对桥梁承载力与沉降的探讨__墨水学术,论文发表,发表论文,职称论

所属栏目：推荐论文发布时间：2011-02-25浏览量:124

副标题#e#摘要：近些年来，我国公路桥梁施工工艺不断提高，地基的承载力和沉降能力在施工技术中占据非常重要作用。本文根据已有研究进展的基础上，提出了一种组合型复合地基的形成机理，同时对其承栽性能和沉降计算方法进行了讨论；分析过程和结果将为该复合地基的设计及其在公路桥梁建设过程中的工程应用提供必要的理论指导和技术支持。
　　关键词：地基承载力；沉降分析；地基加固；复合地基
　　在大型桥梁建造中存在着许多技术难题，桥梁地基承载力计算及其沉降分析就是其中较为难以解决的难题。桥梁地基承载力的确定值是否准确，极大地影响着桥梁的稳定性及安全性。在交通部行业标准《公路桥涵地基与基础设计规范》中给出了根据岩土基本力学性质参数来选用地基容许承载力的基本方法，这对初步设计有参考价值，但由于地质条件的复杂性，该方法尚难以满足工程的要求。同时，在公路桥梁建设过程中，其上构、下构是看得见、摸得着的部分，设计、施工、检测大同小异，易于掌握，然而地基部分是隐蔽工程，尽管事前可以进行地质钻探，但地质情况复杂多变，目前的科技水平对水下、地下工程的设计、施工、检测难以完全捉摸透，施工后有时地质情况出现甚至与设计或预测的大相径庭。大型工程建设既不能轻易地去变更设计，有时受客观条件制约或部分工程已施工完毕，更不能随意地改变；即使能如此，也将会大大地延迟工期，增加工程造价。
　　1公路桥梁地基承载力及沉降分析的重要性和发展
　　目前在大型桥梁地基承载力及沉降分析的准确确定问题上，对于现有地基的承载能力及沉降分析，已有的几种已被工程实践的方法有：
　　(1)在工程现场选取典型的地层进行现场承压板载荷试验，以确定地基的极限承载力。在山坡平台上可设置锚桩横梁反力装置，在挖孔孔底及平洞内可借助山体自重设撑式反力装置，用压力传感器测力，用位移计测沉降。人工挖孔桩桩底地基载荷试验结果，有利于准确估计挖孔桩的单桩承载力。
　　(2)根据原有地质勘察资料，如钻孔取芯、静、动力触探及室内试验所得的岩土力学性质参数，结合有关规范及现场载荷试验、邻近工程调查对比、既有建筑经验和理论公式的计算综合分析确定，这是桥梁施工图设计之前应进行的分析工作。
　　(3)由于地质条件和桥梁结构的复杂性，在施工初期可能会发现许多与原地质勘察不符的新问题，因此，要强调在施工初期进行补充地质勘察工作或进行专门的试验测试，如在现场进行较大量的标准贯人和轻便触探试验，施工现场取样进行室内土工试验和岩石试验包括岩芯样三轴压缩试验和岩石点荷载强度试验等，然后根据有关规范和地区经验进一步确定各持力层地基的承载力。
　　(4)工程物探方法简单、快速、成本低、易大面积施测，已成为岩土工程勘察中一类重要手段。可用地震勘探、波速测试、电法勘探及地质雷达电磁法勘探等综合物探技术，查明风化层深度与基岩面的起伏；探测隐伏构造、破碎带，追索断层；测定岩土体的物理力学参数及探测潜在的滑坡及软弱夹层等；特别是要正确评价大桥两岸边坡岩体的稳定性和由于爆破开挖、地下水等因素引起岩体性质的变化，正确估计其对地基和桩基承载力的可能影响。
　　随着碎石桩复合地基的施工机械和成桩工艺的日益成熟和完善，为增加桥梁桩自身的刚度和使桩体承担更大的设计荷载，在原桩体材料的碎石中掺入适量的水泥，使桩身形成低标号砼；而为增加砼的和易性、提高砼的密实度和节约水泥，在低标号砼中加入适量的粉煤灰，最终形成了一种新的水泥粉煤灰碎石桩复合地基。该复合地基实际是在碎石(卵石、砾石)、石屑(粗砂、中砂)、粉煤灰中，掺人适量的水泥和水，用各种成桩机具制成的具有可变黏结强度、可变桩径的复合地基。通过上述方法测试得到，该复合桥梁地基具有高的承#p#副标题#e#载能力和抗沉降特性。
　　2公路桥梁地基的加固机理分析
　　传统的桥梁桩基理论是由桩全部承担上部荷载，不考虑桩间土直接承担荷载的作用。对于本文中提出的新的水泥粉煤灰碎石桩复合地基，作为一种刚性桩地基，与天然地基组成刚性桩复合地基，共同承担上部荷载。它是一种低强度混凝土桩，一般情况下，不仅可全长发挥桩的侧阻力，当桩端落到较硬土层时，也可以很好地发挥端阻作用，较大幅度地提高地基承载力。与钢筋混凝上灌注桩相比，该类地基桩的刚度和强度要小得多，这样有利于充分发挥材料的潜力，降低地基处理费用。
