斜陡坡桥梁桩基竖向承载力修正系数及承载力计算方法技术

本发明专利技术公开了一种斜陡坡桥梁桩基竖向承载力修正系数及承载力计算方法，首先计算不同坡度下的桩基础承载力影响度αv，

Vertical Bearing Capacity Correction Coefficient and Bearing Capacity Calculation Method of Pile Foundation of Slope Bridge

【技术实现步骤摘要】
斜陡坡桥梁桩基竖向承载力修正系数及承载力计算方法
本专利技术属于土木工程桥梁设计与施工
，具体涉及斜陡坡桥梁桩基竖向承载力修正系数及承载力计算方法。
技术介绍
随着高速公路行业不断发展，桥梁在公路建设中作用日趋显著，桥梁桩基础是桥梁工程中主要的基础形式之一。桥梁上部荷载通过桩基础传递至地基中，桥梁桩基础承载力主要由桩侧摩阻力和桩端阻力共同提供，桩基础承载力根据其桩侧摩阻力分担多少分为摩擦桩和端承桩。当桩基础承载力主要由桩侧摩阻力提供时，此时称其为摩擦型桩基础，当桩基础承载力主要由桩端阻力提供时，称其为端承桩。现有公路桥梁桩基础中大多数深长桩基础以摩擦桩为主，对于摩擦桩其侧摩阻力主要通过桩身侧表面积与桩周岩土体相互作用，桩基础由于桩顶荷载作用相对于桩周土体会产生一个向下的趋势，桩基础受到桩周岩土体提供的向上的侧摩阻力来支撑桩基础承受上部荷载。对于平面地表桥梁桩基础其桩侧摩阻力以桩中心轴线呈中心对称形式，相互之间是等大相互平衡的，此时桩基础的承载力是完整无缺失的，承载能力按照公路桥梁桩基础手册以及相关设计规范计算即可，另外根据工程实际经验桩基础还有其相关经验公式计算承载力，总而言之在平地桥梁桩基础承载力计算方面其理论已经比较成熟。近年来公路桥梁不断发展，山区斜陡坡桥梁建设逐渐展开，斜陡坡地段修建桥梁桩基础在施工、设计、理论计算等方面均比平面桥梁桩基础复杂，如图1所示，由于斜陡坡地段临空面1的存在，桩基础2桩侧摩阻力不能得到有效发挥，在相同桩基础埋深下，平地桩侧岩土体4土体完整，山区斜陡坡地段桥梁桩基础由于斜陡坡3的存在，临空面外侧土体缺失，则桩侧岩土体侧摩阻力相比于平地桩基础低，此时桩基础承载力会相对于平面桩基础承载力降低，而目前并没有针对斜陡坡桥梁桩基础提供专门计算承载力理论公式，依然采用平面桩基础竖向承载力计算公式。桩基础包括两种，一种是摩擦桩，一种是嵌岩桩。(1)摩擦桩的平面桩基础竖向承载力[Ra1]计算公式如下：(2)嵌岩桩的平面桩基础竖向承载力[Ra2]计算公式如下：但是采用这种平地桥梁桩基础极限承载力计算公式计算斜陡坡桥梁桩基础极限承载力，其承载力是不合实际的，通过该平地桥梁桩基础承载力计算公式求得的理论值存在如下缺点：(1)求出的计算值比实际承载能力高，使斜陡坡桥梁桩基础承载力安全系数降低，容易引起交通事故。(2)对桥梁桩基础设计带来困难，根据传统桩基础承载力计算公式计算求得承载力偏高，没有一个相对准确的承载力值，在桥梁桩基础承载力设计过程中不便于桩基础设计。(3)容易造成材料的浪费，增加设计和施工成本。在设计中根据常规公式计算得出承载力比实际的大，则究竟大多少没有一个相对准确值，则设计人员则会为安全起见将桩基础尺寸、配筋等盲目增加(可能实际用不了那么多材料)，容易造成工程成本增加。
技术实现思路
为了解决上述问题，本专利技术提供了斜陡坡桥梁桩基竖向承载力修正系数及承载力计算方法，更加准确的计算桥梁桩基础承载力。为达到上述目的，斜陡坡桥梁桩基竖向承载力修正系数的计算方法，包括以下步骤：步骤1、计算不同坡度下的桩基础承载力影响度αv，式中，P0为相同工况下的平坡桩基础竖向极限承载力，P表示某坡度的桩基竖向极限承载力；步骤2、根据步骤1得到的桩基础承载力影响度αv计算桩基侧摩阻力折减系数ζv，ζv＝1-αv。进一步的，步骤1中，通过竖向荷载作用下试验，测量出不同桩长的摩擦桩在不同坡度下的桩基竖向极限承载力P，当坡度为0°时即同桩长的摩擦桩在平坡桩基础竖向极限承载力P0。进一步的，取桩顶位移为1.5mm对应的荷载作为桩基础极限承载力P。进一步的，步骤1中，测量n个坡度Xj下的桩基竖向极限承载力Pj，0≤j≤n-1，n≥2，并计算出该坡度下的折减系数ζvj，当坡度X在Xj～Xj+1之间时，桩基竖向极限承载力ζv＝ζvj+k(Pj+1-Pj),k＝(Xj+1-Xj)/(ζvj+1-ζvj)。进一步的，n＝6，测量坡度为0°，30°、45°、60°、75°以及90°。一种斜陡坡桥梁桩基竖向承载力计算方法，摩擦桩的斜陡坡桥梁桩基承载力[Ra1]的计算公式为：嵌岩桩的斜陡坡桥梁桩基承载力[Ra2]的计算公式为：上式中，桩基侧摩阻力折减系数ζv根据权利要求1所述的方法得到，[Ra1]—摩擦桩单桩竖向受压承载力容许值，[Ra2]—嵌岩桩单桩竖向受压承载力容许值；u—桩身周长；Ap—桩端截面面积；n—土的层数；li—各土层的厚度；qik—与li对应的各土层与桩侧的摩阻力标准值；[fa0]—桩端处土的承载力基本容许值；h—桩端的埋置深度；k2—容许承载力随深度的修正系数；γ2—桩端以上各个土层加权平均重度；λ—修正系数；m0—清底系数；c1—端阻力发挥系数；frk—桩端岩石饱和单轴抗压强度标准值；c2i—第i层岩层的侧阻发挥系数；hi—桩嵌入各岩层部分的厚度；m—岩层层数；ζs—覆盖层土的侧阻力发挥系数。与现有技术相比，本专利技术至少具有以下有益的技术效果：本专利技术通过设定斜陡坡桥梁桩基础竖向承载力修正系数，并将承载力修正系数与承载力影响度αv建立联系，其影响度是可以通过比较简单的计算可以计算得出的，通过求出的影响度进而求出承载力修正系数；通过模型试验和数值模拟两种方法求出不同坡度和桩长下的桩基础承载力修正系数，两种方法求得其修正系数基本一致，可以使桥梁桩基础承载力更加客观和准确，更加接近实际。进一步的，取桩顶位移为1.5mm对应的荷载作为桩基础极限承载力P，1.5mm是行业内部比较认可而且比较符合实际的。进一步的，步骤1中，测量n个坡度Xj下的桩基竖向极限承载力Pj，0≤j≤n-1，n≥2，并计算出该坡度下的折减系数ζvj，当坡度X在Xj～Xj+1之间时，桩基竖向极限承载力ζv＝ζvj+k(Pj+1-Pj),k＝(Xj+1-Xj)/(ζvj+1-ζvj)，不需要进行大量的数据测量，可方便的计算出不同坡度下的桩基竖向极限承载力。进一步的，由于在0-30°这个区间桩基竖向极限承载力变化趋势接近，坡度大于30°时，桩基竖向极限承载力变化较为明显，所以取n＝6，测量坡度为0°，30°、45°、60°、75°以及90°。一种山区斜陡坡桥梁桩基竖向承载力计算方法，将计算所得到的承载力乘以该修正系数后，其桩基础竖向承载力更加接近斜陡坡地区桥梁桩基础实际承载力，避免工程事故的发生率。考虑该修正系数以后，斜陡坡桥梁桩基础竖向承载力更加准确，在桩基础设计中可以提高设计的精度，减少了工程中不确定性因素带来的设计变更。乘以修正系数后，桩基础设计更加接近实际值，降低材料浪费，减少桩基础施工成本。附图说明图1a为斜陡坡桩基础示意图；图1b为平地桩基示意图；图2a为长40cm的桩随斜陡坡坡度变化的P-SV曲线；图2b为长60cm的桩随斜陡坡坡度变化的P-SV曲线；图2c为长80cm的桩随斜陡坡坡度变化的P-SV曲线；图2d为长100cm的桩随斜陡坡坡度变化的P-SV曲线；图3为度变化对桩基承载力的影响示意图；图4为坡度变化对桩基承载力影响度αV的影响示意图；图5a为斜陡坡桩基有限元计算几何模型；图5b为45°的斜陡坡桩基有限元计算模型网格划分剖面图。附图中：1、临空面，2、桩基础，3、山体斜陡坡，4、平地桩侧岩土体。具体实施方式下面结合附图本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.斜陡坡桥梁桩基竖向承载力修正系数的计算方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1、计算不同坡度下的桩基础承载力影响度αv，

