樁板結構受力及變形特性研究樣本

樁板構造受力及變形特性研究1緒論1.1研究背景與意義鐵路是國內(nèi)國民經(jīng)濟大動脈，1月，國務院審議通過了國內(nèi)鐵路史上第一種《中長期鐵路網(wǎng)規(guī)劃》，擬定到，國內(nèi)鐵路營業(yè)里程將達到10萬km，其中客運專線1.2萬km;復線率和電氣化率均達50%。自1964年日本修建世界上第一條高速鐵路—東海道新干線以來，高速鐵路成為世界鐵路行業(yè)發(fā)展方向。高速鐵路是一種系統(tǒng)工程。列車與線路是互相依存、互相適應關系，列車是載體，線路是基本。高速運營列車規(guī)定線路具備高平順性、高穩(wěn)定性、高精度、小殘變、少維修以及良好環(huán)保等。路基是承受軌道構造重量和列車荷載基本，是鐵路線路工程一種重要構成某些。高速鐵路對軌道平順性和穩(wěn)定性提出了更高規(guī)定。與此相應，高速鐵路路基除應具備普通鐵路路基基本性能之外，還需要滿足高速鐵路軌道對基本提出性能規(guī)定。這些性能概括起來有如下幾點:1、足夠剛度列車速度越高，就規(guī)定路基剛度越大，彈性變形越小。固然，剛度也不能過大，過大了會使列車振動加大，也不能做到平穩(wěn)運營。2、穩(wěn)固、耐久、少維修規(guī)定路基在列車荷載長期作用下，塑性累積變形小。3、高平順性不但規(guī)定靜態(tài)條件下平順，并且還規(guī)定動態(tài)條件下平順。穩(wěn)定、沉降小且沉降均勻平順路基是高平順性軌道基本。穩(wěn)定性好路基，重要是靠控制路基工后沉降和不均勻沉降，以及控制路基頂面初始不平順來保證。這正是高速鐵路路基設計、施工與普通鐵路重要區(qū)別。路基工后沉降普通由三某些構成:①地基在軌道、路堤自重及列車動力作用下壓密沉降;②路基填土(涉及基床與路堤本體)在自重作用下產(chǎn)生壓密沉降:③基床表層在動荷載作用下塑性累積變形。其中控制地基沉降是最為核心。普通采用地基解決來提高地基強度、剛度，減少沉降。高速鐵路建設中最為常用特殊土路基涉及濕陷性黃土、軟土等。常規(guī)地基解決方式有換填法、強夯法、復合地基法、排水固結法等，前三者解決深度或受限于解決原理，或受限于施工設備，解決深度普通不超過3Om，后者解決時間較長，不能滿足當前建設規(guī)定。當遇到深厚軟弱地基時，老式設計方案是將路基方案改為橋梁方案，以橋代路。在挖方地段和站場，橋梁方案并不合用，并且橋梁構造橫向穩(wěn)定性方面較差，在曲線段上，橫向穩(wěn)定性問題成為設計考慮重要因素。國內(nèi)高速鐵路建設規(guī)模大、線路長，區(qū)域地質(zhì)條件復雜，深厚軟弱地基較多，在財力有限前提下，迫切需要謀求一種強度高、剛度大、穩(wěn)定性和耐久性好，并且建筑成本恰當、施工工藝簡樸高速鐵路路基新型構造?；谝陨弦蛩靥岢鰳栋鍢嬙炻坊歉咚勹F路一種新路基構造形式，它具備地基解決和路基構造兩種功能，它由鋼筋混凝土樁基、托梁、承臺板及土質(zhì)路基構成，樁板構造路基承臺板直接與軌道構造連接，樁一梁和樁一板固結與土路基共同構成一種承載構造體系。樁板構造路基有別于老式土工構造物概念，老式土路基承受荷載豎向體系是基床—路堤一地基，而樁板構造路基承受荷載體系為板一梁一樁一地基，并且運用樁一土、板一土、梁一土之間共同作用來提高構造強度和剛度滿足高速鐵路沉降規(guī)定。樁板構造路基普通采用鉆孔灌注樁，當前最大解決深度可達60m，解決深度大是相比于老式地基解決最大優(yōu)勢。在國內(nèi)外，樁板構造路基理論探討與應用研究基本上是一種新課題，其有限應用卻顯示出非常良好技術經(jīng)濟效益，有開展進一步進一步研究巨大價值。老式土路基動力學研究開展較多，也進行了大量現(xiàn)場行車動態(tài)實驗。樁板構造是一種新型路基構造，動力學研究和動態(tài)實驗較少，實驗手段也單一。文獻[26]通過遂渝線樁板構造路基大比例動態(tài)模型實驗，研究了樁基荷載傳遞;文獻[27]針對鄭西客運專線某濕陷性黃土樁板構造，通過模型實驗，綜合研究了樁板構造靜動力特性;模型實驗受限于模型尺寸和邊界條件，得出成果與工程實際尚有一定差距。文獻[5]測試了CRHZ行車時樁板構造路基動態(tài)響應。高速鐵路必要考慮列車重復荷載作用下路基疲勞特性，涉及強度疲勞失穩(wěn)和變形疲勞失穩(wěn)兩方面。土質(zhì)路基基床在重復荷載作用下會產(chǎn)生累積下沉，樁板構造在重復荷載作用下研究尚未見報道，需要進行現(xiàn)場激振實驗，研究樁板構造動力響應和疲勞特性。1.2樁板構造路基概述1.2.1樁板構造路基應用現(xiàn)狀“樁一板構造”在歐洲已有上千年歷史，在英國、比利時、荷蘭等國家都發(fā)現(xiàn)該技術修建道路。當高速鐵路開始采用無碎軌道技術之后，由于無柞軌道對工后沉降有極其嚴格規(guī)定，在某些地質(zhì)條件較為惡劣地段，常規(guī)地基解決工藝難以滿足規(guī)定，工程界研發(fā)出當代鋼筋混凝土樁一板構造?！皹兑话鍢嬙臁痹诳刂瞥两捣矫婢邆湎喾Q優(yōu)越性能，國內(nèi)工程技術人員獨立自主研發(fā)出多種構造形式已應用在多條客運專線上。德國紐倫堡一英戈爾施塔特線共修建“樁一板構造”路基3.543km。新建線北段地基由第四紀上層和下面中侏羅紀初期土層構成，層厚為5~20m不等，黏性土內(nèi)部有砂質(zhì)土。這種黏土易于下沉，還具備膨膚性。該地區(qū)線路采用了“樁一板構造”，鉆孔樁直徑0.9m，樁頂現(xiàn)澆0.6m厚鋼筋混凝土板。為了樁板路基盡量均勻過渡到土質(zhì)路基，采用了厚度漸變素混凝土板來減小剛度差別，素混凝土板長20m。荷比高速鐵路阿姆斯特丹至布魯塞爾線，全線鋪設無柞軌道，大量采用了“無沉降樁板構造”。“無沉降樁板構造”由鉆孔灌注樁和現(xiàn)澆鋼筋混凝土板構成，一聯(lián)共6跨，每跨4m，全長26m，橫向樁間距3m。設計方對樁板構造上鋪設Rheda型無柞軌道進行優(yōu)化，最后選取超長持續(xù)型軌道板。英法海底隧道連接線在穿越一種沼澤地區(qū)時有7km路基采用了“樁板構造”，這種樁板構造由樁基本和鋼筋混凝土板構成，橫向分布4排樁，樁間距為2.5m。國內(nèi)遂渝線無柞軌道綜合實驗段地基沉降及工后沉降控制技術采用鋼筋混凝土樁板構造地基解決辦法。樁板構造路基是高速鐵路無碎軌道一種新路基構造形式，它由下部鋼筋混凝土樁基、路基本體與上部鋼筋混凝土承載板構成，承載板直接與軌道構造連接。樁板構造路基重要合用范疇為己建路堤補強加固，工程地質(zhì)條件復雜路塹地段、既有線有柞改無柞軌道工程，以及兩橋(隧)之間短路基、道岔區(qū)路基等。承載板尺寸為4.4mx0.6mx3Om，一聯(lián)六跨，跨度為5m，橫向樁間距2.5m，在相鄰聯(lián)處由托梁支承。文獻11通過借鑒國內(nèi)外客運專線經(jīng)驗，提出建設客運專線時采用支承于樁基本上彈性地基梁來代替土質(zhì)路堤是控制沉降有效辦法。文獻【12]從控制低矮路堤沉降和減少路堤動力影響角度，提出一種新型路基建筑形式—樁筏構造。樁筏構造由預應力管樁和現(xiàn)澆鋼筋混凝土筏板構成。樁徑0.5m，樁長50m;筏板厚度1.2m，一聯(lián)長18.2m，縱向排樁，縱向樁間距m，橫向分布6排樁，橫向樁間距1.72m。文獻[13〕簡介了鄭西客運專線某站場工點地基存在較深濕陷性黃土，對路基沉降控制提出嚴峻規(guī)定。作者提出一種新型地基解決方式—持續(xù)埋入式無限長樁板構造。這種樁板構造由鉆孔灌注樁和現(xiàn)澆鋼筋混凝土承臺板構成，承臺板上填筑0.7m厚級配碎石基床表層。上部承臺板厚0.6~0.8m，寬10.5m(除道岔區(qū))，下部基本采用直徑1.0m或直徑1.25m鉆孔灌注樁基本，橫向分布2排，間距5.Om，縱向樁間距普通為7.0~9.om。埋入式無限長樁板構造一聯(lián)長度可達100Om。1.2.2樁板構造路基研究現(xiàn)狀樁板構造是一種創(chuàng)新構造，國內(nèi)工程界已經(jīng)進行了一定研究，涉及設計理論、數(shù)值分析、模型實驗和現(xiàn)場實驗。文獻[l4]系統(tǒng)闡述樁板構造路基研究技術路線，分析了樁板構造路基經(jīng)濟效益，與橋梁方案相比，低路堤狀況可節(jié)約工程造價20%一40%，指出樁板構造路基最適當于新建客運專線鐵路工程地質(zhì)條件復雜路塹和低路堤段。文獻[l5][18]提出將承載板當作持續(xù)梁解決，按影響線法計算活載作用內(nèi)力，最后擬定板翹曲變形能否滿足土質(zhì)路基上鋪設無碴軌道容許撓度及視覺高差規(guī)定。