法，并和桥梁通用软件做了详细的对比，得出结论：此通用软件的计算结果不准确，在桩长较小是是偏于不安全的，在桩长较大时是偏于安全的，但误差较大，因此不建议使用此软件进行此类计算。关键词：下部结构、单桩容许承载力、桥梁通用软件1 引言现在大部分桥梁的下部结构都是采用桩基础形式，桩基础形式有着施工方便、技术成熟、而且适用于各种复杂的环境（包括软土地基）、承载能力高稳定性强等优点。桩基础是由若干根（包括一根）基桩组成，在设计桩基础时，应从分析单桩入手，确定单桩承载力，然后结合桩基础的机构和构造形式进行桩基受力分析计算，从而进一步计算桩的稳定性、应力变形等等。而单桩承载力是指单桩在荷载作用下，地基土和桩本身的强度和稳定性均能得到保证，变形也在容许范围内，保证结构物的正常使用所能承受的最大荷载。一般桩的承载力是按照土层对桩的支承力确定的单桩轴向承载力，在工程设计中是采用单桩轴向容许承载力，即单桩在轴向荷载作用下，地基土和桩本身的强度和稳定性均能得到保证，变形也在容许范围内所容许承受的最大荷载，它是以单桩轴向极限承载力（极限桩侧摩阻力与极限桩底阻力之和，同时考虑必要的安全度之后求得的。特别是在沿海地区，地基条件差、大多是软土地基，承载能力低，因此必须对下部结构的承载力进行有效的、准确的计算，否则如果计算的桩长过大会造成不必要的浪费，如果计算的桩长过短则会影响行车的安全性，甚至造成严重的后果。因此本文针对工程中有可能在下部单桩承载力计算过程中出现的问题进行探讨，推荐了规范所规定的单桩容许承载力的计算，不建议使用桥梁通用软件来计算。2 单桩容许承载力的计算方法介绍下面将介绍两种计算摩擦桩的容许承载力的方法：2.1 按设计规范经验公式确定单桩轴向容许承载力：单桩容许承载力P= 钻孔灌注桩的具体公式如下（2-1）： （kN） (2-1)式中：U桩的周长（m），按成孔直径计算，若无实测资料时，成孔直径可按下列规定采用； 旋转钻：按钻头直径增大3050mm； 冲击钻：按钻头直径增大50100mm； 冲抓钻：按钻头直径增大100200mm； li桩在承台底面或最大冲刷线以下的第i层土层中的长度（m）； i第i层土对桩壁的极限摩阻力；考虑桩入土长度影响的修正系数；m0考虑孔底沉淀淤泥影响的清孔系数；A桩底截面积；h桩底的埋置深度；0 桩底处土的容许承载力；2桩底以上土的容重；K2地基土容许承载力随深度的修正系数。2.2 工程实例计算使用（2-1）公式对温岭太平至玉环漩门公路工程中某桥的下部单桩容许承载力进行计算， 总体布置图如图2-1图2-1 总体布置图此桥所处地形，共分为4层土层，每层土层的地质如表2-1表2-1钻孔桩侧极限摩阻力 土层名称极限磨阻力（kPa）土层深度（m）亚粘土456软塑土404亚粘土455中砂5060桥梁桩基础埋入土层16m，其中冲刷深度为h=4m，桩长H=20m。桩径D=1m。其中：l1=6m，l2=4m，l3=5m，l4=5m，（H=l1l2l3l4=20m）。其他取值按规范值：=0.8，m0=0.4，K2=4.0，实测：0=350 kPa，2=15kN/m3。根据（2-1）计算得：桥梁基础单桩容许承载力P1575.4kN2.3 桥梁通用计算软件对单桩容许承载力的计算介绍桥梁通用计算软件进行计算按下列步骤进行：新建计算文件，进入基础计算，见图2-2：图2-2选择摩擦桩单桩容许承载力计算：见图2-3图2-3在土层描述一栏输入相应数据，见图2-4图2-4最后计算得出：桥梁基础单桩容许承载力P1644.3 kN2.4 小结可以发现桥梁通用计算软件的计算结果较手算大出4.4，这在工程上属于可以接受的误差范围值5以内，但是这种计算结果较规范计算值偏大，则是偏于不安全的，在软件里并没有，m0，K2，2以及冲刷深度h等参数的输入，根据试算估计为是软件为了简化计算输入，将h值固定为3m，并用桩底容许承载力当作了桩底极限承载力来计算，因此造成偏大，如果按照偏大的值进行承载能力的设计势必造成设计成的桩长过短，而埋下工程隐患。接下来验证以上估计的软件计算偏大的原因，用桩底容许承载力来替代极限承载力，代入公式（2-1）得到公式（2-2）来计算验证， (2-2)式中：为容许承载力值，li值的应当按照冲刷深度为3m考虑。按照此公式计算得到：P1619.99 kN，如果将桩长调整。进行进一步验证，结果见表2-2 表2-2 计算结果比较表 （kN） H20m25m30m40m50m60m公式（2-1）计算结果（规范值）1575.382070.82566.33557.24548.15539.1公式（2-2）计算结果1640.02032.32440.53269.34094.04918.6软件计算结果1644.32056.72444.73293.84118.64943.3软件计算值与规范值得偏差4.40.7%-4.7-7.49.4-10.8由表2-2可以看出，当桩长大于25m时，桩长越大时，软件计算结果偏离实际值（规范计算值）越大，并且是偏小（偏于安全）；当桩长小于25m时，桩长越小，软件计算结果偏离实际值（规范计算值）越大，并且是偏大（偏于不安全）； 当桩长60m时，软件计算值已经明显不准确。另外从表中可以看出估计的软件计算偏大的原因是基本正确的，是由于软件为了简化计算而省略了部分参数的输入而造成的。3 结论综上所述，工程中在计算下部承载力时要尤为注意，不能盲目使用软件计算，简单的问题手算有时比软件计算来得更加简单、明了也更加准确。本文建议在工程中，单桩容许承载力的计算应当尽量使用规范规定的单桩容许承载力计算公式进行计算，过程简单，结果可靠。参考文献： 1 交通部.公路桥涵设计通用规范 (JTG D60-2004).人民交通出版社，2004年10月2 交通部.公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范（JTG D62-2004）.人民交通出版社，2004年10月3 凌志平.基础工程，人民交通出版.1993年4 JTJ 024-85 公路桥涵地基与基础设计规范.人民交通出版社，1985年李威(1978-) 男，2002年毕业于长安大学桥梁专业，工学学士，2005年毕业于长安大学桥梁专业，工学硕士， 工作单位：台州市交通勘察设计院Email: ， QQ：14590812 地址：台州市黄岩环