黄土暗穴区桥梁桩基竖向承载力及修正系数计算方法技术

本发明专利技术公开了一种黄土暗穴区桥梁桩基竖向承载力及修正系数计算方法，通过实验获得不同工况下，桩身周围无暗穴时的桥梁桩基竖向极限承载力P

Calculation method of vertical bearing capacity and correction coefficient of bridge pile foundation in loess hidden hole area

The invention discloses a calculation method of the vertical bearing capacity and correction coefficient of the bridge pile foundation in the loess hidden hole area, and obtains the vertical ultimate bearing capacity P of the bridge pile foundation under different working conditions when there is no hidden hole around the pile body through experiments

【技术实现步骤摘要】
黄土暗穴区桥梁桩基竖向承载力及修正系数计算方法
本专利技术属于土木工程桥梁设计与施工
，具体涉及黄土暗穴区桥梁桩基竖向承载力及修正系数计算方法。
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。对于地基条件完好的桥梁桩基础承载力，按照现有规范和相应桩基础承载力计算公式计算即可。但黄土由于其自身具有很强的湿陷性，在水流冲刷作用下容易形成黄土暗穴2，暗穴的存在使桩基础1的桩侧或桩端的桩周土3缺失，原本承载力较高的黄土地基，暗穴对桩基础承载力产生较大的影响，图1a和图1b所示，暗穴在桩基础的一侧与桩基础水平向距离、桩基础在桩基底部与桩基础竖向距离对桥梁桩基础承载力均有不同的影响。但目前针对黄土暗穴地区桥梁桩基础承载力仍然没有具体的计算公式，依然按照常规桥梁桩基础竖向承载力计算公式计算其桩基础承载力，具体如式1-1和式1-2。(1)摩擦桩(2)嵌岩桩采用这种通用桥梁桩基础极限承载力计算公式计算黄土暗穴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，使黄土暗穴地区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，根据传统通用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，本专利技术提供了一种黄土暗穴区桥梁桩基竖向承载力及修正系数计算方法，计算得到的桩基础竖向承载力更加接近黄土暗穴地区桥梁桩基础实际承载力，避免工程事故的发生率。为达到上述目的，本专利技术所述黄土暗穴区桥梁桩基础竖向承载力修正系数的计算方法，包括以下步骤：步骤1、通过实验获得不同工况下，桩身周围无暗穴时的桥梁桩基竖向极限承载力P0和桩身周围有暗穴时的桥梁桩基竖向极限承载力Pj，j＝1，2；当黄土暗穴在桥梁桩基础一侧时，桥梁桩基竖向极限承载力记为P1；当黄土暗穴在桥梁桩基础底部时，桥梁桩基础承载力记为P2；计算桥梁桩基础承载力影响度αVj，步骤2、根据步骤1得到的桥梁桩基础承载力影响度αVj计算桥梁桩基础竖向承载力修正系数ζvj，ζvj＝1-αvj。进一步的，步骤1中，通过黄土洞穴地区桥梁桩基础离心模型实验，测量出以下工况下的桥梁桩基础竖向极限承载力：1)当黄土暗穴在桥梁桩基础一侧时，测量出不同桥梁桩基础桩与暗穴水平间距以及不同暗穴分布深度下的桥梁桩基础竖向极限承载力P1；2)当黄土暗穴在桥梁桩基础下方时，测量出不同暗穴分布深度下的桥梁桩基础竖向极限承载力P2。进一步的，步骤1中，取桩顶位移为竖向位移为6％D对应的荷载作为桥梁桩基础竖向极限承载力P，D为桥梁桩基础的直径。进一步的，对于未进行实验的暗穴分布情况，按照已得到的折减系数进行线性内插计算。进一步的，对于未进行实验的暗穴分布情况，通过线性内插、数值仿真及室内试验获得三个折减系数，取三个折减系数中最小者作为最终的折减系数。一种黄土暗穴区桥梁桩基础竖向承载力的计算方法，摩擦桩的黄土暗穴区桥梁桩基承载力[Ra1]的计算公式为：嵌岩桩的黄土暗穴区桥梁桩基承载力[Ra2]的计算公式为：上式中，ζvj为权利要求1至权利要求5中任意一项计算得到的桩基础竖向承载力修正系数；Rα1—摩擦桩的黄土暗穴区桥梁桩基承载力容许值；Rα2—嵌岩桩的黄土暗穴区桥梁桩基承载力容许值；c1—根据清孔情况、岩石破碎程度等因素而定的端阻力发挥系数；Ap—桩端截面面积；λ—修正系数；m0—清底系数；[fa0]—桩端处土的承载力基本容许值；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；h—桩端的埋置深度；frk—桩端岩石饱和单轴抗压强度标准值，frki为第i层的frk值；c2i—根据清孔情况、岩石破碎程度等因素而定的第i层岩层的侧阻发挥系数；u—各土层或各岩层部分的桩身周长；hi—桩嵌入各岩层部分的厚度，不包括强风化层和全风化层；m—岩层层数，不包括强风化层和全风化层；ζs—覆盖层土的侧阻力发挥系数；li—各土层的厚度；qik—桩侧第i层土的侧阻力标准值，宜采用单桩摩阻力试验值，当无试验条件时，对于钻孔桩按公路桥涵设计规范取值；n—土层的层数，强风化和全风化岩层按照土层考虑。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：(1)通过实验测量并计算得到不同工况下的桥梁桩基础竖向承载力修正系数，得到的修正系数可直接应用于相同工况下，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黄土暗穴地区桥梁桩基础实际承载力，降低工程事故的发生率，经仿真模拟，利用该修正系数计算得到的桥梁桩基础竖向承载力符合工程允许误差。(2)考虑该修正系数以后，黄土暗穴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。(3)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。进一步的，对于未进行实验的暗穴分布情况，按照已得到的折减系数进行线性内插计算，此种方法，可快速根据已知修正系数，计算出新的工况下的修正系数。进一步的，对于未进行实验的暗穴分布情况，通过线性内插、数值仿真及室内试验获得三个折减系数，取三个折减系数中最小者作为最终的折减系数。此种方法较上述方法繁琐，但是得到的修正系数能够最大限度的保证安全。一种黄土暗穴区桥梁桩基础竖向承载力的计算方法，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为暗穴在桩底部的黄土暗穴地区桩基示意图；图1b为暗穴在本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.黄土暗穴区桥梁桩基础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：/n步骤1、通过实验获得不同工况下，桩身周围无暗穴时的桥梁桩基竖向极限承载力P

