山西太佳高速公路桥梁设计探讨——黄土地区考虑负摩阻力影响的桥梁桩基设计.doc

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1、【精品文档】如有侵权，请联系网站删除，仅供学习与交流山西太佳高速公路桥梁设计探讨黄土地区考虑负摩阻力影响的桥梁桩基设计.精品文档.山西太佳高速公路桥梁设计探讨黄土地区考虑负摩阻力影响的桥梁桩基设计山西太佳高速公路桥梁设计探讨黄土地区考虑负摩阻力影响的桥梁桩基设计胡敏(安徽省交通规划设计研究院,安徽合肥230088)摘要:根据黄土特征,分析桩基础负摩阻力的产生机理及其危害,以及负摩阻力对桩的影响,论述不同情况下负犀阻力的计算方法,并提出消除或减小负摩阻力影响的措施.对桥粱桩基设计具有一定的参考价值:关键词:黄土;负摩阻力;桩基;中性点中图分类号:U412.366文献标识码:A文章编号:10024

2、786(2010)l1-019403DOI:10.3869.issn.1002-4786.2010.11.036TaiyuanJiaxianExpresswayBridgeDesigninShanxiProvinceBridgePileFoundationDesigninConsiderationofNegativeSkinFrictioninLoessAteaHUMi(AnhuiCommunicationsConsulting&DesignInstitute,Hefei230088,China)Abstract:Accordingtotheloesscharacteristics,t

3、henegativeskinfrictionofpilefoundationisanalyzedabouttheproductionmechanismanddamageaswellastheinfluenceonpile.Thedifferentcalculationmethodsareelaborated,andthemeasuresremovingandreducingnegativeskinfrictionareputforward.Itservesasreferenceforbridgepilefoundationdesign.Keywords:loess;negativeskinfr

4、iction;pilefoundation;neutralpoint1引言太原至佳县高速公路是山西省高速公路网人字骨架,九横九环主骨架第四横的重要组成部分,也是山西省中北部地西通陕,甘,宁,东达京,津,冀的重要战略通道.随着国家对高等级公路建设项目的投资不断加大.高等级公路建设中每年都有成千上万座桥梁要修建,为确保桥梁基础的承载力,采用深基础成为必然,而桩基础是最常用的深基础型式之一.桩基础因其具有承载力高,施工工艺简单等优点在我国公路桥梁基础中被普遍采用.西部地区也不例外.但在我国西部地区,特别是西北地区,分布着大面积黄土,分为湿陷性和非湿陷性,其工程性质差别较大,且湿陷性黄土,使黄土地区桩

5、基础在浸水后,不但正摩阻力完全消失,还会由于湿陷的过大沉降产生负摩阻力,该负摩阻力由桩端土承担,从而使桩的设计长度增大,施工难度加大,经济效益明显降低.同时,现行公路桥梁桩基础的设计理论不能充分反映实际工程中不同黄土的实际情况,造成大量的T程隐患.因此,研究黄土地区桥梁桩基合理埋深及桩的承载性状是十分必要的.2黄土的工程特性1.IRTsTAlzATI1HALFo【Jv.,2olo(N,.232在黄土地区作桥梁设计时要充分考虑到黄土的特性.尤其对湿陷性黄土要特别重视.黄土是在半干旱条件下形成的褐色,灰黄或黄褐等颜色,并有针状大孔,竖直节理的一种特殊性土.按工程性质分为湿陷性黄土和非湿陷性黄土.湿

6、陷性黄土是指黄土在上覆土的自重压力或上覆土的白重压力与附加压力共同作用下,受水浸湿后,土的结构受到破坏,而发生显着下沉的现象,其中黄土在受水浸湿后在土的自重压力下发生湿陷,就是所谓的自重湿陷性黄土.在自重压力下不湿陷,但在附加压力下产生湿陷现象的,称为非自重湿陷性黄土.湿陷性黄土属大空隙土.具有中,高压缩性.在天然含水量的情况下受荷载作用即产生压缩变形.而且湿陷性黄土的湿陷事故,对建筑物的破坏往往比较严重.对于西部地区来说,由于湿陷厚度层较厚,湿陷敏感性较强,用改变其物理力学性质的处理办法来达到消除湿陷性,提高承载力的目的,往往是不经济或不可靠的.一般采用桩基础来解决这一问题.3负摩阻力的产生

7、机理在公路桥梁工程建设中,桥梁钻孑L灌注桩处于深层湿陷性黄土地基.由于受水的侵蚀或其他原因,导致湿陷性黄土产生湿陷变形和桩底下沉及位移,桩产生向下的摩擦力.也就是说,如果不存在桩基负摩阻力,桩基承载力就满足要求,桩基就不会发生持续的不均匀沉降.桩基能否产生负摩阻力,关键取决于桩和桩侧黄土的相对位移发展情况.对于桥梁桩基_程,当桩穿过可压缩性土层而支撑在坚硬的持力层上时,一般都有可能发生负摩阻力.桩基负摩阻力的发生深度一般来说并不在整个软弱土层中.当水泥混凝土桩基成桩后,随着荷载的不断增大,桩侧软弱土层逐渐压缩,桩身表面自上而下的正摩阻力慢慢减少.随即产生负摩阻力,变成桩基上部为负摩阻力,桩基下

8、部为正摩阻力.摩阻力为零的位置为中性点,此点为桩基在该处的位移量与其周围土的下沉量相等之点,它是土与桩之间不产生相对位移之点.中性点以上土的下沉量大于桩的下沉量,桩承受负摩阻力;中性点以下桩的下沉量大于土的下沉量,桩承受正摩阻力作用.负摩阻力的大小与土的性质,强度,压缩性,湿陷层厚度,桩端持力层的刚性,以及桩的设置方法,桩长,桩的横截面形状等因素有关(参见图1).负摩阻力的确定是一个比较复杂的问题,目前对于负摩阻力的确定仍处于探索阶段,有许多问题还有待研究.r_二一_土l_,J篙4】点桩端持力层图1负犀阻力现象说明图4设计原则及内容4.1设计原则在进行桩基设计时,首先应该进行地质钻探和试验工作

9、,通过试验测试确定桥位处黄土的类型,查阅相关资料了解该地区土层的物理性质,化学性质以及力学性质.在公路桥涵地基与基础设计规范(JTGD632007)4.6.1条中规定:当湿陷系数0.015时,认定为该黄土为湿陷性黄土;当6s<0.015时,则定为非湿陷性黄土.对于非湿陷性黄土的桩基设计,按公路规范中的计算方法确定合理桩基埋深.对于非自重湿陷性黄土的桩基设计,目前各行业都认为不会产生负摩阻力,亦可按公路规范中所给的计算方法确定合理桩基埋深.对于自重湿陷性黄土的桩基设计,必须考虑桩侧负摩阻力,确定中性点的位置,负摩阻力的影响范围,合理确定桩基埋深.4.2设计内容4.2.1桩长设计黄土地区桩长

10、的确定方法,首先必须明确不计黄土湿陷时的桩长,即在不计黄土湿陷引起桩的负摩阻力影响的情况下来确定桩的长度.按公路桥涵地基与基础设计规范(JTGD632007)5.3条中钻孔桩容许承载力计算公式进行桩长计算.事实上.负摩阻力计算的核心问题并非负摩阻力强度的大小,而是中性点位置的确定.4.2.2中性点位置的确定确定桩身负摩阻力的大小.就要先确定产生负摩阻力的深度,负摩阻力强度的大小.桩身负摩阻TP()snARD11IoN?斑AFlCj0v.,2j)_a瞄i;一1一力并不一定发生于整个软弱压缩土层中,产生负摩阻力的范围就是桩侧土层对桩产生相对下沉的范围,它与桩侧土层的压缩,桩身弹性压缩变形和桩底下沉

11、直接有关.桩的负摩阻力强度与基桩沉降及桩侧土压缩沉降,沉降速率,稳定历时等因素有关,且它随时间的变化和分布也比较复杂为确定负摩阻力强度大小,就必须研究产生负摩阻力时桩与土共同作用的特点和土沿桩身的抗剪强度特征及桩侧的应力状态.一般认为,桩侧土与桩的粘着力和桩表面负摩阻力的大小取决于土的抗剪强度;负摩阻力虽有时间效应,但从安全考虑T程上可取其最大值中性点位置的确定是比较麻烦和闲难的.目前多采用依据一定的试验结果得出的经验值,或采用近似的估算方法.例如:先假设中性点位置,计算出所产生的负摩阻力,然后将它加到桩上荷载中,计算桩的弹性压缩,并以分层总和法分别计算桩周土层及桩底下土层的压缩变形,绘出桩侧

12、土层的下沉曲线和桩身的位移曲线,两曲线的交点即为计算的中性点位置,并与假设的中性点位置进行比较,看其是否一致,若不一致,则重新计算.根据试验结果分析.可按经验估计产生负摩阻力的深度,即:hl=0.77h20.80h2(1)式中,h.为产生负摩阻力的深度(In);h2为软弱压缩层或自重湿陷黄土层的厚度(In).4.2.3软粘土层负摩阻力强度的计算对于软粘土层负摩阻力强度的计算,可按太沙基建议的方法计算,即:户g(2)式中,厂为负摩阻力强度(kPa);为软粘土层的无侧限抗压强度(kPa).4.2-4软弱土层上的其他土层的负摩阻力强度的计算对于位于软弱土层上的其他土层,由于软弱粘土层下沉.也将对桩产