文獻【16]探討了樁板構造路基設計理論，運用解析算法和有限元分析了樁板構造應力與變形。文獻[l7]提出樁板構造路基極限狀態(tài)設計法。文獻〔13]將樁板構造簡化為平面剛架，運用力法求解，并且編制了計算程序。文獻【19]分析了板、梁和樁對樁板構造路基造價影響，進行了不同跨度方案比選。文獻[ll]分析了樁間距對樁板構造內(nèi)力影響，得出了最優(yōu)方案。文獻[21]以樁板構造配筋設計法為研究對象，對比了容許應力法和極限狀態(tài)法，得出極限狀態(tài)法有一定優(yōu)勢。文獻「27]闡述了鄭西客運專線濕陷性黃土樁板構造設計理論。文獻[20]對豎向荷載作用下樁板構造進行有限元仿真分析，得到樁板構造應力和變形。文獻【22〕運用有限元軟件ANsys分析了諸多參數(shù)對樁板構造路基沉降影響，荷載、樁長和地基土模量影響最大。文獻【23』運用動力有限元分析了樁板構造路基在地震波作用下動力響應，分析成果表白樁截面處承載板受力最不利。文獻[10]建立樁板構造路基整體有限元模型，涉及軌道、樁板構造和地基，分析了列車荷載作用下整體模型動力響應。文獻【24〕[25]針對遂渝線樁板構造路基某工點，進行離心模型實驗，研究了樁板構造路基沉降。文獻【26]通過遂渝線樁板構造路基大比例動態(tài)模型實驗，研究了樁基荷載傳遞。文獻「27]針對鄭西客運專線某濕陷性黃土樁板構造，通過模型實驗，綜合研究了樁板構造靜動力特性。文獻[5]測試了CRHZ行車時樁板構造路基動態(tài)響應。1.2.3樁板構造路基特點1.2.1節(jié)中列舉了大量國內(nèi)外高速鐵路中樁板構造路基實際應用，這些構造構造方案、跨度布置、構造形式、施工工藝各有不同，并且這些構造名稱也各不相似。為了便于學術交流，本文嘗試給此類構造下一種定義，這些構造具備如下四個特性:①構造大某些構件埋入地基或路基;②以鋼筋混凝土為材料;③以板一樁為荷載傳遞體系;④以控制沉降為重要目;滿足以上四個特性構造可以較為形象地統(tǒng)稱為樁板構造路基，亦可簡稱樁板路基。樁板路基與線路其他形式對比，可以發(fā)現(xiàn)若干不同。樁板路基埋入地基，有別于橋梁跨越空間障礙形式，這是樁板路基之因此稱為路基因素;樁板路基材料為鋼筋混凝土，有別于老式土路基以土石等松散介質(zhì)為材料;樁板路基以板一樁為荷載傳遞體系，有別于老式土路基基床一路堤一地基體系。長處:解決深度大，強度高，剛度大，工后沉降小，施工便捷迅速。缺陷:造價高，不易維修，抗裂性差。合用范疇:低矮路堤、路塹、站場、既有線改建加固。1.2.4樁板構造路基分類從使用功能角度，可以分為地基解決式和路基構造式，普通地基解決式樁板構造埋入路基下，設計有土質(zhì)基床，此類樁板構造路基受列車動力影響較小;路基構造式兼有地基解決和路基構造兩種功能，樁板構造板承擔了基床功能。從埋入深度角度，可分為上承式和埋入式，上承式直接鋪設軌道構造，受外界自然條件影響，樁板構造大多是超靜定構造，特別對溫度變化敏感。埋入式埋入地下，受外界因素影響較小。從構造與否超靜定，可分為靜定式和超靜定式，由于超靜定構造有剛度大，內(nèi)力小長處，普通樁板構造為超靜定式。從跨度布置可分為持續(xù)式和分聯(lián)式，持續(xù)式樁板構造中構造辦法中不設溫度縫和沉降縫，一聯(lián)構造跨數(shù)可超過100跨，長度超過千米;分聯(lián)式樁板構造一聯(lián)跨數(shù)為3一6跨，聯(lián)與聯(lián)之間設構造縫，減少溫度變化和樁基不均勻沉降對構造影響。從構造上線路數(shù)量，可分為單線式、雙線式和多線式，構造一塊板上只鋪設一條線路，稱為單線式，雙線式和多線式依次類推。由于列車荷載動力作用，雙線式樁板構造中也許產(chǎn)生翹曲和扭轉等較為復雜受力現(xiàn)象，因此單線式應用較多。多線式通慣用于站場。從樁基施工工藝上，可以分為打入樁式和鉆孔樁式。從板力學特性，可分為單向板式和雙向板式。樁基點支承板在兩個方向上受彎，按雙向板分析。有托梁對邊支承板為單向板[32〕，按梁分析。從構造縫形式，可分為托梁式和懸臂式，托梁式在構造縫處設立有一樁基支承托梁，板支承在托梁上;懸臂式是指兩側板懸挑出，中間有一構造縫。1.2.5樁板構造路基破壞模式文獻【27]進行了樁板構造路基大比例模型破壞實驗，加載位置為跨中截面，當加載6t時，承臺板開始進入破壞階段，當加載達到7t時，承臺板跨中下表面開始浮現(xiàn)肉眼可辨認裂縫，實驗結束后，取出模型，承臺板跨中截面上側混凝土壓碎，下側受拉鋼筋屈服，下表面上破壞裂紋橫向貫通。測試過程表白，托梁鋼筋進入屈服階段。承臺板破壞時，樁基未達到破壞狀態(tài)。樁板構造路基破壞原則為承臺板跨中截面、托梁支座截面破壞，達到承載力極限狀態(tài)，屬于適筋梁破壞。1.2.6樁板構造路基構造分析與力學模型構造計算簡圖是進行構造計算時用以代表實際構造通過簡化模型。選取計算簡圖原則是:(l)反映實際構造工作性能;(2)便于計算。選用計算簡圖時，必要分清主次，抓住本質(zhì)和主流，略去不重要細節(jié)。計算簡圖選取是力學計算基本，極為重要。計算簡圖一經(jīng)擬定，就需采用恰當構造辦法使實際構造盡量符合簡圖特點。因而，選定符合實際構造計算簡圖和在構造上采用辦法保證其簡圖特點實現(xiàn)，是一種問題兩個方面，必要統(tǒng)籌考慮。1.2.6.1構件力學特點樁板路基是軌道基本，也是一種鋼筋混凝土建筑物。樁板路基中有若干構件，構件受力分析是構造設計基本。下面簡介重要構件受力特點。承臺板，承受軌道靜荷載和列車動荷載。荷載作用方向垂直軸線，產(chǎn)生彎曲變形，內(nèi)力以彎矩及剪力為主。屬于平面受彎構件。承臺板和樁基剛接，構成線路縱向方向上剛架。托梁，承受上部構造靜荷載和列車動荷載。荷載作用方向垂直軸線，產(chǎn)生彎曲變形，內(nèi)力以彎矩及剪力為主。屬于平面受彎構件。托梁和樁基剛接，構成線路橫向方向上剛架。樁，受力狀態(tài)較復雜，承受了豎向荷載和水平荷載。一是承受上部構造傳來壓力和自重，荷載方向平行于軸線;二是承受列車制動力或牽引力，以及橫向搖晃力和離心力，荷載方向垂直于軸線;樁是偏心受壓構件。1.2.6.2構造體系簡化承臺板和樁基剛接接，構成線路縱向方向上剛架，限制了樁板路基縱向位移。托梁和樁基剛接，構成線路橫向方向上剛架，限制了樁板路基橫向位移，保證了橫向穩(wěn)定性。板、梁、樁構成了空間剛架體系，具備較大剛度，在列車荷載作用下有較大縱橫向穩(wěn)定性，限制了樁板路基縱橫向水平位移。樁板構造事實上是空間剛架構造，直接分析較為困難，為了簡化計算可以分解為平面構造。分解辦法是沿縱向和橫向分布按平面構造計算。承臺板和托梁有類似主次梁支承關系，板、梁、樁構成一種交叉體系。一方面可把空間剛架看做雙向正交剛架體系:然后把空間剛架分解為平面剛架;再選取計算兩個平面，得到縱向體系和橫向體系。如圖1.2一23，建立空間坐標系來分析樁板構造。線路縱向為X軸，橫向為Y軸，地基豎向為Z軸，以重力方向為正，整個坐標系符合右手定則。樁板構造荷載可分為體力和面力，體力即自重和溫度作用。面力按荷載作用方向可分為豎向荷載、橫向荷載、縱向荷載。豎向荷載傳遞途徑從上至下，承臺板傳遞至托梁，托梁傳遞至樁，最后由樁基傳遞至地基土。中跨四樁主筋錨固在承臺板中，邊跨支承容許承臺板有微小橫縱向位移，故以為橫縱向荷載由板、梁傳遞至中跨四樁。樁板構造是空間超靜定構造，必要通過簡化后才干用解析法分析。承臺板為對邊支承，可以看做持續(xù)單向板，重要發(fā)生X一Z平面內(nèi)彎曲。托梁發(fā)生Y一Z平面內(nèi)彎曲，單線列車荷載作用時，托梁也有扭轉變形。邊跨四樁只受軸力，而中跨四樁還受到水平荷載作用。當前在列車荷載合計作用下，承臺板與地基土與否會脫開尚無實驗資料，計算中不考慮地基對承臺板和托梁反力。以上荷載傳遞和構造變形分析表白，樁板構造可以分解為X一Z縱向平面模型和Y一Z橫向平面模型。如圖1.2一24縱向平面模型選單線模型，托梁在縱向平面彎曲剛度為無窮大，當豎向力和彎矩作用時，縱向撓度為零，則縱向分析時忽視托梁，只分析承臺板和樁組合剛架。邊跨支承簡化為活動鉸支座。如圖1.2一25橫向平面模型分析托梁和樁組合剛架。1.2.6.3構造受力分析超靜定樁板構造應按彈性理論計算(可不計法向力及剪力對變形影響)，同步應考慮基本不均勻變位(線位移和角位移)、溫度變化及混凝土收縮、徐變影響。樁板構造采用容許應力法設計計算強度時，不應考慮混凝土承受拉力(除主拉應力檢算外)，拉力應完全由鋼筋承受。對樁板構造各構件應進行正截面抗彎承載力、斜截面抗剪承載力驗算。在列車豎向靜活載作用下，承臺板體豎向撓度不應不不大于鐵路橋規(guī)規(guī)定。