樁基偏位對橋梁承載力的驗(yàn)算分析

王 輝 鄭云鵬

（河南信大建設(shè)集團(tuán)有限公司， 河南 洛陽 471000）

1 工程概況

某橋梁中心樁號K18+725，全長48m，橋面全寬5.5m，凈寬4.5m，橋?qū)捊M合為0.5m防撞護(hù)欄+4.5m行車道+0.5m防撞護(hù)欄。橋梁設(shè)計荷載等級為公路—II級；上部結(jié)構(gòu)型式為3×16m預(yù)應(yīng)力混凝土空心板，采用先簡支后橋面連續(xù)的結(jié)構(gòu)體系，橫橋向布設(shè)4片空心板；下部結(jié)構(gòu)為樁柱式墩、臺，鉆孔灌注樁基礎(chǔ)，圓柱墩直徑1.0m，鉆孔灌注樁直徑1.2m；兩橋臺處設(shè)伸縮縫；橋梁墩臺采用板式橡膠支座。橋面鋪裝層采用10cmC40橋面現(xiàn)澆層+8cm厚水泥混凝土橋面鋪裝。在橋梁交（竣）工過程中，發(fā)現(xiàn)該橋橋墩柱中心軸線與樁中心軸線存在偏位。為保證橋梁運(yùn)營安全、評估偏位對橋梁結(jié)構(gòu)受力的影響，需要對橋梁樁基承載能力進(jìn)行驗(yàn)算，以判斷橋梁樁基是否滿足規(guī)范相關(guān)要求，并為橋梁的后續(xù)處置提供依據(jù)。

2 驗(yàn)算依據(jù)

（1）《公路橋涵設(shè)計通用規(guī)范》（JTG D60-2015）；

（2）《公路鋼筋混凝土及預(yù)應(yīng)力混凝土橋涵設(shè)計規(guī)范》（JTG D62-2004）；

（3）《公路橋涵地基與基礎(chǔ)設(shè)計規(guī)范》（JTG 3363-2019）；

（4）《公路橋梁抗風(fēng)設(shè)計規(guī)范》(JTG T3360-01-2018 )。

3 樁基偏位現(xiàn)狀調(diào)查

3.1 現(xiàn)場測量

根據(jù)現(xiàn)場測量結(jié)果，該橋1-1#墩柱中心順橋向偏位4cm、1-2#墩柱中心順橋向偏位6cm、2-1#墩柱中心順橋向偏位10cm、2-2#墩柱中心順橋向偏位9cm，具體數(shù)據(jù)見表3.1。

表3.1 墩柱偏位現(xiàn)場測量結(jié)果

3.2 橋位處工程地質(zhì)

根據(jù)設(shè)計圖紙地質(zhì)鉆孔資料，橋位以下樁基穿越的土層為重粉質(zhì)砂壤土、重粉質(zhì)壤土、粉砂、重粉質(zhì)壤土和粉砂，按照《公路橋涵地基與基礎(chǔ)設(shè)計規(guī)范》（JTG 3363-2019），取土層的試驗(yàn)力學(xué)參數(shù)如表3.2所示。

表3.2 土層力學(xué)參數(shù)

—1 重粉質(zhì)砂 硬7 7.4 5 3.7 8 8 0 --壤土 塑2 重粉質(zhì)壤 硬7 2.6 5 4.8 0 8 0 --土 塑3 粉砂 密6 6.4 5 6.2 0 7 0 --實(shí)4 重粉質(zhì)壤 硬6 2.7 5 3.7 0 8 0 --土 塑5 粉砂 密5 7.6 9 5.0 6 7 0 2 0 0實(shí)

4 驗(yàn)算分析

橋梁樁基主要承受上部結(jié)構(gòu)、蓋梁、墩柱的自重恒載和汽車荷載、風(fēng)荷載等活載，并將荷載傳遞給地基。根據(jù)現(xiàn)場測量結(jié)果，2-1#立柱偏位10cm，為受力最不利樁基，本次驗(yàn)算選取2-1#樁進(jìn)行驗(yàn)算，以下計算及驗(yàn)算內(nèi)容均針對2-1#樁。