【技术特征摘要】
1.黄土暗穴区桥梁桩基础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、通过实验获得不同工况下，桩身周围无暗穴时的桥梁桩基竖向极限承载力P0和桩身周围有暗穴时的桥梁桩基竖向极限承载力Pj，j＝1，2；当黄土暗穴在桥梁桩基础一侧时，桥梁桩基竖向极限承载力记为P1；当黄土暗穴在桥梁桩基础底部时，桥梁桩基础承载力记为P2；计算桥梁桩基础承载力影响度αVj，
步骤2、根据步骤1得到的桥梁桩基础承载力影响度αVj计算桥梁桩基础竖向承载力修正系数ζvj，ζvj＝1-αvj。


2.根据权利要求1所述的黄土暗穴区桥梁桩基础竖向承载力修正系数的计算方法，其特征在于，步骤1中，通过黄土洞穴地区桥梁桩基础离心模型实验，测量出以下工况下的桥梁桩基础竖向极限承载力：
1)当黄土暗穴在桥梁桩基础一侧时，测量出不同桥梁桩基础桩与暗穴水平间距以及不同暗穴分布深度下的桥梁桩基础竖向极限承载力P1；
2)当黄土暗穴在桥梁桩基础下方时，测量出不同暗穴分布深度下的桥梁桩基础竖向极限承载力P2。


3.根据权利要求1所述的黄土暗穴区桥梁桩基础竖向承载力修正系数的计算方法，其特征在于，步骤1中，取桩顶位移为竖向位移为6％D对应的荷载作为桥梁桩基础竖向极限承载力P，D为桥梁桩基础的直径。


4.根据权利要求1所述的黄土暗穴区桥梁桩基础竖向承载力修正系数的计算方法，其特征在于，对于未进行实验的暗穴分布情况，按照已得到的折减系数进行线性内插计算。


5.根据权利...

【专利技术属性】
技术研发人员：冯忠居，黄骤屹，苏航州，夏承明，蔡杰，蔡俊华，蒋定然，周伟，王富春，王溪清，赵瑞欣，王蒙蒙，徐浩，陈锦华，何静斌，胡海波，江冠，王政斌，
申请(专利权)人：长安大学，
类型：发明
国别省市：陕西;61