软土地基中桩基纠偏的有关分析与计算.doc

软基中桩基移位的受力分析、计算及纠偏摘 要：软土中的桩、柱在邻近路基超载土压力作用下发生移位，分析和计算其受力情况，并就桩的纠偏措施进行介绍关键词：桩基； 移位； 分析； 计算； 纠偏1 概述揭（阳）普（宁）高速公路霖磐互通立交位于揭东县霖磐镇以东约600m处，采用喇叭型全互通全封闭立体交叉桩号为K9+860.1～K10+788.3，全长928.2m，基础采用钻孔灌注摩擦桩，桩径1.3m，柱式墩，上部结构采用预应力与非预应力相结合的钢筋砼连续箱梁，单幅桥面净宽13m，单向三车道立交桥位地层由第四系覆盖层和基底组成第四系覆盖层沉积厚度18.1～42.5m，主要由表层亚粘土（厚度为1～3.2m），淤泥（厚度4.0～14.1m），冲击成因的粘性土（厚度0.9m～5.0m），砂性土（厚度1.4m～7.1m）及坡积成因的淤泥质亚粘土（厚度1.1m～3.1m）组成表层的物理性质如下表：岩层天然含水量（ω）孔隙比（e）液性指数（IL）内摩擦角（φ）凝聚力（c）Kpa压缩系数（Cv）Mpa-1亚粘土34.9～53.1%0.968～1.4630.26～0.95淤泥68.2～10.1%1.991～2.9492.10～3.902.6～7.07.7～13.20.178～0.93霖磐互通立交CC匝道路基从主线19#、20#墩之间穿过，该处亚粘土厚2.6m，淤泥层厚8.6m，地基采用袋装砂井处理，土方超载预压，路基填土厚度（包括超载土方）4m，路基顶宽10m。

19#、20#墩桩基、系梁、立柱均施工好后才填筑路基土方2 桩柱移位 路基填筑约一个月后，墩位处地基土沿系梁方向出现裂缝，经多次复测，桩柱移位情况如下（均相对于设计坐标）： 偏移值（mm）观测日期ZX19#墩ZX20#墩备注L1L2R1R2R3L1L2R1R2R32002年9月20日91064634948施工偏差2002年11月22日303440323734302932362002年11月26日36422002年12月30日504845404945353739503 桩基内力的分析与计算ZX-19#、20#墩桩长均为45m，桩的入土深度与桩的变形系数α满足h＞2.5/α（α=0.07634，计算过程略），则桩为弹性桩，不考虑桩土间的粘着力和摩阻力，只考虑路基土方对桩的水平推力，且桩土协调变形，任一深度Z处所产生的桩侧土水平抗力与该点水平位移Xz成正比，即σZX=CXZ 且地基系数C随深度成正比增长，即C=mZ采用“m”法计算桩基内力桥位处软土主要为流塑性淤泥层，取地基土比例系数m=5KN/m43.1 桩的计算宽度b1=kf×k0×k×d=0.9×（1+1/1.3）×1×1.3=2.07kf—形状换算系数，查表得kf=0.9k0—受力换算系数，k0=1+1/dk—桩间的相互影响系数，查表得k=13.2 桩的挠曲线方程假定桩顶受水平荷载Q0及弯距M0，此时桩发生弹性挠曲，桩侧土产生横向抗力σzx。

则桩的挠曲线方程：EId4xz/dz4=-q=-σzxb1=-mzxzb1，整理得：d4xz/dz4+α5zxz=0，其中桩的变形系数α=（mb1/EI）1/5 由挠度xz与转角φz、弯距Mz和剪力Qz之间的关系： φz=dxz/dx Mz=EI d2xz/dz2 Qz=EI d3xz/dz3在Z=0的地面处，桩的水平位移、转角和剪力分别以x0、φ0、M0和Q0表示，则桩身任一截面的水平位移：xz= x0A1+φ0B1/α+M0C1/EIα2+ Q0D1/α3EI对xz求导得桩身任一截面的转角φz、弯矩Mz及剪力Qz如下：φz/α= x0A2+φ0B2/α+ M0C2/EIα2+ Q0D2/α3EIMz/ EIα2= x0A3+φ0B3/α+ M0C3/EIα2+ Q0D3/α3EI （I）Qz/α3EI= x0A4+φ0B4/α+ M0C4/EIα2+ Q0D4/α3EI （II）由σzx= Cxz= mzxz，求得桩侧土抗力：σzx=mzxz=mz（x0A1+φ0B1/α+M0C1/EIα2+ Q0D1/α3EI）其中x0、φ0需根据桩底边界条件来确定。