在ZK活載靜力作用下，承臺板板端豎向轉角不應不不大于鐵路橋規(guī)規(guī)定。無柞軌道承臺板板縫兩側鋼軌支承點間相對豎向位移不應不不大于1mm；對于設有縱向坡度承臺板，還應考慮由于活動支座縱向水平位移引起板縫兩側鋼軌支承點間相對豎向位移。應進行單樁豎向承載力驗算和樁基沉降分析，樁基工后均勻沉降以及相鄰樁基沉降之差(差別沉降)不應不不大于表規(guī)定。1.2.7樁板構造路基荷載鐵路網(wǎng)中客貨列車共線運營，旅客列車設計時速等于或不大于160km、貨品列車時速等于或不大于120km，列車豎向活載必要采用中華人民共和國鐵路原則荷載，即“中一活載”，見圖1.2一26一1.2一28。設計時速200~250km和300~350km客運專線鐵路列車豎向活載必要采用ZK活載。1.2.8樁板構造路基軌道構造形式當前具備高速鐵路實際運營經(jīng)驗樁板構造路基軌道構造形式重要有軌枕埋入式無碴軌道和柔性填充層板式無碴軌道兩大類。如圖1一2和圖1一3所示。軌枕埋入式無碴軌道具備構造高度整體性，對有碴軌道構造概念良好繼承性和混凝土工程本質(zhì)性等特點，在構造設計和施工上都可以借鑒橋梁工程、混凝土工程和有碴軌道積累經(jīng)驗，使之具備對橋上、隧道內(nèi)、路基上、道岔區(qū)等具備廣泛合用性。其最大缺陷是可修復性差，同步在橋上和單線隧道內(nèi)鋪設時，施工性受到影響。板式無碴軌道具備構造高度低、重量輕、施工機械化限度高、施工進度快和可修復性好等特點，更適合于橋梁和隧道內(nèi)使用，板式軌道由于構造單元比較大，適應曲線布置能力差，在道岔區(qū)使用難度很大，由于存在縱向周期性間斷，對路基不均勻沉降適應性差，如果在路基上使用，需要增強其縱向持續(xù)性。1.3樁板構造技術經(jīng)濟優(yōu)勢、合用場合及其存在問題1.3.1樁板構造路基技術經(jīng)濟優(yōu)勢由樁板構造路基構造力學特點可知，這種構造第一種長處就是具備整體性強、穩(wěn)定性好，結實耐用，軌道變形小，且變形累積緩慢等長處，有助于高速行車，可大大減少養(yǎng)護維修工作量、減少作業(yè)強度和改進作業(yè)條件。第二，樁板構造路基在構造上十分機動靈活，適應性強。上部鋼筋混凝土承載板可以適應各種線路狀況，做成任何形狀特殊異形板，設計施工并不增長多少困難。下部樁基本可以結合本地條件合理布置。第三，施工以便。由于承載板是實心板，外形簡樸，并且直接澆筑在路基上，只需要側模，加工制作簡易。內(nèi)部縱橫雙向布置鋼筋，鋼筋類型至少，加工和布設也簡易，不必布設預應力筋。澆筑混凝土可以大面積進行，一氣呵成，振搗以便，因而深受施工人員歡迎。第四，隨之而來長處是:設計省事，無論什么特殊平面形狀都只但是是用板單元下面布設某些固結或簡支支承點來進行數(shù)值分析，并且混凝土為實心雙向布筋，出圖也極度簡化。第五，與橋梁構造相比，樁與板之間通過鋼筋固結，可以節(jié)約昂貴支座，溫度和收縮應力較小，只需在板與板連接處設立伸縮縫。第六，與普通路基構造相比，由于板下是樁基本，對路基填料規(guī)定不高，可以就地取材，且沉降相對小而快，工后沉降較易控制，可縮短工期，相對加快工程進度。1.3.2樁板構造路基合用場合依照當前實踐經(jīng)驗，樁板構造路基重要合用范疇為:已建路堤補強加固、舊線改造工程、工程地質(zhì)條件復雜路塹地段、既有線有碴改無碴軌道工程、以及兩橋(隧)之間短路基、道岔區(qū)路基等，樁板構造路基具備良好技術和經(jīng)濟優(yōu)越性，是宜于推廣新型無碴軌道路基構造形式。1.3.3樁板構造路基存在問題(l)初期投資和綜合效益問題與其她無碴軌道路基構造相比，樁板構造路基初期投資較大是影響其推廣應用重要問題，但是投資分析自身就是一種比較復雜問題。通過對遂渝線樁板構造與橋進行經(jīng)濟比較，得出在相似縱向長度范疇內(nèi)，樁板構造路基造價僅為橋梁構造造價一半，有著良好經(jīng)濟效益。普通要能控制其初期投資在橋梁如下，相對于其她無碴軌道路基，略高或相差不大，相對于有碴軌道來說，按構造生命周期60年計算，普通能在ro一實現(xiàn)收支平衡，樁板構造路基便具備良好經(jīng)濟效益。(2)實測資料缺少由于對樁板構造路基研究才剛起步，對深厚軟層地區(qū)及特殊土地區(qū)設計缺少有科學根據(jù)設計參數(shù)，對樁板構造加固抗震、抗液化理論方面有待進一步研究。(3)噪音問題普通無碴軌道剛度較大，彈性較差，增長了輪軌振動及輻射噪聲。無碴軌道混凝土構件形成了較強聲反射剛性表面，加強了噪聲混響作用和噪聲向兩側輻射，使噪聲強度增大。由于上述兩者構造特性影響，普通無碴軌道線路噪聲和振動都不不大于有碴軌道，噪聲約高5dB左右。而對于同一種軌道構造其噪音大小是:橋梁>樁板構造路基>土質(zhì)路基，因此控制噪音是此后一種研究重點。(4)軌道彈性問題樁板構造路基彈性重要由扣件及軌下橡膠墊板提供，橡膠墊板可以增長軌道整體彈性，減少輪軌作用向板下傳遞，起到隔振作用;在扣件構造設計、材料選用和技術原則上嚴格規(guī)定，實現(xiàn)軌道彈性均衡穩(wěn)定。(5)修理與修復問題樁板構造作為剛性構造，在后期運營階段僅容許少量改進，如調(diào)節(jié)軌道幾何形態(tài)，普通只能靠扣件來實現(xiàn)，當發(fā)生較大變化時，調(diào)節(jié)十分困難，特別是鋼筋混凝土承載板，達到承載強度極限時將產(chǎn)生斷裂，軌道幾何尺寸將發(fā)生急劇惡化，這些問題都為樁板構造路基維修工作提供新課題。2鉆孔灌注樁單樁豎向承載力擬定辦法單樁豎向承載力是指樁所具備承受豎向荷載能力，其最大值稱為極限承載力。它普通指受壓承載力，抗拔承載力、單樁荷載傳遞規(guī)律、承載力時間效應及負摩阻力等。單樁豎向承載力涉及地基對樁支撐能力和樁構造強度所容許最大軸向荷載兩個方面含義，以其小值控制樁承載性能。普通狀況下，地基土承載能力普通先達到極限狀態(tài)，構造強度具備較大安全度，本文將在此前提下進行分析討論。單樁豎向承載力分為樁端阻力和樁側摩阻力，前者重要受到樁設立辦法、土種類、樁入土深度、制樁材料、樁土間相對位移、成樁后時間等因素影響，后者重要受樁進入持力層深度、樁尺寸、加載速率等因素影響。加之施工工藝優(yōu)劣，影響因素眾多，因而選用適當辦法顯得尤為重要。當前，慣用辦法可分為兩大類，一類是直接法，通過實驗來擬定樁承載力，涉及靜載荷實驗法、動力測試法、原位測試法等；另一類是間接法，涉及靜力計算法、規(guī)范經(jīng)驗參數(shù)法、有限元法、神經(jīng)網(wǎng)絡法等。2.1靜載實驗法擬定單樁豎向受壓承載力垂直靜載實驗法即在樁頂逐級施壓軸向荷載，直至樁頂達到破壞為止，并在實驗過程中測量每級荷載下不同步間樁頂沉降，依照沉降與荷載及時間關系，分析擬定單樁軸向容許承載力。試樁可在已打好工程樁中選定，也可專門設立與工程樁相似實驗樁?？紤]到實驗場地差別及實驗離散性，試樁數(shù)目應不不大于基樁總數(shù)2%，且不應不大于2根；試樁施工辦法以及試樁材料和尺寸、入土深度均應與設計相似。2.1.1實驗裝置實驗裝置重要由加載系統(tǒng)與觀測系統(tǒng)兩某些構成。加載辦法有堆載法與錨樁法兩種。堆載法是在荷載平臺上堆放重物，普通為鋼錠或砂包，也有在荷載平臺上置放水箱，向水箱中沖水作為荷載。堆載法合用于極限承載力較小樁。錨樁法是在試樁周邊布置4～6根錨樁，常運用工程群樁。錨樁深度不適當不大于試樁深度，且與試樁有一定距離，普通應不不大于3且不不大于1.5m（為試樁直徑或邊長），以減小錨樁對試樁承載力影響。觀測系統(tǒng)重要對樁頂位移和加載數(shù)值進行觀測，位移通過安裝在基準梁上位移計或百分表量測，加載數(shù)值通過油壓表或壓力傳感器觀測。每根基準梁固定在兩個無位移影響支點或基準點上，支點或基準點與試樁中心距應不不大于4且不不大于2m（為試樁直徑或邊長）。錨樁法長處是適應范疇廣，當試樁極限承載力較大時，加荷系統(tǒng)相對簡樸。但錨樁普通須事先擬定，由于錨樁普通需要通長配筋，且配筋總抗拉強度要不不大于其承擔上拔力1.4倍。2.1.2實驗辦法試樁加載應分級進行，每級荷載約為預估破壞荷載1/10～1/15；有時也采用遞變加載辦法，開始階段每級荷載取預估破壞荷載1/2.5～1/5，終了階段取1/10～1/15。測讀沉降時間，在每級加載后第一小時內(nèi)，在5、10、15、30、45、60時各測讀一次，后來每隔30測讀一次，直至沉降穩(wěn)定為止。沉降穩(wěn)定原則，普通規(guī)定為對砂性土為30內(nèi)沉降不超過0.1mm，對粘性土為1內(nèi)不超過0.1mm。