本发明涉及岩土工程勘察设计及施工领域,更具体地,涉及一种桥梁桩基的单桩竖向承载力测算方法。
背景技术:
1、在岩溶地区建设桥梁时,桥梁桩基难免会与溶洞组成共同受力系统。如果溶洞的地表覆盖层较薄,且溶洞不是很大时,桥梁基础可直接穿过溶洞将荷载传递到溶洞底部稳定的基岩上;如果溶洞的地表覆盖层较厚时,采取桥梁桩基穿过所有溶洞的方案会导致工程造价激增,因此现有技术主要采取将桥梁桩基底面设置在溶洞顶板之上。
2、目前我国桥梁桩基设计使用的《公路桥涵地基与基础设计规范》(jtg3363-2019)和《铁路桥涵地基与基础设计规范》(tb10093-2017)、以及建筑桩基设计使用的《建筑桩基技术规范》(jgj94-2008)仅给出了岩溶区桥梁和建筑结构桩基设计的一般原则,未提及对岩溶区桥梁桩基设计时竖向承载力的理论计算公式和方法。在实际工程中,岩溶地区溶洞分布较为复杂,沿着桥梁桩基往下通常还以串珠状溶洞形式出现,现有技术未针对串珠状溶洞提供一种可实施的竖向承载力的理论测算方式。此外,钻孔灌注桩基在溶岩区通常采用回填和全钢护筒的方式,采用全钢护筒的施工方式时钢护筒通常会遗留在地下形成钢管混凝土桩基,导致钢管桩与土层之间的桩周摩阻力计算方式与回填法不一致,因此钻孔灌注桩基的施工方式对竖向承载力也产生较大的影响。
技术实现思路
1、本发明提供了一种桥梁桩基的单桩竖向承载力测算方法,以解决现有规范无法针对岩溶地区的串珠状溶洞测算桥梁桩基的竖向承载力的问题。
2、本发明提供了一种桥梁桩基的单桩竖向承载力测算方法,应用于串珠状溶洞的地质条件,所述方法包括:
3、根据待建桥梁桩基进行超前钻探;
4、根据钻探情况获取钻孔的地质柱状图以及通过土工试验获取指定的岩土层物理力学参数;
5、根据待建桥梁桩基基底构建溶洞顶板,采用有限元方法按照所述岩土层物理力学参数获取所述溶洞顶板的最大竖向承受力;
6、根据所述岩土层物理力学参数获取所述待建桥梁桩基的桩端与岩土体之间的相互作用力;
7、根据所述钻孔的地质柱状图以及岩土层物理力学参数获取所述待建桥梁桩基的桩周摩阻力;
8、根据所述溶洞顶板的最大竖向承受力、桩端与岩土体之间的相互作用力和所述待建桥梁桩基的桩周摩阻力获取所述桥梁桩基单桩竖向承受力。
9、可选地,所述根据待建桥梁桩基进行超前钻探包括:
10、获取所述待建桥梁桩基的直径;
11、根据所述直径获取钻孔孔位的布置方式;
12、根据所述钻孔孔位的布置方式在对应位置上进行超前钻探。
13、可选地,所述根据所述直径获取钻孔孔位的布置方式包括:
14、根据待检桥梁桩基的直径的大小,在桩基中心或桩基外边缘均匀布置若干个计划钻探的钻孔孔位,且所述钻孔的数量随着直径增大而增多。
15、可选地,所述根据待建桥梁桩基基底构建溶洞顶板包括:
16、根据所述待建桥梁桩基的直径设置所述溶洞顶板的长度和宽度;
17、根据所述钻孔的地质柱状图获取所述待建桥梁桩基基底到溶洞顶的距离信息,以所述距离信息作为溶洞顶板的厚度;
18、根据所述长度、宽度以及厚度构建所述溶洞顶板在三维实体有限元的几何模型。
19、可选地,所述溶洞顶板的长度和宽度均大于10倍的直径。
20、可选地,所述根据待建桥梁桩基基底构建溶洞顶板还包括:
21、当所述钻孔有多个时,分别获取每一个钻孔对应的待建桥梁桩基基底到溶洞顶的距离信息;
22、从所述距离信息中获取最小值,作为所述溶洞顶板的厚度。
23、可选地,所述根据所述溶洞顶板的最大竖向承受力、桩端与岩土体之间的相互作用力和所述待建桥梁桩基的桩周摩阻力获取所述桥梁桩基单桩竖向承受力包括:
24、比较所述溶洞顶板的最大竖向承受力和桩端与岩土体之间的相互作用力,获取两者中的较小值;
25、求取所述待建桥梁桩基的桩周摩阻力和所述较小值之和,作为所述桥梁桩基单桩竖向承受力。
26、可选地,所述根据所述钻孔的地质柱状图以及岩土层物理力学参数获取所述待建桥梁桩基的桩周摩阻力包括:
27、根据所述钻孔的地质柱状图获取第j个钻孔中第i层岩土层的厚度hji;
28、根据各岩土层的强度、破碎程度确定第i层岩土层的侧阻发挥系数ci;
29、获取钢护筒底面或局部冲刷线以下第i层岩土层与桩侧的摩阻力标准值qi;
30、按照以下公式计算所述待建桥梁桩基的桩周摩阻力:
31、
32、其中,λ表示岩土层的安全系数,μ表示所述待建桥梁桩基的桩身周长,为第i层岩土层的平均厚度,hji表示第j个钻孔中第i层岩土层的厚度,ci表示第i层岩土层的侧阻发挥系数,0.4≤ci≤1,qi为第i层岩土层与桩侧的摩阻力标准值,j、i均为正整数。
33、可选地,所述待建桥梁桩基的桩端与岩土体之间的相互作用力p为:
34、p=capqr
35、其中,c表示根据清孔情况及岩土层破碎程度而定的岩土端阻力发挥系数0.4≤c≤1,ap表示桩端的截面面积,qr表示桩端处岩土层的承载力容许值。
36、本发明的桥梁桩基的单桩竖向承载力测算方法,根据待建桥梁桩基进行超前钻探;根据钻探情况获取钻孔的地质柱状图以及通过土工试验获取指定的岩土层物理力学参数,构建溶洞顶板,计算所述溶洞顶板的最大竖向承受力、所述待建桥梁桩基的桩端与岩土体之间的相互作用力,以及所述待建桥梁桩基的桩周摩阻力;最后根据所述溶洞顶板的最大竖向承受力、桩端与岩土体之间的相互作用力和所述待建桥梁桩基的桩周摩阻力获取所述桥梁桩基单桩竖向承受力;从而提供了一种针对溶岩区串珠状溶洞的桥梁桩基竖向承载力的计算方式,为岩溶区桥梁桩基的设计和施工提供一种可靠且稳定参考,该方法针对钻孔灌注桩采用回填法施工时的岩溶区桩基进行计算,有效地避免了钻孔灌注桩基的施工方式对竖向承载力产生的影响,解决了岩溶区串珠状溶洞桥梁桩基竖向承载力的测算难题。
37、通过以下参照附图对本发明的示例性实施例的详细描述,本发明的其它特征及其优点将会变得清楚。
1.一种桥梁桩基的单桩竖向承载力测算方法,其特征在于,应用于串珠状溶洞的地质条件,所述方法包括:
2.如权利要求1所述的桥梁桩基的单桩竖向承载力测算方法,其特征在于,所述根据待建桥梁桩基进行超前钻探包括:
3.如权利要求2所述的桥梁桩基的单桩竖向承载力测算方法,其特征在于,所述根据所述直径获取钻孔孔位的布置方式包括:
4.如权利要求1所述的桥梁桩基的单桩竖向承载力测算方法,其特征在于,所述根据待建桥梁桩基基底构建溶洞顶板包括:
5.如权利要求4所述的桥梁桩基的单桩竖向承载力测算方法,其特征在于,所述溶洞顶板的长度和宽度均大于10倍的直径。
6.如权利要求4所述的桥梁桩基的单桩竖向承载力测算方法,其特征在于,所述根据待建桥梁桩基基底构建溶洞顶板还包括:
7.如权利要求1所述的桥梁桩基的单桩竖向承载力测算方法,其特征在于,所述根据所述溶洞顶板的最大竖向承受力、桩端与岩土体之间的相互作用力和所述待建桥梁桩基的桩周摩阻力获取所述桥梁桩基单桩竖向承受力包括:
8.如权利要求1或7所述的桥梁桩基的单桩竖向承载力测算方法,其特征在于,所述根据所述钻孔的地质柱状图以及岩土层物理力学参数获取所述待建桥梁桩基的桩周摩阻力包括:
9.如权利要求1或7所述的桥梁桩基的单桩竖向承载力测算方法,其特征在于,所述待建桥梁桩基的桩端与岩土体之间的相互作用力p为: