擋土墻微樁基礎(chǔ)橋臺(tái)

1、第三章 擋土墻和微型樁基礎(chǔ)組合橋臺(tái)設(shè)計(jì)3.1 簡(jiǎn)介鋼筋混凝土輕型橋臺(tái)， 是利用鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的抗彎能力來減少圬工體積而使橋臺(tái)輕型化。 主要可分為薄壁輕型橋臺(tái)和支撐梁輕型橋臺(tái)。 其優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)自重輕， 施工方便。輕型橋臺(tái)是橋臺(tái)的一種形式，還有重力式橋臺(tái)、框架式橋臺(tái)、組合式橋臺(tái)等形式。輕型橋臺(tái)適用于小跨徑橋梁，橋跨孔數(shù)與輕型橋墩配合使用時(shí)不宜超過 3 個(gè)，單孔跨徑不大于 13m，多孔全長(zhǎng)不宜大于 20m。樁基擋墻的擋土部分為懸臂式擋墻， 基礎(chǔ)部分采用鋼筋混凝土鉆孔灌注樁或打入樁等樁基礎(chǔ)。以樁基作為擋墻結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)， 解決了一般懸臂式擋墻必須依靠增大基礎(chǔ)尺寸來提供抗傾覆滑移反力和減小地基承載力的問題，

2、進(jìn)而能夠減小挖方段的開挖量，這可通過對(duì)樁基擋土墻案例的分析， 說明其計(jì)算過程和適用性。一般懸臂式擋土墻是通過立壁承受土體側(cè)壓力， 通過底板提供抗傾覆滑移反力的墻式構(gòu)造物。通常依靠改變底板尺寸來提供足夠的支撐反力， 采用淺基礎(chǔ)或復(fù)合地基處理， 提高天然地基承載力。我國(guó)大部分地區(qū)天然地基承載力或經(jīng)過復(fù)合地基處理的地基承載力一般不超過150kPa200kPa，故我國(guó)公路、鐵路路基等相關(guān)設(shè)計(jì)規(guī)范中均規(guī)定其墻高不宜超過6m。與淺基礎(chǔ)處理和復(fù)合地基處理相比， 樁基礎(chǔ)等深基礎(chǔ)處理能夠提供較高的豎向地基承載力， 同時(shí)還能提供前者不具備的水平承載力， 因此采用支擋體系的擋土墻與樁基礎(chǔ)結(jié)合， 將能使擋土墻的適用范

3、圍擴(kuò)大一步。本文將以鋼筋混凝土懸臂式擋墻（結(jié)構(gòu)體系如圖1所示）為例， 闡述這種體系的計(jì)算分析。圖3-1 樁基擋土墻體系一般結(jié)構(gòu)的懸臂式擋墻其結(jié)構(gòu)主要由立壁、墻踵、墻趾構(gòu)成。體系的水平滑移傾覆穩(wěn)定性主要依靠墻身自重和墻踵板上方填土的重力來保證， 而墻趾板主要用來減小基底應(yīng)力. 倘若擋墻高， 土壓力大， 就需要增加立壁、底板的厚度和鋼筋數(shù)量來抵抗立壁上的彎矩， 增加墻踵、墻趾的長(zhǎng)度來抵抗土壓力產(chǎn)生的傾覆力矩， 并減小墻趾處的地基應(yīng)力。而對(duì)于挖方段擋墻， 增加墻踵長(zhǎng)度后將顯著增大基礎(chǔ)的開挖量， 增加墻趾長(zhǎng)度后也有可能導(dǎo)致其伸入路下， 造成路面的縱向沉降裂縫。以灌注樁或者打入樁作為擋墻的基礎(chǔ)， 擋墻的