待沉降穩(wěn)定后，方可施加下一級荷載。循環(huán)加載觀測，直到樁達到破壞狀態(tài)，終結實驗。當浮現(xiàn)下列狀況之一時，可終結加載：a．某級荷載作用下，樁沉降量為前一級荷載作用下沉降量5倍；b．某級荷載作用下，樁沉降量不不大于前一級荷載作用下沉降量2倍，且經(jīng)24小潮流未達到穩(wěn)定；c．樁頂加載已達到設計規(guī)定最大加載量；d．異常狀況經(jīng)委托方或設計方批準終結實驗。終結加載后進行卸載，每級基本卸載量按每級加載量2倍控制，并按15、30、60測讀回彈量，然后進行下一級卸載。所有卸載后，隔3～4再測回彈量一次。2.1.3極限荷載和軸向容許承載力擬定破壞荷載求得后來，可將其前一級荷載作為極限荷載，從而擬定單樁軸向容許承載力：=式中：——單樁軸向受壓容許承載力（kN）；——試樁極限荷載（kN）；——安全系數(shù)，普通為2。事實上，在破壞荷載下，處在不同土層中樁，其沉降量及沉降速率是不同，人為地統(tǒng)一規(guī)定某沉降值或沉降速率作為破壞原則，難以對的評價基樁極限承載力。因而，宜依照試樁曲線采用各種辦法分析，以綜合評估基樁極限承載力。(1)-曲線明顯轉折點法在-曲線上，以曲線浮現(xiàn)明顯下彎轉折點所相應荷載作為極限荷載。由于當荷載超過該荷載后，樁底下土體達到破壞階段發(fā)生大量塑性變形，引起樁發(fā)生較大或較長時間仍不斷滯沉降，因此在-曲線上呈現(xiàn)出明顯下彎轉折點。然而，若-曲線轉折點不明顯，則極限荷載難以擬定，需借助其他辦法輔助擬定，例如用對數(shù)坐標繪制曲線，也許使轉折點顯得明顯些。(2)法（沉降速率法）該辦法是依照沉降隨時間變化特性來擬定極限荷載，大量試樁資料分析表白，樁在破壞荷載此前每級下沉量（）與時間（）對數(shù)成線性關系，可用公式表達為：=直線斜率在某種限度上反映了樁沉降速率。值不是常數(shù)，它隨著樁頂荷載增長而增大，越大則樁沉降速率越大。當樁頂荷載繼續(xù)增大時，如發(fā)現(xiàn)繪得線不是直線而是折線時，則闡明在該級荷載作用下樁沉降驟增，即地基土塑性變形驟增，樁破壞。因而可將相應于線形由直線變?yōu)檎劬€那一級荷載定位該樁破壞荷載，其前一級荷載即為樁極限荷載。2.1.4從成樁到開始實驗時間間歇對灌注樁應滿足混凝土養(yǎng)護所需時間，普通宜為成樁后28天。對預制樁，盡管施工時樁身強度已達到設計規(guī)定，但由于單樁承載力時間效應，試樁時間也應當距沉樁時間有盡量長休止期，否則實驗得到單樁承載力明顯偏小。普通規(guī)定，對于砂性土，不應不大于10天；對于粉土和粘性土，不應不大于15天；對于淤泥或淤泥質(zhì)土，不應不大于25天。2.1.5小結采用靜載實驗法擬定單樁容許承載力直觀可靠，但費時、費力，普通只在大型重要工程或地基較復雜樁基工程中進行實驗。配合其他測試設備，也能直接理解樁荷載傳遞特性，提供關于資料，因而靜載實驗法是樁基本研究分析最慣用辦法。李建強、張季超[1]對樁基靜載實驗中存在某些技術問題進行了闡述，并結合實際工程給出了自己看法。陸肖春、郭洪濤[2]研究了自平衡試樁法，它是一種新靜載實驗辦法，避免了老式靜載荷實驗諸多缺陷，應用前景遼闊，特別適合超長樁體檢測。2.2規(guī)范法擬定單樁豎向受壓承載力依照靜力試樁成果與樁側、樁端阻力和物理土性指標間經(jīng)驗關系，從而預估單樁承載力規(guī)范經(jīng)驗法是一種沿用近年老式辦法，《樁基規(guī)范》在《地基規(guī)范》基本上，積累了更為豐富資料，使這種辦法合用于各類型樁，并用極限設計形式表達。依照靜力平衡條件可得：=+式中：——單樁豎向極限承載力原則值，kN；——單樁總極限側阻力原則值，kN；——單樁總極限端阻力原則值，kN。為了便于計算，經(jīng)常假定同一土層中單位側摩阻力是均勻分布，于是可得到依照土物理指標與承載力參數(shù)之間經(jīng)驗關系，而擬定承載力原則值公式?！稑痘?guī)范》針對不同慣用樁型，推薦了不同估算表達式。（1）普通預制樁及灌注樁：=+式中，、分別為樁側第層土極限側阻力原則值和極限端阻力原則值（kPa），別的符號意義同前。（2）大直徑樁對于直徑不不大于0.8m大直徑樁，其側阻與端阻要考慮尺寸效應。側阻尺寸效應重要發(fā)生在砂、碎石類土中，這是由于大直徑樁普通為鉆、挖、沖空灌注樁，在無粘性土成空過程中將會浮現(xiàn)孔壁土松弛效應，從而導致側阻力減少?？讖皆酱?，降幅越大。大直徑樁極限端阻力也存在著隨樁徑增大而呈雙曲線關系下降現(xiàn)象，這重要是由于大直徑樁，特別是擴底樁，其靜載實驗—曲線普通呈緩變型，單樁承載力取值常以沉降控制。依照計算沉降彈性力學公式可知，當變形相似時，樁端承載力與樁徑成反比，事實上由于樁端荷載不是作用于地基表面而是作用于地基內(nèi)部，因而與并不是簡樸反比關系?！稑痘?guī)范》推薦用下式計算大直徑單樁豎向極限承載力原則值，即：=+式中：——樁側第層土極限側阻力原則值，kPa；——樁徑為0.8m時極限端阻力原則值，kPa；、——大直徑樁側阻力、端阻力尺寸效應系數(shù)，按表1取值；——樁底面積，。表1大直徑樁側阻力尺寸效應系數(shù)、端阻力尺寸效應系數(shù)土類型粘性土、粉土砂土、碎石類土土類型粘性土、粉土砂土、碎石類土1注D為樁端直徑（3）嵌巖樁隨著沿海開發(fā)區(qū)高層建筑增多，嵌巖樁被大量應用。過去對這些樁都是按純端承樁計算承載力，近十近年模型與原型實驗研究都表白：普通狀況下，嵌巖樁只要不是很短，上覆土層側阻力能某些發(fā)揮作用。此外，嵌巖深度內(nèi)也有側阻力作用，因而傳遞到樁端阻力隨嵌巖深度增長而遞減，當嵌巖深度達到5倍樁徑時，傳遞到樁端應力已接近與零。這闡明，樁端嵌巖深度普通不必過大，超過某一界限并無助于提高豎向承載力。因而嵌巖樁單樁極限承載力原則值由樁周土總側阻力、嵌巖段總側阻力和總端阻力三某些構成，并可按下式計算：=++===式中：——覆蓋層第層土側阻力發(fā)揮系數(shù)，當樁長徑比不大（/d＜30），樁端置于新鮮或微風化硬質(zhì)巖中，且樁底無沉渣時，對于粘性土、粉土取=0.8，砂類土及碎石類土=0.7，其他狀況=1.0；——第層土極限側阻力原則值，kPa；——巖石飽和單軸抗壓強度，kPa；——樁身嵌巖（中檔風化、微風化、新鮮基巖）深度，m；超過5d時，取=5d，當巖層表面傾斜時，以坡下方嵌巖深度為準；、——嵌巖段側阻力和端阻力修正系數(shù)，與嵌巖深度比/d關于，按表2取值。別的符號意義同前。表2嵌巖段側阻和端阻修正系數(shù)嵌巖深度比/d00.51234≥5側阻修正系數(shù)00.0250.0550.0700.0650.0620.050端阻修正系數(shù)0.500.500.400.300.200.100注當嵌巖段為中檔風化時，表中數(shù)值乘以0.9折減。規(guī)范經(jīng)驗法計算簡便，且耗費費用較小，因而應用廣泛。但由于施工水平差別、地區(qū)環(huán)境不同，它可靠性較低，用作地區(qū)性規(guī)范較為合宜。普通合用于初步設計階段和非重要工程，或與其她辦法綜合使用，例如徐新躍[3]用貝葉斯辦法將試樁法和經(jīng)驗法結合，大大提高了計算精度。徐新躍，陳顯新[4]基于灰色系統(tǒng)理論，提出了一種定量開發(fā)經(jīng)驗知識辦法，并將其成功用于樁基承載力分析與評價。成果表白，在運用經(jīng)驗知識方面，該法與當前廣泛使用神經(jīng)網(wǎng)絡辦法有異曲同工之妙。此外，該辦法還具備簡樸、以便和實用等長處。2.3單樁豎向抗拔承載力擬定樁基本承受上拔力構造類型較多，重要有高壓輸電線路塔架、高聳建筑物、受地下水浮力地下構造物、水平荷載作用下浮現(xiàn)上拔力構造物以及膨脹土地基上建筑物等。與單樁豎向抗壓荷載傳遞相比，對樁豎向上拔荷載傳遞機理結識還很不充分，其設計計算辦法也很不成熟，因而需加深對影響單樁抗拔承載力因素研究。2.3.1影響單樁抗拔承載力因素影響單樁抗拔承載力因素較多，重要涉及如下幾方面：（1）樁幾何特性，如樁長、樁斷面形狀及尺寸、樁端擴底狀況等；（2）樁施工辦法，不同施工辦法對地基影響不同，導致樁側土體性質(zhì)變化不同；（3）樁材料特性，如材料類型、樁身強度等；（4）樁側土特性，如土類型、軟硬或密實限度以及土層層位關系等；（5）樁上荷載特性，如樁加載歷史以及樁上拔荷載大小及其她荷載組合狀況等。2.3.2擬定單樁抗拔承載力重要辦法普通來講，樁在承受上拔荷載后，其抗力可來自三個方面，樁側向摩擦力、樁重以及有擴大端頭樁端阻力。其中對直樁來講，樁側摩阻力是最重要。