　　水泥粉煤灰碎石桩对松散砂土、粉土的加固机理：①挤密效应；②排水效应；③预震效应。复合地基成桩过程中，振冲器以一定的振动频率或冲击水平加速激振土体，使填料和地基土在提高相对密实度的同时获得强烈的预震。这种预震对砂土增强抗液化能力极为有利，对公路桥梁的运行安全性来说，这点是极为重要的。
　　水泥粉煤灰碎石桩对黏性土的加固机理：①桩体的置换作用。在荷载作用下桩体压缩性明显小于桩周土，因此基础传至复合地基的附加应力随地基的变形逐渐集中在桩体上，出现应力集中现象。②挤密作用。由于振动或冲击的挤压作用使桩问土得到一定程度的挤密。③时间效应。利用振动或冲击成桩法工艺施工将对桩间土产生扰动，特别是对高灵敏度的土体，其结构强度将有一定程度的丧失，土体的强度降低。但在施工结束后，随着恢复期的增长，结构强度也会逐渐恢复。
　　3公路桥梁的复合地基承载力计算
　　通过以上对组合型复合地基的定性分析可知，一般来说，强桩都能充分发挥作用，而弱桩承载力的发挥则需从两方面考虑：
　　(1)由桩身强度决定，如刚度较小的柔性桩。
　　(2)当桩身强度足够时，则由土对桩的承载力决定，而这又包含两方面的内容：一是土的强度决定对桩的最大支承力；二是土的变形性质决定的保证桩不发生过大沉降的最大支承力。对于第一种情况，公路桥梁的复合地基承载力公式为：
　　(1)
　　由于弱桩的强度较低，弱桩桩周上没能充分发挥作用。
　　(2)
　　对于这种情况，能够使强桩充分发挥作用，理论上讲，也能使弱桩充分发挥作用。
　　上两式中：：组合型复合地基承载力标准值，kPa；
　　：强桩、弱桩置换率；
　　：强桩、弱桩自由单桩承载力标准值，kPa；
　　：强桩、弱桩自由单桩横截面积，m2；
　　：弱桩、桩间土强度发挥系数(一般小于1.0)，
　　一般取0.9—0.95，重要工程或对变形有要求时，取0.75-0.90；
　　：桩间强度提高系数(一般大于1.0)，可根据经验预估，没有经验且无实测资料时，一般黏性土可取1.0。
　　公式中采用的是自由单桩的承载力标准值，而实际复合地基中单桩的承载力要比自由单桩的承载力高，这样就提高了组合型复合地基的安全储备。如何能充分发挥强桩、弱桩和土的作用，而又不因某局部首先破坏而导致整体丧失使用价值，是设计优劣的关键，设计时应注意不仅要保证整体上满足地基的承载力，还要保证每根单桩都能正常工作，并且要满足沉降量要求，而后一方面往往是至关重要的。
　　4公路桥梁组合地基沉降计算
　　一般情况下，公路桥梁组合型复合地基沉降由3部分组成：加固土层变形量S。，褥垫层变形S：，下卧层变形S，。由于褥垫层较薄，且变形模量相对较大，变形量S很小，通常可以忽略不计，则总沉降量S：S。+S。假定加固区复合地基为与天然地基分层相同的若干层均质地基，每一层的压缩模量都相应扩大几倍，然后按分层综合法计算加固区和下卧层变形，其公式如下：
　　(3)
　　式中：k：加固区分层数；
　　n：总分层数；
　　P0：对应荷载标准值的基础底面处附加压力，kPa；
　　Esi：基础底面下第i层土的压缩模量，MPa，它指i层土体在完全侧限的#p#副标题#e#条件下，竖向应力增量与竖向应变增量的比值(，它表示单位压应力变化引起的单位土体体积变化，实际工程中试验测定)；
　　ai：基础底面至第i层土底面的距离，m；
　　Ai-1：基础底面计算点至第i层土范围内平均附加压力系数；
　　：压缩模量提高系数，；
　　：面积置换率。
　　5结束语
　　本文总结阐述了公路桥梁地基承载力及沉降分析的重要性和发展现状，据此提出并讨论了一种新的复合公路桥梁地基的加固机理，并对该公路桥梁的复合地基承载力和沉降的计算方法进行了分析和总结，研究结果将为该复合地基的设计及其在公路桥梁建设过程中的工程应用提供必要的理论指导和技术支持。
　　
　　参考文献：
　　1、北京市轨道交通建设管理有限公司国贸站工程国贸立交桥现状评估和沉降控制标准2005
　　2、北京市政工程研究院北京市地铁十号线国贸站工程国贸立交桥现状外观检测及结构评估2005
　　3、GB50007-2002.建筑地基基础设计规范
　　4、JTJ024-1985.公路桥涵地基与基础设计规范