4、基底應(yīng)力、抗傾覆穩(wěn)定性及抗滑穩(wěn)定性等結(jié)構(gòu)特性不再由底板尺寸和基底土特性決定， 而是由樁基礎(chǔ)來支撐擋墻并抵抗擋墻的傾覆及滑動(dòng)。這種擋墻對(duì)于天然地基承載力較差或挖方段擋墻， 墻體需要開挖、無條件布置拉筋帶并且墻身高度大于6m的情況， 較一般的懸臂式擋墻有明顯優(yōu)勢(shì)。這兩種情況下， 一般懸臂式擋墻都需要增大底板尺寸用以抗傾覆和滑移、減小基底應(yīng)力， 而增大底板尺寸， 尤其是墻踵， 將導(dǎo)致開挖土方工程量大幅度增加。選用樁基礎(chǔ)與擋墻結(jié)合， 其構(gòu)造簡(jiǎn)單、施工方便， 可以較好地發(fā)揮材料的強(qiáng)度性能， 實(shí)現(xiàn)較小的開挖量。3.2 擋土墻橋臺(tái)尺寸設(shè)計(jì)及荷載計(jì)算試設(shè)計(jì)橋臺(tái)尺寸如下圖所示圖 3-2 橋臺(tái)尺寸圖（單位：dm）

5、3.2.1 恒載計(jì)算恒載可以為橋臺(tái)自重，橋臺(tái)上土自重和上部恒載組成，橋臺(tái)尺寸如下圖所示。1.橋臺(tái)、承臺(tái)及上部填土重力計(jì)算橋臺(tái)混凝土等級(jí)為 25，重度為 25。橋臺(tái)背墻：kN150025602.54 . 0臺(tái)身重：kN10500256071承臺(tái)重：kN6000256041承臺(tái)上土的加權(quán)平均重度：iiimhh5 . 9209 . 09 . 3183 . 1189 . 0175 . 21738 .17mkN承臺(tái)上土重：kN202928 .17609.52kNP38292202926000105001500mkNM14742) 122/4(20292)2/122/4(10500)2/4 . 022/4

6、(15002上部構(gòu)造恒載計(jì)算上部構(gòu)造示意圖如下圖所示。上部構(gòu)造混凝土等級(jí)為 C30，重度為 30。圖 3-3 上部構(gòu)造示意圖本飛機(jī)滑行道橋?yàn)?22+28+28+22 跨徑預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)箱梁橋， 橋厚 2.5m， 橋梁設(shè)計(jì)總寬度為 60m。恒P=（305 . 260112）20=25200 kNmex5 . 1)2/122/4(1378005 . 125200PMxe恒恒mkN 3.2.2 橋臺(tái)后土壓力計(jì)算：圖 3-4 橋臺(tái)后土層參數(shù)示意圖各個(gè)土層參數(shù)如下：填土參數(shù)： =317mkN，c = 5kPa， = 220，厚 2.5m。高液限粘土參數(shù)： =317mkN，c = 40kPa， = 14

7、0，厚 0.9m。低液限粘土參數(shù)： =318mkN，c = 60kPa， = 180，厚 1.3m。松散卵石土參數(shù)： =318mkN，c = 0kPa， = 300，厚 3.9m。中密卵石土參數(shù)： =320mkN，c = 0kPa， = 340，厚 2.9m。1、臺(tái)后填土表面無飛機(jī)時(shí)土壓力計(jì)算將兩層土的重度內(nèi)摩擦角按土層厚度進(jìn)行加權(quán)平均，得：iiimhh5 . 9209 . 09 . 3183 . 1189 . 0175 . 21738 .17mkNiiimhh5 . 9349 . 09 . 3303 . 1189 . 0145 . 2221 .25臺(tái)后填土自重引起的主動(dòng)土壓力:BKHEamA

8、221式中：m墻后填土重度的加權(quán)平均值（3mkN） ；H 土壓力作用的高度；B 土壓力作用的寬度；aK主動(dòng)土壓力作用系數(shù)。土壓力作用系數(shù)如下：aK222)cos()cos()sin()sin(1)cos(cos)(cosm222)00cos()021 .25cos()01 .25sin()1 .2521 .25sin(1)021 .25cos(0cos)01 .25(cos0.52式中：m墻后填土內(nèi)摩擦角的加權(quán)平均值；墻背與豎直線之間的夾角；墻背與填土間的摩擦角；填土面與水平面之間的傾角；aK主動(dòng)土壓力作用系數(shù)。臺(tái)后填土自重引起的主動(dòng)土壓力:BKHEamA221kN62.250606052.