【技术特征摘要】
1.斜陡坡桥梁桩基竖向承载力修正系数的计算方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1、计算不同坡度下的桩基础承载力影响度αv，式中，P0为相同工况下的平坡桩基础竖向极限承载力，P表示某坡度的桩基竖向极限承载力；步骤2、根据步骤1得到的桩基础承载力影响度αv计算桩基侧摩阻力折减系数ζv，ζv＝1-αv。2.根据权利要求1所述的斜陡坡桥梁桩基竖向承载力修正系数的计算方法，其特征在于，步骤1中，通过竖向荷载作用下试验，测量出不同桩长的摩擦桩在不同坡度下的桩基竖向极限承载力P，当坡度为0°时即同桩长的摩擦桩在平坡桩基础竖向极限承载力P0。3.根据权利要求1所述的斜陡坡桥梁桩基竖向承载力修正系数的计算方法，其特征在于，取桩顶位移为1.5mm对应的荷载作为桩基础极限承载力P。4.根据权利要求1所述的斜陡坡桥梁桩基竖向承载力修正系数的计算方法，其特征在于，步骤1中，测量n个坡度Xj下的桩基竖向极限承载力Pj，0≤j≤n-1，n≥2，并计算出该坡度下的折减系数ζvj，当坡度X在Xj～Xj+1之间时，桩基竖向极限承载力ζv＝ζvj+k(Pj+1-Pj),k...

【专利技术属性】
技术研发人员：冯忠居，黄骤屹，王增贤，王航，蔡杰，蔡俊华，夏承明，王蒙蒙，何静斌，董芸秀，徐浩，文军强，陈锦华，郭穗柱，
申请(专利权)人：长安大学，文山州广那高速公路投资建设开发有限公司，
类型：发明
国别省市：陕西,61