摩擦桩在外荷作用下，桩底将产生位移xh、φh当桩底产生转角位移φh时，桩底的弯矩值Mh=∫A0xdNx=-∫A0x2φhC0d A0=-φh C0∫A0x2 d A0=-φh C0IA0－桩底面积 I0－桩底面积对其重心轴的惯性矩C0－基底土的竖向地基系数 C0=m0h由于忽略桩与桩底土间的摩阻力，所以认为Qh=0，这是另一个边界条件将上述两个边界条件代入（I）、（II）两式得：Mh= EIα2（x0A3+φ0B3/α+ M0C3/EIα2+ Q0D3/α3EI）=-φh C0IQh=α3EI（x0A4+φ0B4/α+ M0C4/EIα2+ Q0D4/α3EI）=0且φh=α（x0A2+φ0B2/α+ M0C2/EIα2+ Q0D2/α3EI）联立求解，并令C0I0/αEI=Kh可得：x0= A°xQ0/α3EI+B°xM0/α2EI φ0= -（A°φQ0/α2EI+B°φM0/αEI） 式中：A°x=[（B3D4-B4D3）+Kh（B2D4-B4D2）]/[（A3B4-A4B3）+ Kh（A2B4-A4B2）] B°x=[（B3C4-B4C3）+Kh（B2C4-B4C2）]/[（A3B4-A4B3）+ Kh（A2B4-A4B2）] A°φ=[（A3D4-A4D3）+Kh（A2D4-A4D2）]/[（A3B4-A4B3）+ Kh（A2B4-A4B2）] B°φ=[（A3C4-A4C3）+Kh（A2C4-A4C2）]/[（A3B4-A4B3）+ Kh（A2B4-A4B2）]根据分析，摩擦桩αh＞2.5时，Mh几乎为零，且此时Kh对A°x、B°x等影响极小，可以认为Kh=0，则式可简化为x0= A°xQ0/α3EI+B°xM0/α2EI φ0= -（A°φQ0/α2EI+B°φM0/αEI）式中：A°x=（B3D4-B4D3）/（A3B4-A4B3） B°x=（B3C4-B4C3）/（A3B4-A4B3） A°φ=（A3D4-A4D3）/（A3B4-A4B3） B°φ=（A3C4-A4C3）/（A3B4-A4B3） A°x、B°x、、A°φ、B°φ均为αZ的函数，查《公路基规》可得： A°x=2.50174 B°x=1.64076 A°φ=-1.64076 B°φ=-1.757283.3 桩身的最大弯矩根据实测，桩顶最大位移x0=0.05m，倾斜角度φ0=0.00111故将x0=0.05，φ0=0.00111代入式得：0.05= A°xQ0/α3EI+B°xM0/α2EI 0.00111=-（A°φQ0/α2EI+B°φM0/αEI）将A°x=2.50174 B°x=1.64076 A°φ=-1.64076 B°φ=-1.75728代入上式解得：Q0=116.5KN M0=-1616.9KN•m又最大弯矩截面处剪力Q=0，则CQ=αM0/Q0=-1.05952，查表得αZ=2.2，Am=0.46583，Bm=0.29956最大弯距Mmax=AmQ0/α+ Q0BmCR/α=226.5 KN•m3.4 桩身材料截面强度验算桩身钢筋为22根φ25II级钢筋Ag=10.79×10-3m2，Rg=340Mpa，配筋率：μ=Ag/πr2=0.8%桩身砼标号为C25，取ag=0.08m，Ra=14.5Mpa查表得:ξjg=0.55，γc=1.25受压区宽度：x=RgAg/Rad=340×10.79×10-3/14.5×1.3=195mm＜ξjgd0=0.55×（1300-8）=711mm桩基抗弯承载能力：Mu=Rad×（d0-x/2）/γc=14.5×1300×195×（1292-195/2）/1.25=3512.5×106N•mm=3512.5KN•m>Mmax=226.5KN•m桩身材料足够安全，不验算桩身裂缝。

四 桩柱纠偏 经过对在路基土压力作用下桩身的受力分析与计算，桩土协调变形处于弹性范围内，则可采用卸载反压的方法进行桩身纠偏，即卸掉路基土方至原地面，反方向填筑约5m宽，1.5m高的土堤经过约一个星期的卸载反压，桩柱基本回复至施工桩位，检测结果如下（与设计坐标相比）：桩号ZX-19#墩ZX-20#墩备注L1L2R1R2R3L1L2R1R2R3偏移值（mm）8118775712810五 结束语在珠江三角洲地区和沿海一带软基普遍存在，这对路桥建设极为不利，容易失稳，特别容易造成路桥结合部位桥梁桩基的移位甚至损坏在软基地段进行路桥建设时，必须加强地质勘探工作，详细查明地质情况当采用堆载预压对地基进行处理时，应充分考虑堆载对桥梁桩位的影响，并尽可能在地基处理完毕后才组织桩基的施工 当然，一旦桩基受到影响，发生移位或损坏，亦不必惊慌失措，应立即组织相关专业技术人员，进行详细的计算、分析与研究，采取有效的措施，彻底消除工程质量隐患参考文献：[1] 交通部部标准《公路桥涵地基与基础设计规范》（JTJ024-85）北京：人民交通出版社，1985[2] 交通部部标准《公路桥涵设计通用规范》（JTJ021-85）。

北京：人民交通出版社，1985[3] 朱梅生编著：《软土地基》北京：中国铁道出版社，1984[4] 凌治平、易经武主编：《基础工程》北京：人民交通出版社，1997[5] 叶见曙主编：《结构设计原理》北京：人民交通出版社，1997[6] 单辉祖编著：《材料力学》北京：高等教育出版社，1999。