4.1 恒載計算

樁頂恒荷載計算時，各材料容重按下表4.1取值。

表4.1 各材料容重

一孔上部結(jié)構(gòu)的自重標(biāo)準(zhǔn)值計算如表4.2所示。

表4.2 一孔上部結(jié)構(gòu)自重標(biāo)準(zhǔn)值

2#墩下部結(jié)構(gòu)（樁頂以上部分）自重標(biāo)準(zhǔn)值計算如表表4.3所示。

表4.3 2#墩下部結(jié)構(gòu)自重標(biāo)準(zhǔn)值

則作用于2-1#樁樁頂?shù)暮爿d標(biāo)準(zhǔn)值為：

Gk=0.5×（1553.495+366.93）=960.21kN

4.2 汽車荷載計算

橋梁橋面凈寬4.5m，根據(jù)《公路橋涵設(shè)計通用規(guī)范》（JTG D60-2015）按單車道加載，單車道橫向折減系數(shù)取 1.2，橋梁計算跨徑 15.96m，計算橋梁沖擊系數(shù)為0.30。如圖4.1所示（僅示意兩跨），按縱橋向可變荷載移動情況，可計算2#墩支座反力值。

圖4.1 單列車道荷載2跨布置（單位：m）

圖4.2 單列車道荷載單跨布置（單位：m）

按單車道兩跨布載，考慮橫向折減與沖擊系數(shù)后，2#墩支座總反力為：

按單車道單跨布載，考慮橫向折減與沖擊系數(shù)后，2#墩支座總反力為：

如圖4.3所示，單列車兩跨偏載時2-1#樁頂反力最大，采用鉸接板梁法，利用邁達(dá)斯Civil2010建模計算各片空心板支座反力，計算結(jié)果如表4.4所示。

表4.4 空心板支座反力值

則將各梁底作用力按實(shí)際位置作用于蓋梁，可計算得單列汽車偏載下2-1#、2-2#樁頂反力。如圖 4.3所示，2-1#樁頂反力 R2-1=379.8kN，2-2#樁頂反力R2-2=271.7kN。

圖4.3 樁頂反力計算（單位：kN）

根據(jù)《公路橋涵設(shè)計通用規(guī)范》（JTG D60-2015）4.3.5條，汽車荷載產(chǎn)生的制動力標(biāo)準(zhǔn)值按加載長度上車道荷載的 10%計算，且公路-II級汽車荷載制動力標(biāo)準(zhǔn)值不得小于90kN。

4.3 風(fēng)荷載計算

4.4 樁頂荷載計算

1.基本組合

按承載能力極限狀態(tài)設(shè)計，結(jié)構(gòu)重要性系數(shù)取 1.0，按《公路橋涵設(shè)計通用規(guī)范》（JTG D60-2015）4.1.6條進(jìn)行荷載組合。2-1#樁頂水平荷載設(shè)計值：

在 2-1#樁樁頂彎矩設(shè)計值計算時，按 2#墩兩側(cè)雙孔布載情況考慮，并計入了樁身10cm偏位的影響。兩側(cè)雙孔布載時，樁頂彎矩設(shè)計值：

2.作用短期效應(yīng)組合

按正常使用極限狀態(tài)設(shè)計作用短期效應(yīng)組合，永久作用標(biāo)準(zhǔn)值效應(yīng)與可變作用頻遇值效應(yīng)組合。2-1#樁頂水平荷載設(shè)計值：

5 結(jié)論

根據(jù) 2#墩附近地質(zhì)鉆孔資料，橋位以下樁基穿越的土層為重粉質(zhì)砂壤土、重粉質(zhì)壤土、粉砂、重粉質(zhì)壤土和粉砂，按表3.1取用相關(guān)土層物理力學(xué)參數(shù)。該橋樁底標(biāo)高為57.69m。按《公路橋涵地基與基礎(chǔ)設(shè)計規(guī)范》（JTG 3363-2019）進(jìn)行樁基承載力驗(yàn)算。根據(jù)驗(yàn)算結(jié)果，在考慮2-1#樁柱偏位10cm情況下，2-1#樁計算樁底總荷載為2349.21kN，小于單樁承載力3688.25 kN，樁基承載力滿足要求。