由于除樁重以外，對其她兩某些阻力發(fā)揮機理和估算辦法研究得還不夠，故以抗拔靜載實驗擬定單樁抗拔承載力是最重要而可靠辦法，因而重要工程均應進行現(xiàn)場抗拔實驗。對次要工程或無條件進行抗拔實驗時，實用上可按經(jīng)驗格式估算單樁抗拔承載力。（1）單樁抗拔靜載實驗單樁抗拔靜載實驗設備與抗壓實驗相似，加載分級、讀數(shù)時間及穩(wěn)定原則普通可參照抗壓實驗慢速法進行，但實驗應進行到樁上拔量不不大于25mm。單樁抗拔極限承載力取上拔荷載T與上拔量s關系曲線上明顯轉折點相應荷載。取安全系數(shù)2，可擬定出單樁抗拔承載力特性值。（2）經(jīng)驗公式法由于單樁抗拔荷傳遞機理研究還不充分，普通經(jīng)驗公式多按承壓樁摩阻力值打折扣并恰當考慮樁體自重有利作用來估算單樁抗拔極限承載力值，即：=+式中：——單樁抗拔極限承載力值，kN；——單樁樁斷面周長，m；——單樁穿越第層土內(nèi)長度，m；——第層土樁側抗壓極限摩阻力，kPa；G——樁體自重，水下取有效重力，kN；——抗拔系數(shù)，可參照表3；——抗折系數(shù)，普通可取0.8～1.0。單樁抗拔承載力特性值可為：=/式中：——單樁抗拔承載力特性值，kN；——抗拔安全系數(shù)，普通可取2.0～3.0。上式只合用于無擴底獨立單樁，對有擴底樁，其估算辦法較復雜，參見文獻[5]。表3國內(nèi)關于行業(yè)部門經(jīng)驗值行業(yè)、部門抗拔系數(shù)鐵路、公路0.6港口、電業(yè)0.6～0.8工業(yè)與民用建筑0.5～0.92.4單樁豎向負摩阻力擬定2.4.1負摩阻力產(chǎn)生因素在普通狀況下，樁受軸向荷載作用后，樁相對于樁側土體作向下位移，使土對樁產(chǎn)生向上作用摩阻力，稱為正摩阻力。但是，當樁周土體因某種因素發(fā)生下沉，其沉降速率不不大于樁下沉時，則樁側土體就相對于樁作向下位移，而使土對樁產(chǎn)生向下作用摩阻力，即稱為負摩阻力。樁負摩阻力發(fā)生將使樁側土某些重力傳遞給樁，因而，負摩阻力不但不能成為樁承載力一某些，反而變成施加在樁上外荷載，對入土深度相似樁來說，若有負摩阻力發(fā)生，則樁外荷載增大，樁承載力相對減少，樁基沉降加大，這在樁基設計中應予以注意。樁負摩阻力能否產(chǎn)生，重要看樁與樁周土相對位移發(fā)展狀況。樁負摩阻力產(chǎn)生因素有：（1）在樁基本地面附近有大面積堆載，引起地面沉降，對樁產(chǎn)生負摩阻力，對于橋臺路堤高填土橋臺樁基本、地坪大面積堆放重物車間、倉庫建筑樁基本，均要特別注意負摩阻力問題；（2）土層中抽取地下水或其她因素使地下水位下降，使土層產(chǎn)生自重固結下沉；（3）樁穿過欠固結土層（如填土）進入硬持力層，土層產(chǎn)生自重固結下沉；（4）樁數(shù)諸多密集群樁打樁時，使樁周土中產(chǎn)生很大超空隙水壓力，打樁停止后樁周土再固結作用引起下沉；（5）在黃土、凍土中樁，因黃土濕陷、凍土融化產(chǎn)生地面沉降。從上述可見，當樁穿過軟弱高壓縮性土層而支撐在堅硬持力層上時，最易發(fā)生樁負摩阻力問題。要擬定樁身負摩阻力大小，就要先擬定土層產(chǎn)生負摩阻力范疇和負摩阻力強度大小。2.4.2中性點及其位置擬定樁身負摩阻力并不一定發(fā)生于整個軟弱壓縮性土層中，產(chǎn)生負摩阻力范疇就是樁側土層對樁產(chǎn)生相對下沉范疇。它與樁側土層壓縮、樁身彈性壓縮變形和樁底下沉直接關于。樁側土層壓縮決定于地表作用荷載（或土自重）和土壓縮性質(zhì)，并隨深度逐漸減??；而樁在荷載作用下，樁底下沉在樁身各截面都是定值；樁身壓縮變形隨深度逐漸減小。因而，樁側下沉量有也許在某一深度處與樁身位移量相等。在此深度以上樁側土下沉不不大于樁位移，樁身受到向下作用負摩阻力；在此深度如下，樁位移不不大于樁側土下沉，樁身受到向上作用正摩阻力。正、負摩阻力變換處位置，即稱中性點。中性點位置取決于樁與樁側土相對位移，與作用荷載和樁周土性質(zhì)關于。當樁側土層壓縮變形大，樁底下土層堅硬，樁下沉量小時，中性點位置就會下移。此外，由于樁側土層及樁底下土層性質(zhì)和作用荷載不同，其變形深度會不同樣，中性點位置隨著時間也會有變化。要精準地計算出中性點位置是比較麻煩和困難，當前可按表4經(jīng)驗值擬定。表4中性點深度持力層性質(zhì)粘性土、粉土中密以上砂礫石、卵石基巖中性點深度比/0.5～0.60.7～0.80.91.0注：1.、分別為中性點深度和樁周沉降變形土層下限深度。2.樁超越自重濕陷性黃土層時，按表列值增大10%（持力層為基巖除外）。2.4.3負摩阻力計算普通以為，樁土間粘著力和樁負摩阻力強度取決于土抗剪強度；樁負摩阻力雖有時效，但從安全考慮，可取用其最大值以土強度來計算。單樁負摩阻力原則值計算公式為：==式中：——第層樁側土豎向有效應力（kPa）；——土側壓力系數(shù)；——計算處樁土界面內(nèi)摩擦角；——樁周土負摩阻力系數(shù)，可按表5取值。求得負摩阻力強度后，將其乘以產(chǎn)生負摩阻力深度范疇內(nèi)樁身表面積，則可得到作用于樁身總負摩阻力。表5負摩阻力系數(shù)土類土類飽和軟土粘性土、粉土0.15～0.250.25～0.40砂土自重濕陷性黃土0.35～0.500.20～0.35注：1.在同一類土中，對于打入樁或沉管灌注樁，取表中較大值，對于灌注樁，取表中較小值。2.填土按其構成取表中同類土較大值。3.當計算值不不大于正摩阻力時，取正摩阻力值。2.5其她辦法簡介2.5.1動力測試法動力測試法是依照樁體被激振后來動力響應特性來預計單樁承載力一種間接辦法，涉及打樁公式和動測法。打樁公式只能近似地估算單樁承載力。動測法具備迅速、直接、簡便、價廉等突出長處，故獲得廣泛應用，辦法亦各種各樣。趙柏冬[6]研究了一種新動測法，即采用炮筒內(nèi)放入火藥為動力，使之作用在樁頂上產(chǎn)生推力，推樁向下測定樁承載力。它因簡便易行、節(jié)約工時物料、實驗費用低廉等特點而受到基本工程界注重與歡迎。任齊、薛晶[7]推導了樁基入射應力波和反射應力函數(shù)關系，并且以此為根據(jù)，提出了運用樁尖反射信號判斷樁基承載力辦法，實用價值很高。2.5.2原位測試法原位測試法通過對樁位土物理力學性能實驗，求得樁位上阻力，通過公式推算樁極限承載力。它相對靜載荷實驗法比較經(jīng)濟，當前在國內(nèi)外已經(jīng)獲得廣泛應用。最慣用有靜力觸探實驗、動力觸探實驗和旁壓實驗三種。靜力觸探實驗高效、簡便、易行。國內(nèi)從20世紀70年代正式將其列入《建筑樁基技術規(guī)范》。動力觸探重要分為原則貫入與圓錐動力兩大類，原則貫入實驗在國內(nèi)外應用均很廣泛，圓錐動力觸探可以持續(xù)貫入，操作簡便迅速。徐國希[8]對原則貫入實驗提出了某些改進辦法，例如PDllGRI樁基動力公司提出一種改進原則貫入實驗，與靜力觸探辦法結合起來，用靜力下壓和上拔及扭轉實驗來測量土阻力以改進測量精度，達到一定改進目。旁壓實驗始創(chuàng)于法國，應用廣泛。在國內(nèi)，由于國產(chǎn)旁壓儀工作壓力還不太高，測定深部土層強度和變形參數(shù)尚有些困難。2.5.3靜力計算法靜力計算法是根據(jù)土木參數(shù)采用常規(guī)土力學原理以靜力分析辦法估算單樁極限承載力慣用辦法，計算值比較保守，合用于初步設計和級別較低建筑物樁基本承載力估算。2.5.4有限元法有限元法是一種具備強大計算功能數(shù)值分析法，它可以模仿樁土整個破壞過程，具備精準度高等長處，因而可以相應地減少試樁數(shù)量，從而節(jié)約資金，但是由于樁土體系復雜性，其龐大解題規(guī)模是計算機運算能力和軟件功能一種挑戰(zhàn)。錢德玲[9]運用有限元軟件GTS，以合肥地區(qū)灌注樁靜載荷實驗為基本進行了數(shù)值模仿，為擬定單樁極限承載力開辟了新思路，同步對深刻理解樁土作用機理也有重要意義。2.5.5神經(jīng)網(wǎng)絡預測法20世紀80年代以來，神經(jīng)網(wǎng)絡在工程實踐中應用得到了長足發(fā)展，它大規(guī)模并行解決和分布式信息存儲，良好適應性和自組織性，強大學習功能和聯(lián)想及容錯功能，為樁土間作用機理這一復雜問題解決奠定了良好研究基本。馮紫良[9]采用BP前饋建立ANN模型，它可以包括樁所有信息并形成一種廣義函數(shù)，從而在給定輸入（各影響參數(shù)值）狀況下可以得到比較精確輸出（承載力）。