9、05 . 98 .17212水平分力：)cos(AAxEE)01 .25cos(62.2506022694.12kN作用點(diǎn)與基礎(chǔ)底面的距離：mey17. 35 . 931水平方向土壓力對(duì)基底形心軸的彎矩：mkNeEMyAxex36.71940)17. 3(12.22694豎向分力：)sin(AAyEE)01 .25sin(62.2506010630.7kN與基礎(chǔ)底面的距離：mex28. 23/84. 6豎直方向土壓力對(duì)基底形心軸的彎矩：mkNeEMxAyey996.2423728. 27 .106302、臺(tái)后填土表面有飛機(jī)荷載時(shí)土壓力計(jì)算由飛機(jī)荷載換算成等代的均布土層厚度BlGh式中：l破壞棱

10、體長(zhǎng)度，tanHl ；H 橋臺(tái)高度；破壞棱柱體滑動(dòng)面與水平面之間的夾角。tan = atan +cot + tantan + tan= tan37.65 +cot25.1 + tan37.65tan37.65 + tan0=0.72破裂棱柱體長(zhǎng)度：84. 672. 05 . 9tanHlm在破壞棱體范圍內(nèi)布滿均布荷載：G1500kN將飛機(jī)荷載轉(zhuǎn)換為等效土層，厚度為：hoBlG8 .1784. 6601500m21. 0臺(tái)背在填土連同破壞接體上飛機(jī)荷載作用下的引起的土壓力：BKHhHEamA)2(21kN56.261686052. 0)5 . 921. 02(5 . 98 .1721水平方向的分

11、力)cos(AAxEE=kN14.20719)065.37cos(56.26168作用點(diǎn)與基礎(chǔ)底面中心的距離：)233(hHhHHeym19. 4)21. 025 . 921. 035 . 95 . 931(水平方向土壓力對(duì)基地形心軸的彎矩：yAxexeEMmkN 2 .86813)19. 4(14.20719豎向分力：)sin(AAyEE)065.37sin(56.2616815984.71kN與基礎(chǔ)底面的距離：mex28. 23/84. 6豎直方向土壓力對(duì)基底形心軸的彎矩：xAyeyeEMmkN 14.3644528. 271.159843.2.3 支座活載反力計(jì)算滑行道主要供飛機(jī)滑行移動(dòng)

12、，故主要活載為飛機(jī)荷載，飛機(jī)荷載按空客 380F 類荷載設(shè)計(jì)計(jì)算，查詢網(wǎng)絡(luò)信息，空客 380F 類飛機(jī)重 150 噸。NRk1500飛橋上飛機(jī)荷載反力對(duì)基礎(chǔ)底面產(chǎn)生的彎矩為：22501500)2/122/4(1 飛MkN.m3.2.4 支座摩阻力計(jì)算滑動(dòng)支座摩擦系數(shù)取 f=0.05 ，則支座摩阻力：fF恒P=252000.05=1260kN支座厚 42mm，支座摩阻力與承臺(tái)底面的豎直距離：支座摩阻力與承臺(tái)底面形心軸的彎矩：92.13282542.101260FMye支kN.m在一聯(lián)內(nèi)支座全部采用活動(dòng)支座，即采用漂浮體系。如果制動(dòng)力大于支座摩阻力，結(jié)構(gòu)以位移抵消這部分力，因此只計(jì)算支座摩阻力，不

13、需要與制動(dòng)力比較。3.2.5 荷載組合根據(jù)實(shí)際可能發(fā)生的組合，應(yīng)按三種情形進(jìn)行荷載組合，即：橋上有飛機(jī)，臺(tái)后無飛機(jī)荷載；橋上有飛機(jī)，臺(tái)后也有飛機(jī)荷載；橋上無飛機(jī)，臺(tái)后有飛機(jī)荷載。荷載組合基本公式：01112mnoudaiaikQQ kcQjQjkijSSSS式中：uds承載能力極限狀態(tài)下作用基本組合的效應(yīng)組合設(shè)計(jì)值；o結(jié)構(gòu)重要性系數(shù)，該橋?yàn)橹袠?，取o=1；Gi第 i 個(gè)永久作用效應(yīng)的分項(xiàng)系數(shù)，橋臺(tái)自重、恒重、填土自重取 1.2，土的側(cè)向壓力取 1.41Q汽車荷載效應(yīng)的分項(xiàng)系數(shù)，取1Q=1.4；Qj在作用效應(yīng)組合中除飛機(jī)荷載效應(yīng)外的其它可變作用效應(yīng)的分項(xiàng)系數(shù)，人群荷載分項(xiàng)系數(shù)取 1.4，c在作用

14、效應(yīng)組合中除飛機(jī)荷載效應(yīng)外的其它可變作用的組合系數(shù)。1、橋上有飛機(jī)，臺(tái)后無飛機(jī)荷載oudNkN38.9317315004 . 17 .106304 . 1)2520038292(2 . 1oudHkN768.3000712604 . 112.226944 . 1oudM92.132824 . 122504 . 1996.242374 . 1)3780014742(2 . 1=50863.293 kN.m2、橋上有飛機(jī)，臺(tái)后也有飛機(jī)荷載oudNkN994.10066815004 . 171.159844 . 1)2520038292(2 . 1mey542.1015 . 9042. 0oudHk

15、N796.2724212604 . 114.207194 . 1oudM92.132824 . 122504 . 114.364454 . 1)3780014742(2 . 1=33773.292 kN.m3、橋上無飛機(jī)，臺(tái)后有飛機(jī)荷載oudNkN994.9856871.159844 . 1)2520038292(2 . 1oudHkN796.2900614.207194 . 1oudM92.132824 . 114.364454 . 1)3780014742(2 . 1=24137.87kN.m表 3-1 荷載組合匯總表荷載組合豎直力（kN）水平力（kN）彎矩（kN.m）一93173.383

16、0007.76850863.293二100668.99427242.79633773.292三98568.99429006.79624137.87三種荷載組合的匯總表如表所示，綜上所述，最不利的荷載組合如下:udN=100668.994 kNudH=3007.768 kNudM=50863.293 kN.m3.3 樁基礎(chǔ)設(shè)計(jì)3.3.1 單樁承載力計(jì)算試設(shè)計(jì)樁長(zhǎng) 20m，C30 高強(qiáng)度水泥漿灌注樁基，1m 在中密卵石土層中，19m 在密實(shí)卵石土層中，樁徑去 300mm。根據(jù)地基基礎(chǔ)規(guī)范經(jīng)驗(yàn)公式PpkisikppkskukAqlquQQQ樁側(cè)土的極限側(cè)阻力標(biāo)準(zhǔn)值如下：中密卵石土層，取ksq1=85

17、kPa.密實(shí)卵石土層，取ksq2=90kPa。樁的極限端阻力標(biāo)準(zhǔn)值如下：密實(shí)卵石土層，取pkq=2200kPaPpkisikppkskukAqlquQQQkN32.1846220015. 014. 3)1990185(3 . 014, 32單樁豎向承載力特征值：aR=kNKQuk16.9232/32.1846/根據(jù)上部荷載初步估計(jì)樁數(shù)為04.10916.923994.100668akRFN，取 n=120 根3.3.2 計(jì)算樁頂iiiPQM、1樁的計(jì)算寬度1b計(jì)算KdKKbf01fK形狀換算系數(shù)，圓形截面取 0.90K受力換算系數(shù)，圓形截面取33. 43 . 01111dK1111116 .

18、016 . 00 . 16 . 0hLbbKhLKhL1L沿水平力 H 作用方向上的樁間凈距mL211h樁在地下的計(jì)算深度mhmdh249 . 313 . 03131b-與一排中的樁數(shù) n 有關(guān)的系數(shù)6 . 0. 2bn94. 09 . 326 . 06 . 016 . 06 . 01.34. 26 . 01111hLbbKmhL故樁的計(jì)算寬度mb099. 13 . 094. 033. 49 . 012. 換算多層土的 m 值彈性樁h5 . 2，為地面以下mh范圍內(nèi)的系數(shù)。mdhm6 . 213 . 0212在局部沖刷線以下土層范圍內(nèi)有兩層土，但因m1= m2，均為 60000kPa/m2，則

19、 m 不需要換算，m=m1=60000kPa/m2。則 m = k m=0.94 60000 = 56400kPa/m23. 樁-土的變形系數(shù)EI = 0.67EhI = 0.67 3 107164 0.34=7.99 10451EImb95. 079900099. 1564005樁在最大沖刷線以下深度 20m，則其計(jì)算長(zhǎng)度： hh0.9520=19m2.5m屬于彈性樁，按彈性樁計(jì)算.4. 計(jì)算樁頂剛度系數(shù)1234、10011holhAEC A式中：該承臺(tái)為低樁承臺(tái)00l mh20鉆孔灌注樁0.5持力層為密實(shí)的礫類土，查表可知4056400mkNm 360010128. 12056400mkN

