斜坡桩基础设计探讨

价值工程价值工程价值工程价值工程价值工程价值工程价值工程价值工程价值工程价值工程价值工程价值工程价值工程价值工程价值工程价值工程价值工程价值工程价值工程价值工程价值工程价值工程价值工程价值工程价值工程价值工程价值工程价值工程价值工程价值工程价值工程价值工程价值工程价值工程价值工程价值工程价值工程价值工程价值工程价值工程价值工程价值工程价值工程价值工程价值工程价值工程价值工程价值工程价值工程价值工程价值工程价值工程价值工程价值工程价值工程价值工程价值工程价值工程价值工程价值工程价值工程价值工程价值工程价值工程价值工程价值工程 1 土的弹性抗力及其分布规律 桩基在水平力和偏心竖向作用下发生位移挤压桩身侧向土体 见图 1（a、d），侧向土体必然对桩产生一横向土抗力 σz见图 1（b、 e），它起抵抗外力和稳定桩基础的作用，因而桩的一侧产生主动土 压力 Ez，另一侧土产生被动土压力 Eb，显然，桩对侧面土作用使土 产生的水平压应力 σz等于土对桩产生的被动土压力与主动土压力 之差，被动土压力和主动土压力计算公式如下： Eb=γ·H·tg2（45°+φ/2）+2Cntg（45°+φ/2） Ez=γ·H·tg2（45°-φ/2）-2Cntg（45°+φ/2） 式中：φ-土的内摩擦角（°）；γ-土的容量（KN）；Cn-土的粘聚力； H-土层的深度（米）。 桩侧水平压应力 σz在 桩基稳定的条件下，其大小 取决于土的性质，桩身刚度 大小、桩的截面，桩与桩的 间距，桩的入土深度及荷载 大小等因素。它的分布规律 是较为复杂的。位于斜坡上 的桩基土的性质，桩身刚度 大小、桩的截面，桩与桩的 间距及荷载大小等因素是 一致的。将地基土视为弹性 介质，把桩视为置于这种弹 性介质中的梁，用 MIDAS 建立桩基位于斜坡上的空 间模型，在桩顶水平作用 下，桩土相互作用的 σz见图 2。 根据有限元分析结果对比，显然桩基 斜坡下方的土体的抵抗力与水平地面是不 一样，桩侧土抵抗水平力明显减小，在桩基 纵向水平的挤压作用下，土体会产生滑移， 甚至破坏，因此桩基在土中最大弯矩和弯 矩零点的深度由于斜坡的影响而发生变 化，在荷载大小一致的情况下，桩对侧面土作用使土产生的水平压 应力 σz与侧向土体对桩的抵抗力是相同的。因此我们认为桩的一 侧产生主动土压力 Ez是一个固定值，见图 1（c、f）。 2 位于斜坡上桩基弯矩零点深度的计算 按 m法计算弹性桩的内力，得出 σz=0的深度 t，根据上述分析 可知 t即为被动土压力 Ez计算土层深度 H见图 1（c、f）。当土的内 聚力 C=0时，根据图 1（c、f）推导 Z0计算式如下： Z0= sin（φ+φ/2）·sin（φ+β） cosφ·cosβ姨 - sin（φ+φ/2）·sinφcosφ姨 1+ sin（φ+φ/2）·sinφcosφ姨 ×H 式中：φ-土的摩擦角（°），β-斜坡倾角（°）。 上式计算位于斜坡上桩基弯距零点增加值为 Z0米，在实际计算 中即认为桩基斜坡下方向不参与受力的地面深度。根据深度 Z0和地 面倾角，可以计算出桩基斜坡下方桩侧土的有效作用厚度 b=Z0/tanβ， 即桩基边缘与坡面的距离，现行规范没有具体的规定和要求。 3 工程应用 江西某高速公路桥 1号桥墩位于地面坡度约 40°的斜坡上，桥 墩墩身高 10米，墩柱直径 1.4米，桩入土 28米，桩基直径 1.6米，桩 顶轴力 5797KN，弯矩 6561KN·m 水平力 227KN，地质为全风化花岗 岩，砂土状，覆盖厚度 40米，容许承 载力 fa0 =250kPa，摩阻力 qik = 80kPa，内摩擦角 20°，粘聚力 Cn=0。 按 m法计算绘制桩基弯矩图， 零点深度为 13.8米见图 3。 根据 Z0 计算式得出：Z0 =3.4 （米），桩侧土厚度 b=4.1（米）。 即按桩顶露出地面 3.4米计算 桩基的内力，此时桩侧斜坡下方土 层厚度为 4.1米。 4 结束语 上面推算出的计算式在边坡是稳定的条件下，覆盖层为土的弹 性桩，土的内聚力 C=0。计算式假定桩在荷载作用下对桩侧土产生 被动土压力和静土压力数值是一定值，实际上桩另一侧静土压力是 随桩的弯矩零点深度加深而增加。桩与土作用效应分布规律是较为 复杂的，本文计算式是基于理论计算、参考相关文献得出的初步结 论，有待实体工程的进一步验证和修正。 参考文献： [1]江祖铭，王崇礼主编.公路桥涵设计《墩台与基础》. [2]凌治平主编.《基础工程》. [3]高大钊，袁聚云.《土质学与土力学》. ——————————————————————— 作者简介：潘伟辉（1971-），男，江西宁都人，工程师，大学本科，研究方向为 公路与桥梁设计；陈慧（1976-），女，江西奉新人，工程师，大学本 科，研究方向为公路与桥梁设计。 斜坡桩基础设计探讨 Discussion on Slope Pile Foundation Design 潘伟辉 Pan Weihui；陈慧 Chen Hui；熊博毅 Xiong Boyi （江西省交通设计院，南昌 330002） （Jiangxi Provincial Transportation Design Institute，Nanchang 330002，China） 摘要： 位于斜坡上的桥梁桩基，由于桩基斜坡下方的土体在桩基纵向水平的挤压作用下，土体会产生滑移，甚至破坏，土中最大弯矩和弯矩 零点深度会增加，桩基边缘与坡面的距离，现行规范没有具体的规定和要求，有些文章提供了经验值，但经验值没有考虑荷载的影响，本文主要 利用桩土相互作用机理，对桩土作用效用进行探讨，并提出与荷载相关的斜坡桩基边缘与坡面的距离计算式，供同行在设计中参考。 Abstract: Bridge pile foundation locates in the slope. The soil mass, which locates below the pile foundation slope, can create slippage, even be destroyed under the longitudinal and horizontal squeezing action of pile foundation, the maximum bending moment and bending moment zero depth will increase, the distance between the pile edge and slope has not specific regulations and requirements in current codes. Though some articles provide empirical value, influence of the load is not considered. In this paper, role in the effectiveness of pile-soil was discussed, using mechanism of pile-soil interaction, and calculation formula of the distance between the pile edge and slope, which was relevant with load, was proposed so as to provide reference for the person who has the same occupation in the design. 关键词： 斜坡桩基；被动土压力；安全宽度 Key words: slope pile foundation；passive earth pressure；safe width 中图分类号：TU473 文献标识码：A 文章编号：1006-4311（2011）30-0070-01 ·70·