2.6保滄高速公路子牙新河特大橋樁基靜載荷實驗2.6.1工程概況保滄高速公路子牙新河特大橋位于保定至滄州公路滄州段5標段，中心樁號K106+172.5，橋梁全長2671.5m，上部構造為73×30m+25m+15×30m預應力混凝土T梁，下部構造為雙柱式橋墩，肋板式橋臺，鉆孔灌注樁基。共設計鉆孔灌注樁368根，樁長40m（橋臺樁）、60m（橋墩樁），樁徑1.5m，樁身混凝土強度C25。依照技術規(guī)定按橋臺類型做一根單樁豎向抗壓靜載實驗，驗證單樁豎向抗壓承載力與否滿足設計規(guī)定。本次實驗試樁樁長40m、樁徑1.5m，樁身混凝土強度C25，設計承載力特性值為3900KN，試樁位置位于0#橋臺。0#橋臺工程樁做錨樁，錨樁樁長55m，樁徑1.5m，樁身混凝土強度C25。地貌單元為沖積平原，地形基本平坦，地下水位埋藏深度在5.0～5.6m。地層重要為Q4沖積形成粉砂、亞粘土、粘土、亞砂土等。該場區(qū)別布有軟弱土，為不良地質(zhì)體，設計施工時需對該層土進行地基解決，無其他不良現(xiàn)象。2.6.2實驗設備實驗設備重要涉及：1、反力裝置JZ1500型錨樁鋼梁反力架裝置1套（主梁9米、副梁8米）。2、加荷及觀測系統(tǒng)加荷裝置：液壓油缸（QW320）四臺，并聯(lián)使用；超高壓油泵1套。荷載及沉降觀測系統(tǒng)：RS—JYB全自動靜力載荷實驗儀1套。2.6.3實驗辦法采用慢速維持荷載法，逐級施加荷載，每級荷載達到相對穩(wěn)定后加下一級荷載，最大加載至設計單樁承載力特性值2倍（即7800KN），然后分級卸載到零。詳細作法參照《建筑基樁檢測技術規(guī)范JGJ106—》及《建筑樁基技術規(guī)范JGJ94—94》關于規(guī)定制定。1、加載與沉降觀測①、加荷分級：按最后加載量1／10分級加荷載，第一級按2倍分級荷載加荷，加荷采用超高壓油泵驅(qū)動油壓千斤頂，壓力值由RS—JYB測試儀自動測試。②、沉降觀測：每級加荷后間隔5、10、15分鐘各測讀一次，后來每隔15分鐘測讀一次，合計一小時后，每隔30分鐘觀測一次，沉降量觀測采用對稱安裝在實驗樁周邊四塊50mm行程電子位移計測定，每次觀測值由RS—JYB測試儀自動存入計算機。③、沉降相對穩(wěn)定原則：每小時沉降量不超過0.1mm且持續(xù)浮現(xiàn)兩次（由1.5小時內(nèi)持續(xù)三次觀測值計算），則以為已經(jīng)達到相對穩(wěn)定，此時可對試樁樁身應力進行觀測記錄，完畢后可以施加下一級荷載。④、終結加載條件當浮現(xiàn)下列狀況之一時，即可終結加載：a．某級荷載作用下，樁沉降量為前一級荷載作用下沉降量5倍；b．某級荷載作用下，樁沉降量不不大于前一級荷載作用下沉降量2倍，且經(jīng)24小潮流未達到穩(wěn)定；c．最大載荷已達到最大加載量，對該工程為設計荷載值2倍（7800KN）；d．異常狀況經(jīng)委托方或設計方批準終結實驗。2、卸載與觀測卸載每級荷載為加載分級2倍，每級卸載后隔15分鐘觀測一次殘存沉降，讀兩次后，隔半小時再讀一次，即可卸下一級荷載，所有卸載后隔3—4小時再測讀一次。2.6.4實驗資料整頓與分析1、實驗資料整頓通過對實驗樁測試數(shù)據(jù)進行整頓、計算，繪制成單樁豎向靜載荷實驗匯總表（表6）和單樁豎向靜載荷實驗測試曲線（圖1、圖2、圖3）。2、實驗數(shù)據(jù)分析本次加載終結條件滿足上述c款，加載至最大加載量7800kN（設計承載力特性值2倍）時，相應最后沉降量為33.14mm（不大于規(guī)范限定40mm），未浮現(xiàn)極限狀態(tài)。因而，可取最大加載量7800kN作為該樁極限承載力，該實驗樁單樁豎向抗壓承載力特性值Ra可取極限承載力一半，為3900kN，且從曲線形態(tài)分析，Q—S曲線浮現(xiàn)第一拐點相應加載量為3900kN，綜合以上分析，該實驗樁單樁豎向抗壓承載力特性值Ra可取3900kN。2.6.5小結經(jīng)實驗驗證，該樁單樁豎向抗壓承載力特性值滿足3900kN規(guī)定。實驗檢測時間為3天（.12.13—.12.15），費用為八萬余元，抽檢數(shù)量為1根，抽檢率為0.27%，很明顯，靜載荷實驗法具備檢測費用大、時間長、抽檢數(shù)量有限、缺少代表性等缺陷。2.7結論本文重點簡介了擬定灌注樁單樁受壓承載力、抗拔承載力、負摩阻力靜載實驗法和規(guī)范經(jīng)驗法，并以保滄高速公路子牙新河特大橋樁基靜載荷實驗為例進行了闡明，還簡要簡介了其他幾種慣用辦法。每一種辦法都存在這樣或那樣局限性，均有一定合用范疇和注意事項，如果忽視計算局限性，勢必導致安全隱患或經(jīng)濟損失。在進行實際設計和施工時，應依照建筑物類型、級別、場地環(huán)境選取適當一種或幾種辦法來使用，并不斷積累、摸索，不斷改進創(chuàng)新，如王華等[11]結合天津?qū)嶋H狀況，通過經(jīng)驗參數(shù)法估算鉆孔灌注樁單樁豎向承載力與靜載荷試樁成果對比分析，提出了對特殊土層及按深度對樁基參數(shù)修正辦法，只有這樣才干增進樁基理論長遠發(fā)展。通過本文，但愿為有關設計人員提供某些故意建議。表6單樁豎向靜載實驗匯總表工程名稱：保滄高速公路子牙新河特大橋試樁試樁樁號：1測試日期：—12—13樁長：40m樁徑：1.5m序號荷載（kN）歷時（min）沉降（min）本級合計本級合計00000.000.00115601201200.050.05223401202400.190.24331201203600.260.50439001204800.470.97546802106903.704.67654602109005.7610.437624021011106.9217.358702021013206.9924.349780024015608.8033.14106240601620-0.4832.66114680601680-0.7131.95123120601740-1.5330.42131560601800-1.9828.441402402040-3.3925.05最大沉降量：33.14mm最大回彈量：8.09mm回彈率：24.41%圖1單樁豎向靜載荷-曲線圖2單樁豎向靜載荷s-曲線圖3單樁豎向靜載荷s-曲線3樁板構造設計3.1設計內(nèi)容設計內(nèi)容重要涉及構造尺寸設計、構造計算、配筋設計以及施工圖設計四某些。詳細設計內(nèi)容如下:3.2設計原則鄭西客運專線樁板構造為樁、托梁、承臺板組合鋼筋混凝土構造，構造設計時需要根據(jù)使用規(guī)定并結合既有施工條件以及經(jīng)濟因素合理選取設計參數(shù)。本文進行樁板構造設計時遵循了下述幾方面原則:a.安全，設計樁板構造在強度、穩(wěn)定、耐久性方面應有足夠安全儲備;b.合用，樁板構造在通過設計荷載時不能浮現(xiàn)大變形和過寬裂縫寬度;c.經(jīng)濟，遵循以便施工原則，設計中考慮耗材少、維修以便和維修費用少，維修時盡量不中斷交通，或中斷交通時間最短。3.3設計荷載樁板構造計算工作中重要涉及三個某些:擬定構造計算模型、選定荷載和構造分析計算。其中荷載種類、形式和大小選取與否恰當，關系到樁板構造安全使用。樁板構造設計荷載在時間上可分為永久荷載(恒載)和可變荷載(列車活載、溫度荷載等)，在空間上可分為豎向荷載(構造自重、列車活載)和水平荷載(離心力、搖晃力，扣件阻力等)。3.3.1豎向荷載豎向荷載重要涉及恒載與可變荷載。恒載是指作用位置和大小、方向不變荷載。作用在承臺板上恒載重要是承臺板自身重力及附屬軌道構造外加重力;作用在托梁上荷載重要是托梁自重以及承臺板上乘構造傳遞下來靜載;作用在樁上荷載重要上部托梁構造恒載作用力、樁自身自重、土壓力以及正負摩阻力?？勺兒奢d重要是列車活載，鄭西客運專線設計活載采用ZK一活載，活載形式見下圖?？紤]列車活載作用進行計算時需乘以動力系數(shù)，動力系數(shù)仁9]按下式計算：動力系數(shù):計算剪力時：計算彎矩時：3.3.2水平荷載水平荷載可按橫向、縱向分開考慮。橫向重要涉及列車搖晃力、離心力、混凝土收縮徐變影響;縱向重要涉及長鋼軌縱向水平撓曲力、牽引力或制動力以及收縮徐變影響力等溫度荷載也是水平荷載。3.3.2.1橫向1)離心力樁板構造在曲線上時，應考慮列車豎向靜活載產(chǎn)生離心力。離心力按下列公式計算:f為離心力折減系數(shù)，按下式計算:L—承臺板跨度/m;V—設計列車車速/m/h;R—曲線半徑/m。設計路段樁板構造位于直線上，不考慮該項荷載。2)橫向搖晃力橫向搖晃力取100KN，作為一種集中荷載取最不利位置，以水平方向垂直線路中線作用于鋼軌頂面。多線承臺板只計算任一線上橫向搖晃力。計算最不利擺放位置見圖。此時4#樁有最大橫向水平力為:(100*1/2)/2=25KN3)收縮徐變影響混凝土收縮影響，可按減少溫度辦法來計算。