20、hmC持力層為密實(shí)卵石土土其等代內(nèi)摩擦角為：h tan4= 20 tan9 = 3.2故取2203.28.044AmA = 0.152= 0.07EI57. 21005. 204. 810128. 1110307. 0205 . 0015671樁的換算深度：mhh192095. 0（m4）取mh4，低樁承臺(tái)00l，查基礎(chǔ)工程附表 17.18.19 得1.06423Q0.98545m1.48375mEIEIEIEIEIEIxEIEIEIxMMQ41. 148375. 195. 0889. 098545. 095. 0912. 006423. 195. 042233325計(jì)算承臺(tái)底面中心處的位移o

21、a、ob、oEIEINNbni42.32657. 2120994.1006681201110EIEInEIEInEIEIEIxnnii68.106889. 012044.109912. 01206 .477112057. 241. 11203221214EIIEEIEIEIEInxnnMnHxnniinii84.16768.1066 .47744.109293.5086368.106768.30076 .47722223212142312140EIIEEIEIEInxnnHnMnnii99.14368.1066 .47744.109768.300768.106293.5086344.10922

22、2232121423206計(jì)算各樁樁頂所受作用力iP、iQ、iMkNkNEIEIEIxbbPiii85.46895.120899.143142.32657. 20011kNEIEIEIEIQi06.2599.143889. 084.167912. 00302mkNEIEIEIEIMi82.5384.167889. 099.14341. 10304校核:niiniiiiikNNkNPmkNMmkNnMPxkNHkNnQ11994.10066810066885.46895.120860293.508634 .5086482.53120185.46895.120860768.30072 .30070

23、6.25120符合規(guī)范要求。3.4 樁基礎(chǔ)強(qiáng)度驗(yàn)算3.4.1 驗(yàn)算單樁軸向承載力按土的支承力確定單樁軸向允許承載力（經(jīng)驗(yàn)公式法）單樁軸向允許承載力： PGN2max其中：maxN：?jiǎn)螛蹲畲蟪休d力，取 1208.95kNG:為整個(gè)樁重，取 G=3020kN41.4243 . 02， 則有 32122001hkAmlUPinii采用旋挖鉆進(jìn)成孔，則 U=m88. 13 . 03 . 0；第一層土為中密卵石土mPaml200,111；第二層土為密實(shí)卵石土mPaml300,1922由于67.663 . 020dh，且裝底部不透水，則72. 0,67. 13 . 05 . 0dt則取6 . 00m222

24、07. 043 . 04mdA由于基底為密實(shí)砂礫，則查表有mPa100000 . 62k329 .21202219201mkNh=20m代入有：2maxGN1208.95+0.52)3 . 0(14. 3412030=1230.155kN kNNkNPh55.123019.2316)320(9 .216100007. 06 . 072. 0)300192001 (88. 15 . 0即有該單樁的軸向承載力滿足要求。3.4.2 樁內(nèi)力及位移計(jì)算00iMM=53.82kN.m0Q QI=25.06kN0iPP=1208.95kN3.4.3 計(jì)算最大沖刷線以下深度 Z 處樁截面上的彎矩 MZOzmO

25、mQMAM B20011ZXxXaQa MGZAZBbb表 3-2 內(nèi)力匯總表圖 3-5 內(nèi)力匯總圖最大彎矩為 66.18109 kN.m,最大彎矩所在位置是 0.84m3.4.4 樁頂縱向水平位移驗(yàn)算樁頂?shù)乃轿灰坪退轿灰妻D(zhuǎn)角：查表，得XA=2.044066，XB=1.6210000032xxQMXABa EIa EIZZ=aZhahmAmB0mQAa0mM BzM(kn.m)00401053.8253.820.21052630.240.196960.998065.19559753.7155958.911190.42105260.440.377390.986179.95515153.0756763.030820.63157890.640.539380.9586114.2282851.5923965.820670.84210530.840.645610.9132417.0305149.1505866.181091.0526316140.723050.8508919.073345.794964.86821.26315791.240.7618