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1不等長和不等徑樁及不對稱樁群樁剛度計算

對于等長等徑且對稱的群樁，每根樁的剛度一樣，群樁的剛度中心和群樁的形心位置重合;當存在不等長樁、不等徑樁或不對稱樁時，群樁中各樁的剛度會不相等，剛度中心和形心位置偏離。對于這種情況，仍然可以使用m值法計算單樁分配力，只是使用前，需要重新計算群樁的剛度中心，得出每根樁相對于剛度中心的x、y坐標，然后參與m值法計算，剛度中心的計算步驟為:計算各樁的剛度ρ1式(1)中各參數的含義參見《規范》，不等長樁的h值不同，C0A0可能不同，不等徑樁的A值不同。計算群樁剛度中心的x坐標x0如圖1所示，設各樁的剛度為ρ11，ρ21，各樁到1號樁沿x坐標的距離為。同理可以計算y0。3單樁水平承載力的計算單樁水平承載力的計算可以參照JGJ94－2008《建筑樁基技術規范》第5．7．2條的有關規定，當樁身配筋率小于0.65%的灌注樁的單樁水平承載力為Rha=0．75αγmftW0νM(1.25+22ρg)1±ζNNkγmftA[]n(2)式中:α樁的水平變形系數，按《規范》確定;Rha單樁水平承載力，±號根據樁頂豎向力性質確定;γm樁截面模量塑性系數，圓形截面γm=2，矩形截面γm=1.75;ft樁身混凝土抗拉強度設計值;W0樁身換算截面受拉邊緣的截面模量，圓形截面為:W0=(πd/32)［d2+2(αE－1)ρgd02］，方形截面為:W0=(b/6)［b2+2(αE－1)ρgb02］，其中d為樁直徑，d0為扣除保護層厚度的樁直徑;b為方形截面邊長，b0為扣除保護層厚度的樁截面寬度;αE為鋼筋彈性模量與混凝土彈性模量的比值;νM樁身最大彎矩系數，參考《建筑樁基技術規范》，按表1取值，當單樁基礎和單排樁基縱向軸線與水平方向相垂直時，按樁頂鉸接考慮;ρg樁身配筋率;An樁身換算截面積，圓形截面An=(πd2/4)［1+(αE－1)ρg］，方形截面An=b2［1+(αE－1)ρg］;ξN樁頂豎向力影響系數，豎向壓力取0.5，豎向拉力取1.0;Nk樁頂的豎向力(kN)。當樁的水平承載力由水平位移控制，可按式估算樁身配筋率不小于0.65%的灌注樁的單樁水平承載力:Rha=0．75α3EIνxχ0a式中:EI樁身抗彎剛度。對于鋼筋混凝土樁，EI=0．85EcI0;其中Ec為混凝土彈性模量，I0為樁身換算截面慣性矩;圓形截面為I0=W0d0/2;矩形截面I0=W0b0/2;χ0a樁頂允許水平位移;νx樁頂水平位移系數，按取值。取值方法同νM。

2不良地質情況樁基計算

在遇到不良地質情況時，采用《規范》方法計算樁基，應注意參數的取值，具體如下。陡坡處自由樁長計算陡坡上橋梁墩臺基礎受力有別于平原區。陡坡地區相鄰墩臺間地面高差較大，承臺下樁身側面由于受其它墩臺的刷方影響，樁側土體已不能提供足夠的土抗力及有效的摩阻力，樁基計算時需考慮一定長度的自由樁長保證橋梁的安全，計算方法如所示。其中φ為土的內摩擦角，β=45°－φ/2，L=2．5/α，計算得自由樁長L0。近陡坡側樁身至刷坡線的水平距離為d，當d取值在10～15倍樁徑時，對應的自由樁長L''''0。最后自由樁長的取值為max{L0，L''''0}4．2濕陷性黃土摩阻力取值濕陷性黃土地基受水浸濕后，其物理力學性質隨之改變，在土的自重或附加荷重的作用下，將發生突然沉陷現象，計算時應考慮地下水位變動區濕陷性黃土的負摩阻力和水平地基比例系數的調整根據某線實驗報告)，濕陷性黃土的負摩阻力不與地震力組合。地震液化土層力學指標的折減在地震期間，樁基不但要承受原有的豎向荷載，而且還要承受地震作用產生的新增荷載。然而土層的液化又使得承載力大大降低，故對液化土的樁周摩阻力及樁水平抗力進行折減，折減原則見《鐵路工程抗震設計規范》C．0．1。在主震后的一段時間內，土層液化使得樁基摩擦力大大減少，甚至喪失殆盡。此時，樁基驗算應將液化土層的摩擦力和水平抗力均按零考慮。此段時間內還有可能發生余震，為使設計偏于安全，應考慮部分地震作用，可參照《建筑抗震設計規范》中規定，地震后地震作用按地震影響系數最大值αmax的10%取用，再加上靜力荷載進行計算。巖溶區樁端頂板安全厚度的計算，按彎矩控制估算當溶洞頂板巖層比較完整、層理較厚、強度較高、溶洞跨度大時(大于3倍直徑)，彎矩是主要控制條件，可按梁板受力情況計算，最小設計持力層板厚為:H=［6M/(q［σ］)］0．5(4)式中:q溶洞頂板自重加上覆蓋土層均布荷載(kN/m);［σ］取灰巖1/10容許抗壓強度(MPa);M彎矩。根據頂板巖石的完整性，分別按簡支梁、懸臂梁和固端梁3種情況計算:當溶洞頂板四周完整，樁基基地(即溶洞頂板跨中)有裂縫，按懸臂梁計算:M=ql2/2+pl(5)(2)當溶洞頂板四周有裂縫，樁基基地(即溶洞頂板跨中)完整，按簡支梁計算:M=ql2/8+pl/4當溶洞頂板均完整時，按固端梁計算:M=ql2/12+0．7pl/4(7)式中:p樁尖對溶洞頂板的集中作用力。當樁底設置在第二層溶洞以下時，不考慮覆蓋土層均布荷載作用產生的彎矩。對于固端梁，集中彎矩按0.7倍得簡支梁計算。按剪切應力控制估算當溶洞頂板巖層完整、巖體強度高但洞跨較小時(小于3倍樁徑)，抗剪切力是溶洞頂板破壞的主要控制條件:H=(q+p)/(τl)(8)式中:q溶洞頂板自重加上覆蓋土層均布荷載(kN/m);p樁尖對溶洞頂板的集中力(kN);τ對于灰巖取1/12容許抗壓強度(MPa);l溶洞平面周長(m)。根據以上2種力學模式計算，考慮安全系數后，決定采用3m和4m微風化完整頂板，作為樁基終孔最小控制溶洞頂板厚度。置于巖溶地區溶槽或溶溝處的樁基礎，當樁穿過溶槽、溶溝內的填充土支立于溶槽底面或溶溝底面的巖層上的時候，可按支立于一般巖層上的柱樁分析方法進行內力分析。如果溶洞頂板很薄，而溶洞內的底面很深，且洞內填充土密實穩定，具有足夠強度，則樁底可穿過溶洞的頂板置于溶洞內的填充土層內而不置于溶洞的底板上，樁基可按摩擦樁設計。

3結束語

推導出不等長樁、不等徑樁、不對稱樁的計算方法，在巖溶區和補樁設計中應用較多，較好地解決了實際問題。在山區鐵路，地面起伏較大，不可避免地將橋墩設在上坡上，造成較大的水平力，需要驗算樁基的水平承載力。借用《建筑樁基技術規范》中的有關規定能彌補《鐵路橋梁地基和基礎設計規范》的不足。各種不良地質情況下，樁基計算參數有的需要折減、有的需要增加，使得最大限度地模擬實際情況，這里面不乏經驗參數，需要認真總結。

作者：高欣梅單位：鐵道第三勘察設計院集團有限公司