對于整體灌注混凝土構造，相稱于減少溫度15℃，因此考慮收縮徐變影響時，只需在計算溫度荷載時，對構造施加一15℃溫度荷載。3.3.2.2縱向縱向力(F)涉及長鋼軌縱向水平撓曲力、牽引力或制動力以及收縮徐變影響等，所有傳遞至軌道構造縱向力均靠扣件縱向阻力來提供平衡，為以便計，縱向受力進行如下簡化計算，每組扣件設計阻力為6.5KN，則:3.3.3溫度荷載溫度應力重要來自于承臺板頂面與底面溫差。在樁板構造中，由于混凝土承臺板構造底面與地基接觸，而地基溫度又相稱穩(wěn)定，受外界環(huán)境溫度變化影響很小，因而，相對于承臺板頂面溫度變化來說，底面溫度變化比較緩促。而承臺板頂面(軌道板兩側)受日輻射和氣溫變化等因素影響下溫度變化較為迅速，內(nèi)部溫度隨之也發(fā)生變化。由于混凝土材料導熱性能較差，因而形成外表面溫度高、內(nèi)部溫度低溫度分布狀態(tài)。在最不利氣象條件下;即無云天，有年最大日輻射強度，風速接近于零，而前一天又處在較低氣溫陰天等狀況下，這將在承臺板中產(chǎn)生最不利溫差分布狀態(tài)，也就是在構造中發(fā)生最大溫差荷載。最大溫差約在地方時間14時左右浮現(xiàn)。大概在上午7時左右舊出前)混凝土板中溫差幾乎接近零，整個承臺板中溫度分布基本一致，此時可作為溫差壓力分析計算中基準零點。約在地方時間21時左右混凝土承臺板中溫度分布又會達到基本一致狀態(tài)。在這三個時刻之間，板中溫度分布將浮現(xiàn)各種不同狀態(tài)，但從設計控制溫差荷載考慮，只需要取兩種最不利狀態(tài)，即下午14時左右浮現(xiàn)頂面與底面之間正溫差荷載;零點左右頂面與底面之間負溫差荷載，兩種溫差荷載分布見下圖：因缺少適當工點實測資料，參照混凝土橋[’3j頂板溫差荷載分布情況，擬定承臺板溫差荷載為如下形式：Ty一距頂面為y處溫差;T0—板頂面與底面之間溫度差;a指數(shù)值;y—以板頂面為原點，向下為正，單位m。3.3.3.1伸縮溫度應力混凝土構造中，由于均勻升溫或降溫產(chǎn)生伸縮應力，事實上亦是一種溫差應力。伸縮應力計算公式如下:式中:—混凝土伸縮應力a—膨脹系數(shù)，取為0.00001—板頂面與底面溫差E—混凝土變形模量3.3.3.2梯度溫度應力溫差應力是由于混凝土板頂面與底面間溫差荷載而產(chǎn)生，無論構造頂面、底面間溫差如何分布，都存在這種溫差應力。溫差應力按下式計算:其中:—混凝土伸縮應力a—膨脹系數(shù)，取為0.00001E—混凝土變形模量—板厚，單位my一計算點距板頂面距離，單位ma一指數(shù)值，14時取為10，負溫差時取為14—板頂面與底面溫差，14時取為20，負溫差時取為一10、—系數(shù)3.3.4荷載組合效應上面幾節(jié)分析各種荷載及外力，并非同步作用于樁板構造上，它們發(fā)生概率也各不相似，因而，樁板構造設計時，應依照構造特性，考慮它們同步作用各種也許性進行恰當組合。在樁板構造設計中，當采用極限狀態(tài)法設計時，應依照不同極限狀態(tài)和荷載組合，給出不同荷載安全系數(shù);當用容許應力法時，則應按不同荷載組合給出不同材料容許應力值。3.4設計內(nèi)力3.4.1計算模型鄭西客運專線樁板構造(見圖2.1一1)為超靜定構造，構造形式比較復雜，對其進行受力分析時，不但要考慮樁土之間互相作用[l5]，并且要考慮溫度應力以及樁基不均勻沉降[l6l等影響，分析過程較為復雜，且存在諸多難點，樁板完全按照構造實際狀況進行力學分析是不也許，也是不必要。因而，對樁板構造進行力學計算此前，可以加以簡化，賂去不重要細節(jié)，顯示其基本特點，用一種簡化圖形來代替實構，這種通過了簡化圖形稱為構造計算模型。本文按等剛度原則，把空間樁板構造分別按縱向、橫向轉化為平面構造進行分析，同步構造自重恒載與列車活載簡化為均布荷載作用在平面桿件上:1)縱向，對承臺板受力、變形以及樁縱向受力、變形進行分析;2)橫向，對托梁受力、變形以及樁橫向受力變形進行分析。按上述轉化進行分析重要基于如下幾點:1)承臺板為多跨持續(xù)單向板，只在縱向承受彎矩，不必進行橫向受力計算分析;2)托梁縱向剛度大，重要起傳遞力作用，不必進行縱向受力計算分析;3)計算時，取荷載最大位置斷面進行分析，計算成果偏于安全;4)有助于減少不均勻沉降、溫度應力分析難度。縱斷面計算模型圖式及荷載分布簡見圖2.5一1，圖中:x為列車駛入距離，和為列車活載，為作用在承臺板上恒載;橫斷面計算模型圖式及荷載分布簡見圖2.5一2，q為作用在托梁上均布荷載(涉及恒載、列車活載)。水平荷載對承臺板托梁受力影響較小，故只在計算樁內(nèi)力和變形中考慮。此外考慮到樁板構造在使用階段，隨著地基土由于濕陷而產(chǎn)生沉降，以及樁板構造在列車活載作用下而產(chǎn)生振動作用，承臺板底部土體將與承臺板體脫離，因此計算種不考慮土對托梁以及承臺板支撐作用。擬定了理論計算模型后，可用力矩分派法、力法〔‘7]求解承臺板、托梁內(nèi)力及變形，用M法求解樁內(nèi)力及變形，用分層總和法分析樁工后沉降。力矩分派法、力法、M法以及分層總和法基本原理及推導諸多文獻均有闡述，在此不再贅述。下面只針對計算中難點與重點進行討論。這重要涉及:樁土互相作用、溫度荷載效應以及樁基不均勻沉降三某些內(nèi)容。3.4.2樁土互相作用計算力矩分派法對樁板構造進行受力分析時，力矩分派系數(shù)計算是至關重要一步。力矩分派是按剛結點各桿轉動剛度比進行分派，某剛結點A某一桿端分派系數(shù)就等于該桿轉動剛度除以匯交于剛結點A各桿轉動剛度之和。在圖2.5一1和圖2.5一2中AB、BC、CD桿轉動剛度可直接按構造力學剛度計算公式求得;如果不考慮土對樁作用，BE、CF桿轉動剛度可按亦可按構造力學轉動剛度計算公式求得。但事實上，由于樁插入土中，土對樁作用〔閉是不能忽視，其轉動剛度應為樁與土共同作用成果，應由土性質(zhì)、樁長、樁截面形狀和尺寸、樁材料等來決定。這里稱這個剛度為“樁土綜合轉動剛度”，其物理意義為:樁土互相作用下，樁頂?shù)挚罐D動變形能力。對樁土綜合剛度分析，國內(nèi)已有研究。樁土綜合轉動剛度對樁板構造計算非常故意義，它解決了計算時不能較好考慮樁土互相作用難題，使得計算模型更為合理，并且易于理解與推廣。當前國內(nèi)較慣用分析樁土互相作用辦法重要有兩種:地基系數(shù)法和有限元法。各種辦法均要進行某些簡化。當前規(guī)范中多采用地基系數(shù)法對樁進行分析與設計。地基系數(shù)法分析樁是將地基土當作彈性介質(zhì)，重要是以捷克學者溫克爾“彈性地基”假說為計算理論基本。本文選取采用“地基系數(shù)法”來推導樁板構造樁土綜合轉動剛度計算公式。分析過程如下:鄭西客運專線樁板構造樁均為摩擦樁，設地基系數(shù)k=cy，樁撓曲微分方程如下:—樁截面慣性矩(m4)，—抗彎截面系數(shù)，運用材料力學中關于梁撓度，與轉角，彎矩，剪力之間關系，即：用冪級數(shù)展開辦法可求解出樁撓曲微分方程解，然后依照樁底邊界條件(鄭西線地基為深厚濕陷性黃土，樁底按自由端考慮)，可得到樁頂水平位移與轉角計算公式當前常用彈性樁例題解法多采用冪級數(shù)求解。對于彈性樁計算也可以采用三角級數(shù)〔29]進行求解，限于篇幅，在此不再贅述。為了便于計算，可采用換算樁長對樁板構造進行計算。換算樁長是將與土互相作用實際樁長換算為與土無互相作用樁底鉸接或固結假想樁長。換算樁長可按實際樁土綜合轉動剛度與換算樁轉動剛度等剛度原則求得。如換算樁底視為鉸接，則按樁土綜合轉動剛度換算樁長h計算公式如下:需要注意得是，按平動剛度、轉動剛度換算得樁長并不相等，計算時應依照需要進行選取。3.4.3溫度荷載效應計算樁板構造為超靜定構造，需考慮溫度應力影響。在圖2.5一1中，結點B、C為剛結點，對BC桿需進行溫度荷載效應計算。計算原理、過程及有關計算公式推導綜述如下:1)伸縮溫度分析假設BC跨度為L，按計算公式，如果兩端約束變形，則伸縮應力為：;如果桿兩端不約束變形，則要釋放大小溫度應力，承臺板伸縮量為:而實際溫度應力不會所有釋放，依照變形協(xié)調(diào)條件當樁頂不發(fā)生轉動時:其中：—釋放變形;—未釋放變形;依照力平衡條件有如下公式:依照公式(2.20)到(2.24)可求得BE、CF桿端彎矩，兩桿端彎矩大小相等，正負相反。求得桿端彎矩后，運用力矩分派法、力法即可求得在拉伸溫度應力作用下構造內(nèi)力和變形。2)梯度溫度分析分析原理同拉伸溫度分析，如果桿兩端不約束變形，則完全釋放溫度應力產(chǎn)生轉角為而實際溫度應力不會所有釋放，依照變形協(xié)調(diào)條件求得各桿端彎矩如下：求得桿端彎矩后，運用力矩分派法、力法即可求得在梯度溫度應力作用下構造內(nèi)力和變形。