新规范下的钻孔灌注桩桩长计算

新规范下的钻孔灌注桩桩长计算摘要运用新桥规进行静定结构的桩基础长度计算，采用公路—Ⅰ级荷载，以标准跨径16m、桥面全宽10m、桥面铺装12cm防水混凝土+5cm沥青混凝土、盖梁长度10.5m的预应力空心板桥为例说明钻孔灌注桩的桩长计算与老桥规的不同。关键词钻孔灌注桩、自重、车辆荷载、车道荷载、桩长、冲刷深度钻孔灌注桩基础由于施工技术较成熟、工期短、检测方法较完善等优点被广泛应用于大中桥梁的基础设计中。自《公路桥涵设计通用规范JTGD60-2004》、《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范JTGD62-2004》和《公路桥涵地基与基础设计规范JTGD63-2007》发布以来，在桥涵结构计算上，新旧规范交替使用，计算方法比较混乱，故撰此文以推进新规范的应用。对比新老规范的主要不同之处有以下几点：1明确了公路桥涵结构应进行承载能力极限状态和正常使用极限状态设计；2引入了公路桥涵设计的安全等级及其重要性系数；3适当调整了公路桥涵分类标准；4新规范取消了原标准汽车荷载等级，改为采用公路-Ⅰ级和公路-Ⅱ级标准汽车荷载；取消了挂车和履带车验算荷载，将验算荷载的影响间接反映在汽车荷载中；5将汽车冲击系数以跨径为主要影响因素的计算方法，改为以结构基频为主要影响因素的计算方法。本文仅以双柱式钻孔灌注桩的桩长计算为例，说明新规范下桩长的计算过程。该桥是河南省商丘市境内王引河上的一座桥梁，上部为预应力空心板结构，下部为柱式结构，钻孔灌注桩基础；桥面全宽10m；跨径3-16m；桥面铺装为12cm防水混凝土+5cm沥青混凝土；桥位地质情况经钻探后得到岩土勘察，可提供有关数据。一、永久作用桩长计算时，永久作用主要表现为结构重力，下图为桥梁结构横断面图。1、上部构造（一孔）（1）空心板：10×6.72×25=1680kN（2）桥面铺装：防水砼：0.12×9×16×25=432kN沥青砼：0.05×9×16×23=165.6kN（3）防撞护栏：8.78×25+4.7=224kN。一孔上部构造总重2501.6kN。2、下部构造：（1）盖梁：16.38×26=425.88kN（2）立柱：π/4×1.22×3×25=85kN（3）灌注桩：假设桩长28米，桩头位于地面线以下1m左右，冲刷深度3.5m，桩底为透水性土层，桩基自重按浮重计。π/4×1.52×（3.5-1）×25+π/4×1.52×（25-2.5）×15=706.5kN。一根桩基承受的恒载之和为：（2501.6+425.88）/2+85+706.5=2255.24kN。二、可变作用：1、公路-Ⅰ级车道荷载均布荷载qk=10.5kN/m集中荷载Pk=180×（1+（15.5-5）/（50-5））=222kN剪力计算时Pk=1.2×222=266.4kN2、冲击系数结构基频（桥规JTGD62－2004条文说明4－3条）当1.5Hz＜f1＜14Hz：（桥规JTGD60－2004，4.3.2式）所以3）汽车荷载横向分配系数修正的刚性横梁法（式中G/E=0.4）三、荷载组合1.承载能力极限状态设计：基本组合永久作用的设计值效应与可变作用设计效应相组合，其效应组合表达式为：或（桥规JTGD60－2004，4.1.6式）结构重要性系数γ0=1.0，恒载分项系数γG1=1.2，汽车荷载效应的分项系数γQ1=1.4。偶然组合永久作用标准值效应与可变作用某种代表值效应、一种偶然作用标准值效应相组合。偶然作用的效应分项系数取1.0；与偶然作用同时出现的可变作用，可根据观测资料和工程经验取用适当的代表值。四、桥墩桩桩长计算：钻孔桩容许承载力按《公路桥涵地基与基础设计规范》JTGD63-2007式（5.3.3-1）计算。式中：—单桩轴向承载能力容许值（kN），桩身自重与置换土重（当自重计入浮力时，，置换土重也计入浮力）的差值作为荷载考虑；—桩的周长（m）；—桩端截面面积（m2）,对于扩底桩，取扩底截面面积;—土层的层数；—承台底面或局部冲刷线以下各层土的厚度（m），扩孔部分不计；—与对应的各土层与柱壁的极限摩阻力（kPa），宜采用单桩摩阻力试验确定，当无试验条件时按规范（JTGD63-2007）表5.3.3-1选用，本文采用《王引河桥桥址岩土勘察报告》中的数据；—桩端处土的极限承载力（kPa），按下式计算：。当计算值超过下列值时，宜按下列值采用：粉砂1000kPa；细砂1150kPa；中砂、粗砂1450kPa；碎石土2750kPa；—桩端处土承载能力容许值（kPa）,按规范（JTGD63-2007）第3.3.3条确定；—桩尖处土的埋置深度（m），对于有冲刷的基础，埋深由一般冲刷线起算；对无冲刷的基桩，埋深由天然地面线或实际开挖后的地面线起算；的计算值不大于40m，当大于40m时，按40m计算，或按试验确定其承载力；—地面土的容许承载力随深度的修正系数，桩端处持力层土类按规范（JTGD63-2007）表3.3.4选用；—桩端以上各土层的加权平均重度（kN/m3），若持力层在水位以下且不透水时，无论桩端以上土层透水性如何，一律取饱和重度；当持力层透水时，则水中部分土层取负重度；—修正系数，按规范（JTGD63-2007）表5.3.3-2选用，本例,透水性土层；—清底系数，按规范（JTGD63-2007）表5.3.3-3选用，本例，因此取。根据该桥的岩土勘察报告选用以下数据进行计算土层序号土层厚度冲刷线下每层桩长摩阻力承载力容重k2每层摩阻力151.54513019.21328.692334012019.61584.343885520020.41.52142.6412105018020.22.52434.75100602002030桩周土层摩擦力计算总计如下：桩尖处土的容许承载力计算如下：单桩容许承载力计算如下：经计算表明单桩容许承载力力略大于单桩承载能力极限状态下效应组合设计值，说明初拟桩长比较合理，可以作为设计结果使用。结论：随着新规范的深入应用，很多结构类计算要进行更新和完善，钻孔灌注桩桩长的计算只是其中之一。现在大量的计算程序均可对桩基长度进行计算，但大部分程序是给出一个桩顶力和土层地质情况，经过计算机反解给出桩长。在桩顶力的选用上需经过荷载组合和实际情况加以考虑后给出,本文根据新规范的承载能力极限状态对荷载作用进行组合，适用于对计算机程序计算结果的复核和验算。在计算桥台桩时，由于现在的桩柱式桥台一般采用台后放置搭板的结构形式，可以认为搭板也是一孔小跨径的简支梁板进行加载计算。此时桥台桩基承受半孔跨径荷载和半孔搭板荷载作用。参考文献：JTGD60-2004.公路桥涵设计通用规范JTGD63-2007.公路桥涵地基与基础设计规范范立础.桥梁工程.北京：人民交通出版社，2004袁伦一，鲍卫刚.公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范条文应用算例.北京：人民交通出版社，2004