13、生向下作用的负摩阻力.可按下式计算由此产生的对桩的负摩阻力,即:f=/3o(3)产Z(4)式中,沩竖向有效应力(kPa);为土的有效容重(kN/m);Z为计算点深度(m);为系数,:0.20.5.4.2.5负摩阻力的计算求得负摩阻力强度厂后,乘以产生负摩阻力深度范围内桩身表面积,则可得到作用于桩身的总负摩阻力,即:P,j=fAnf(5)式中,A产生负摩阻力深度h,范围内桩身表面积,A,=2rrrh1(m);r为桩截面半径(m).按式(5)算得的作用于单桩总的负摩阻力P,/I不应大于单桩所分配承受桩周下沉土重(按相邻桩距之半计算,深度为中性点深度h).4.2.6单桩承载的验算验算单桩承载时,负摩

14、阻力作为外荷载计,计算单桩容许承载力时,只计正摩阻力,即:A-(6)1=1(+)(7)式中,P为桩顶轴向荷载(kN);为桩侧极限正摩阻力(kN);为桩底极限阻力(kN).5减少负摩阻力的方法负摩阻力产生的后果主要反应为桩基下沉量的增加或发生基础不均匀沉降而影响结构物的使用.随着T程实践的不断发展,常常采用以下措施来改变桩土接触表面的摩阻性能,从而减少负摩阻力值.5.1预制混凝土桩和钢桩一般采用涂层的办法来减少负摩阻力,即对位于欠固结土层,湿陷性土层,冻融土层,液化土层,地下水位变动范围内的土层中的桩身部分,以及受地面堆载影响发生沉降的地层的桩身部分,涂以软沥青涂层.5.2灌注桩在沉降地层范围内

15、插入比钻孑L直径小5cmlOc131的预制混凝土桩段.在预制桩段外围充填稠度较高的膨润土泥浆以形成隔离层.对于泥浆护壁成孔的情况下,可在浇注完下段混凝土后,填入高稠度膨润土泥浆,然后插入预制混凝土桩段.在干作业成桩条件下,可将双层简形塑料薄膜预先置于钻孔沉降土层范围内,而后在其中浇注混凝土.使塑料薄膜在桩身与孔壁之间形成可自由滑动的隔离层.6结语由于桩基沉降的大小,沉降速率,稳定时间TRASfR霉srANDTIO罐iHA0F0v;,2ol0(,2妻2)泡沫沥青冷再生混合料设计方法的摄i王钊,钟贤(广东华美加工程顾问有限公司,广东广州510627)摘要:结合国内外泡沫沥青冷再生技术的理论研究和.

16、Y-程实践,对公路沥青路面再生技术规范(JTGF412008)中的泡沫沥青冷再生混合料的级配范围,拌和用水量和养生条件的规定提出不同意见,并通过相关室内试验,对这三种规定进行分析探讨,试验结果表明,对现行规范中的这三种规定可进行适当的调整.关键词:泡沫沥青冷再生混合料;设计方法;级配范围;拌和用水量;养生条件中图分类号:U214.75文献标识码:A文章编号:10024786(2010)11019704DoI:l0.3869.issn.1()024786.2010.11.037ApproachtoDesignMethodforColdRecyclingMixturewithFoamedBitum

17、enWANGZhao,ZHONGXian(GuangdongCACEngineeringConsultantsCo.,Ltd.,Guangzhou510627,China)Abstract:Usingthedomesticandtheinternationaltheoryresearchandprojectpracticeforfoamedasphaltrecyclingtechnology,itpresentsgradationenvelope,mixingwaterandstorageconditionofcoldrecyclingmixturewithfoamedbitumen,whic

18、hisdifferentfromexplanationinTechnicalSpecificationsforHighwayAsphaltPavementRecycling(JTGF412008).Thenthroughtherelevantlaboratorytest,itanalysesandresearchesthesethreerequirements.Testresultsshowthatthecurrentspecificationofthesethreerequirementscouldbeproperlyadjusted.Keywords:coldrecyclingmixtur

19、ewithfoamedbitumen;designmethod;gradationrange;mixingwaterconsumption;storagecondition公路沥青路面再生技术规范(JTGF412008)是2008年4月1日由中华人民共和国交通运输部颁布的我国首部关于沥青路面再生技术的部级规范.内容涉及沥青路面厂拌热再生混合料,就地热再生混等,这些都对负摩阻力的大小有影响,并且由于地面沉降是随时间变化的,桩与土之间的相对位移也不断变化,因此负摩阻力的分布及变化相当复杂.负摩阻力的确定是一个比较复杂的问题,有待继续研究.参考文献1JTGD632007,公路桥涵地基与基础设计规范S.【2JTJ942008,建筑桩基技术规范【S】.【3黄生文.公路工程地基处理手册M.北京:人民交通出版社,2005.作者简介:胡敏(1979一),男,程师.2001年毕业于东南大学工作.收稿日期:20100301安徽安庆人,大学本科.工,主要从事桥梁计算和设计TRAsP()RTRDN.1.2们o(I霉薮