3.4.4樁基不均勻沉降計算在橋梁基本設計時需考慮5mm不均勻沉降，鄭西客運專線樁板構造用于解決濕陷性黃土，由于濕陷土層并非均勻，并且樁板構造受力狀況復雜，樁基發(fā)生不均勻沉降也許性較大，不均勻沉降是樁板構造設計中不可忽視一種問題，因而參照橋梁設計規(guī)范在樁板構造設計中亦考慮樁基5mm不均勻沉降。這規(guī)定咱們對樁基所產(chǎn)生5mm不均勻沉降對樁板構造上部構造導致影響進行計算。對于不均勻沉降分析可按支座位移考慮，詳細環(huán)節(jié)操作如下:l)約束樁頂轉動，分別計算單樁沉降5~時(即支座A、B、C或D豎向位移5mm)各桿端彎矩;2)釋放樁頂約束，用力矩分派法求得各桿端最后彎矩。約束樁頂變形，縱斷面各桿端彎矩計算公式可參見表2.5一1選用，橫斷面計算較為簡樸，從略。對于不均勻沉降分析也可以用力法進行計算，但分析過程較為復雜，不如力矩分派法省時省力。3.5配筋設計3.5.1承臺板構造配筋設計本文樁板構造配筋設計采用容許應力法，參照構造設計原理以及有關結構設計規(guī)范，以為樁板構造配筋設計時需遵循如下規(guī)定:1)截面最小配筋率:受彎及偏心受壓構件截面最小配筋百分率(僅計受拉區(qū)鋼筋)取為0.15%。2)混凝土保護層厚度:鋼筋混凝土構造最外層鋼筋凈保護層厚度不得不大于35mm，并不得不不大于50mm，對于頂板有防水層及保護層最外層鋼筋凈保護層不得不大于30mm。3)受拉區(qū)域鋼筋可以單根或兩至三根成束布置，鋼筋凈距不得不大于鋼筋直徑(對帶肋鋼筋為計算直徑)，并不得不大于3Omm。當鋼筋(涉及成束鋼筋)層數(shù)等于或多于三層時，其凈距橫向不得不大于1.5倍鋼筋并不得不大于45mm，豎向仍不得不大于鋼筋直徑并不得不大于30mm。4)當計算板內(nèi)不需要斜筋時，也應采用彎起鋼筋并采用恰當架立鋼筋(人行道板除外)。5)梁內(nèi)應設立直徑不不大于Slnln箍筋，其間距當支撐受拉鋼筋時不應不不大于梁高3/4及300mm;當支撐受壓鋼筋時不應不不大于受力鋼筋直徑15倍及300mm。支座中心兩側各相稱梁高1/2長度范疇內(nèi)，鋼筋間距不應不不大于100mm。每一箍筋一行上所箍受拉鋼筋不應多于5根，受壓鋼筋不應多于3根。承受扭矩作用梁，箍筋應制成封閉式。6)構造最大裂縫寬度不應不不大于0.2mm，最大撓度不應不不大于承臺板跨度1/1800。樁板構造承臺板與托梁均為矩形截面構造，對其進行設計時重要涉及兩個環(huán)節(jié):正截面受彎承載力計算、斜截面剪應力計算。3.5.1.1正截面受彎承載力計算對于單筋矩形截面構造，采用容許應力法計算時，其受彎承載力計算分為如下兩步:1、配筋設計式中Z一內(nèi)力偶臂(mm);一截面有效高度(mm);一受拉區(qū)縱向普通鋼筋截面面積M一計算彎矩(KN·m);一鋼筋容許應力(MPa)。依照上述計算，進行配筋。2、核算應力3.5.1.2斜截面剪應力計算中性軸處剪應力:式中:—中性軸處剪應力(Mpa);V—計算剪力(MN);B—構件中性軸處腹板厚度(m);z—內(nèi)力偶力臂(m)。當不滿足上式規(guī)定期，應修改截面尺寸或提高混凝土強度級別。當梁中各截面剪應力均不大于或等于時，可不進行抗剪強度檢算，而按構造規(guī)定配備箍筋。否則，對于剪應力不不大于區(qū)段，應力應按所有鋼筋(箍筋或斜筋)承擔式中一箍筋所能承受主拉應力或剪應力值(Mpa);nk一一箍筋肢數(shù);ak—每肢截面積();—箍筋間距(mm)3.5.1.3構造裂縫與撓度計算設計樁板構造時，一方面應滿足承載力規(guī)定，另一方面是符合裂縫寬度及撓度規(guī)定，亦即滿足使用階段規(guī)定。由于混凝土抗拉強度很低，構件普通是帶裂縫工作，但從耐久性及對建筑觀瞻規(guī)定出發(fā)，應對裂縫寬度加以限制并進行驗算。對于采用某些較高材料強度級別且跨徑較大某些構件，往往需控制構件撓度，即對撓度進行驗算。1)裂縫寬度驗算矩形受彎構件計算裂縫寬度可按下列公式計算:2)撓度驗算依照力法推導(推導過程略)，承臺板撓度計算公式如下:3.5.2樁配筋設計樁采用鋼筋混凝土鉆孔灌注樁，采用灌注樁時，符合下列條件，其樁身可按構造規(guī)定配筋。1)樁頂軸向壓應力符合下式規(guī)定式中:—建筑樁基重要系數(shù)，相應一、二、三級分別取1.1、1.0、0.9;N—樁頂軸向壓力設計值;—混凝土軸心抗壓強度設計值，此處需乘以折減系數(shù)0.8A—樁身截面面積。2)樁頂水平力符合下列公式規(guī)定:式中：—樁頂水平力設計值;—綜合系數(shù)，軟土取62，濕陷性黃土取52;—按基本組合設計算樁頂永久荷載產(chǎn)生軸向力設計值;—混凝土軸心抗拉設計強度;—樁身截面模量塑性系數(shù)，圓截面取為2;A—樁身截面面積。當不滿足條件2)規(guī)定期，則應按如下規(guī)定配筋:當樁身直徑為300一mm時，截面配筋率可取0.65一0.20%(小樁徑取高值，大樁徑取小值);對水平荷載特別大樁依照計算擬定配筋率。3.5.3托梁配筋設計托梁配筋正截面抗彎與斜截面抗剪以及裂縫寬度驗算按照2.6.1節(jié)中執(zhí)行。撓度驗算按如下執(zhí)行:對托梁而言，跨中撓度不大于懸臂端撓度，故只需驗算懸臂端撓度。懸臂端撓度計算公式如下:式中：f—懸臂端撓度;—不計沖擊力活載;—同上式;—同上式;x—計算截面受壓區(qū)高度。3.6單樁豎向承載力驗算3.6.1負摩阻力鄭西客專DK301+472.73一301+982.73區(qū)段地基為深厚濕陷性黃土，在計算樁基承載力時，需考慮樁側摩阻力。正常狀況下，在樁頂豎向荷載作用下，樁相對于土將產(chǎn)生向下位移或者有位移趨勢，因而樁側土對樁體產(chǎn)生向上摩擦力，這種摩擦力構成了樁基承載力一某些，稱之為正摩擦力。但有時會發(fā)生相反狀況，即樁周邊土體由于某些因素發(fā)生下沉，且變形量不不大于相應深度處樁下沉量，即樁側土相對于樁產(chǎn)生向下位移，土體對樁產(chǎn)生向下摩擦力。這種摩擦力就稱之為負摩擦力。在濕陷性黃土地區(qū)，當大量水(雨水或施工用水)浸泡地基時會使黃土產(chǎn)生濕陷，從而導致負摩擦力發(fā)生。負摩擦力對樁是一種不利因素，它相稱于在樁上施加了附加下拉荷載，其存在加大了樁所承受外荷載或減少了樁承載力，并可導致樁發(fā)生過量沉降。因此，在也許發(fā)生負摩擦力狀況下，設計時應考慮其對樁基承載力和沉降影響。在地面發(fā)生沉降地基中，長樁上部為負摩擦力而下部往往仍為正摩擦力。正負摩擦力分界地方稱之為中性點。地面至中性點深度In與樁周沉降土層下限深度1。比值旦為中性點深度比。要精確擬定中性點位置比較困難，普通依照現(xiàn)場實驗所得經(jīng)驗數(shù)據(jù)近似加以擬定，即以p經(jīng)驗數(shù)值來擬定中性點位置。樁基規(guī)范提出了如下表2.7一1p經(jīng)驗數(shù)值。對于樁穿越自重濕陷性黃土層時，ln要按上表所列增大10%來考慮，當持力層為基巖時除外。國外有些現(xiàn)場實驗資料指出，對于端承樁，如果容許產(chǎn)生沉降但不超過有害范疇，可取=0.85一0.95，對不容許產(chǎn)生沉降和基巖上樁可取=1.0;對于摩擦樁可取=0.7一0.8。上表為樁基規(guī)范給出中性點深度比。本報告中中性點深度比取為0.7。由于影響負摩擦力因素較多，要從理論上精準計算樁基負摩擦力是復雜而困難。當前國內(nèi)外學者提出了不少負摩擦力計算辦法，但都是帶有經(jīng)驗性質(zhì)近似公式。下面簡介《濕陷性黃土地區(qū)建筑規(guī)范》(GB50025一)推薦辦法。樁上正負摩擦力數(shù)值宜通過現(xiàn)場實驗擬定，當沒有實驗條件時，單樁負摩擦力近似計算采用下式:式中：—單樁負摩擦力，KN;u—樁周長，m;H—負摩擦力計算深度，m，自樁平臺底面算起(低承臺樁)或從地面算起(高承臺樁)，至其下自重濕陷量為7cm土層頂面為止;—平均單位面積負摩擦力，kPa，當缺少資料時，按下表數(shù)值選用。3.6.2單樁豎向承載力鄭西客運專線樁板構造中樁為鉆(挖)孔灌注樁一摩擦樁，其容許承載力按下式計算：式中:—樁容許承載力；U—樁身截面周長(m)；—各土層極限承載力(KPa);—各土層厚度(m);A—樁底支撐面積(mZ)，按設計樁徑計算;—樁底地基土容許承載力(KPa);—樁底支撐力折減系數(shù)，普通可取1.0。滿足單樁豎向承載力規(guī)定，則需滿足不等式:式中: