樁基樁長(zhǎng)及內(nèi)力的計(jì)算

1、樁基樁長(zhǎng)及內(nèi)力的計(jì)算橋梁樁基是橋梁構(gòu)造的最基礎(chǔ)也是最重要的部位之一，樁基設(shè)計(jì)的準(zhǔn)確對(duì)橋梁穩(wěn)定性起著至為關(guān)健的作用。橋梁所有荷載最終傳遞給樁基承受。把握好樁基的設(shè)計(jì)和施工質(zhì)量對(duì)橋梁整體建設(shè)意義重大。一、樁基的類別針對(duì)界溪段橋梁下部構(gòu)造施工圖中存在兩類樁：端承樁和摩擦樁。端承樁：樁基自身重及樁頂以上荷載由樁端持力層承受。摩擦樁：樁基自身重及及樁頂以上荷載由樁基周身與巖土摩擦阻力承受。二、單樁基樁長(zhǎng)理論計(jì)算公式及相關(guān)參數(shù)表(一)單樁樁基豎向承載力計(jì)算單樁豎向承載力應(yīng)由土對(duì)樁的承載能力、樁身材料強(qiáng)度以及上部結(jié)構(gòu)所容許的樁定沉降三方面控制。1、摩擦樁單樁土對(duì)樁的承載力容許值計(jì)算公式：Ra=(1/2)*u

2、*/Qik*ii+Ap*QrQr=m0*K*fao+k2*R*(h-3)式中：Ra單樁軸向受壓承載力容許值(KN,樁身自重與置換土重(當(dāng)自重計(jì)入浮力時(shí)置換土重也計(jì)入浮力）的差值作為荷載考慮；u樁身周長(zhǎng)（m）Ap樁端截面面積（irf）n土的層數(shù)（注：公式中未寫(xiě)出）Li承臺(tái)底面或局部沖刷線以下各土層的厚度（m）,擴(kuò)孔部分不計(jì)；Qik與Li對(duì)應(yīng)的各土層與樁側(cè)的摩阻力標(biāo)準(zhǔn)值（kPa）,宜采用單樁摩阻力實(shí)驗(yàn)確定，當(dāng)無(wú)實(shí)驗(yàn)條件時(shí)按表5.3.3-1選用；Qr樁端處土的承載力基本容許值（kPa）,當(dāng)持力層為砂石、碎石土?xí)r，若計(jì)算值超過(guò)下列值，宜采用：粉砂1000kP;細(xì)砂1150kP;中砂、粗砂、礫砂1450

3、kP;碎石土2750kP;fao樁端處土的承載力基本容許值（kPa）,按公路橋涵地基及基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范第3.3.3條確定；h樁端的埋置深度（m）,對(duì)于有沖刷的樁基，埋深由一般沖刷線起算；對(duì)無(wú)沖刷的樁基，埋深由天然地面線或?qū)嶋H開(kāi)挖后的地面線算起；h的計(jì)算值不大于40m當(dāng)大于40m時(shí)，按40m計(jì)算；k2容許承載力隨深度的修正系數(shù)，根據(jù)樁端處持力層土類按公路橋涵地基及基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范3.3.4選用；K樁端以上各土層的加權(quán)平均重度（kN/m3）,若持力層在水位以下且不透水時(shí)，不論樁端以上土層的透水性如何，一律取飽和重度；當(dāng)持力層透水時(shí)，則水中部分土層取浮重度；R修正系數(shù)，按表5.3.3-2選用；m0清底系數(shù)，

4、按表5.3.3-3選用。表5.3.3-1鉆孔樁樁側(cè)土的摩阻力標(biāo)準(zhǔn)值Qik土類Qik(kPa)中密爐渣、粉煤灰40-60黏性土流塑Il>I20-30軟塑0.75VIl<I30-50可塑、硬塑0<IlWo.7550-80堅(jiān)硬Il<080-120粉土中密30-55密實(shí)55-80粉砂、細(xì)砂中密35-55密實(shí)55-70中砂中密45-60密實(shí)60-80粗砂、中密60-90礫砂密實(shí)90-140圓礫、角礫中密120-150密實(shí)150-180碎石、卵石中密160-220密實(shí)220-400漂石、塊石400-600注：挖孔樁的摩阻力標(biāo)準(zhǔn)值可參照本表采用表5.3.3-2修正系數(shù)值'、I

5、/d,、端4-2020-25>25透水性土0.700.70-0.850.85不透水性土0.650.65-0.720.72表5.3.3-3清底系數(shù)m0值t/d0.3-0.1m00.7-1.0注：1.t、d為樁端沉硝厚度和樁的直徑。2.d<1.5m時(shí)）t<300mm;d>1.5m時(shí)）t>500mmM0.1vt/d<0.3.2、端承樁的單樁土對(duì)樁的承載力容許值計(jì)算公式：Ra=c1*Ap*frk+u*Ec2i*hi*frki+（1/2）*K*u*Eii*qik式中：Ra單樁軸向受壓承載力容許值（KN）,樁身自重與置換土重（當(dāng)自重計(jì)入浮力時(shí)，置換土重也計(jì)入浮力）的差值

6、作為荷載考慮；C1根據(jù)清孔情況、巖石破碎程度等因素而定的端阻發(fā)揮系數(shù)，按表5.3.4采用；Ap-一樁端截面面積（花），對(duì)于擴(kuò)孔底樁，去擴(kuò)孔底截面面積；frk樁端巖石飽和單軸抗壓強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值（kPa）,黏土質(zhì)巖取天然濕度單軸抗壓強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值，frk小于2MP即寸按摩擦樁計(jì)算（frki為第i層的frk值）；c2i根據(jù)清孔情況、巖石破碎程度等因素而定的第i層巖層的側(cè)阻力發(fā)揮系數(shù)，按表5.3.4采用；u各土層或各巖層部分的樁身周長(zhǎng)（m）;hi樁嵌入各巖層部分的厚度（m）,不包括強(qiáng)風(fēng)化層和全風(fēng)化層；m-一巖層的層數(shù)，不包括強(qiáng)風(fēng)化層和全風(fēng)化層；K覆蓋層土的側(cè)阻力發(fā)揮系數(shù)，根據(jù)樁端frk確定：當(dāng)2MPaCfrk

7、<15MPa時(shí)，K=0.8;當(dāng)15MP廬frk<30MPa時(shí)，K=0.5;當(dāng)frk>30MPa寸）K=0.2;ii各土層的厚度（n）;qik樁側(cè)第i層土的側(cè)阻力標(biāo)準(zhǔn)值（kPa）,宜采用單樁摩阻力實(shí)驗(yàn)值，當(dāng)無(wú)實(shí)驗(yàn)條件時(shí)，對(duì)于鉆（挖）孔樁按本規(guī)范表5.3.3-1選用，對(duì)于沉樁按本規(guī)范表5.3.3-4選用；n土層的層數(shù)，強(qiáng)風(fēng)化和全風(fēng)化巖層按土層表5.3.4系數(shù)C1、C2值巖石層情況C1C2完整、較完整0.60.05較破碎0.50.04破碎、極破碎0.40.03注：1.當(dāng)入巖深度小于或等于0.5m時(shí)，C1乘以0.75的折減系數(shù)，C2=0.2 .對(duì)于鉆孔樁，系數(shù)C1,C2值應(yīng)降低20%

8、采用；樁端沉硝厚度t應(yīng)滿足以下要求：dw1.5m時(shí)）tW50mm;d>1.5m3寸）t<100mm.3 .對(duì)于中風(fēng)化層作為持力層的情況，C1、C2應(yīng)分別乘以0.75的折減系數(shù)。（二）單樁材料強(qiáng)度的豎向承載力計(jì)算當(dāng)樁穿過(guò)極軟弱土層，支承于巖層或堅(jiān)硬的土層時(shí)，單樁豎向承載力往往由樁身材料強(qiáng)度控制。計(jì)算公式如下：N=0.9（f；Ars+fcAc）可縱向鋼筋配箭率大于3%時(shí)，樁的截面積應(yīng)采用樁身截而混凝匕而積上,即扣除縱向倒注：加一號(hào)球縱向挑曲時(shí)機(jī)的必定計(jì)甘k.度，國(guó)靖合杭在土中支哄情況,用梯布曲端支承來(lái)n確定;一一碳而的“I抄¥部/=.7m./為做面的慣件矩，4力一血積;A板的

9、。符；/.矩形截面機(jī)的知ilik鋼筋硅受壓構(gòu)件的穩(wěn)定系數(shù)，按上表2.1取值縱向鋼筋設(shè)計(jì)強(qiáng)度值HRB33的300N/mm2-1；一一全部受壓縱向鋼筋截面面積一一碎軸心抗壓強(qiáng)度設(shè)計(jì)值，按硅結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理附表2取值構(gòu)件截面面積附表2混凝土強(qiáng)度設(shè)計(jì)值（N/mm2混凝土強(qiáng)度等級(jí)度種類C15C20C25C30C35(C40(C45C50C55C60C65軸心抗壓fc7.29.611.914.316.719.121.2123.12,5.327.529.7，軸心抗拉ft0.911.101.271.431.571.711.801.891.962.042.09（三）單樁沉降量計(jì)算簡(jiǎn)化法計(jì)算單樁的沉降量，即在豎向荷載

10、作用下，單樁沉降量S由樁身壓縮變形機(jī)和樁端土的壓縮變形M組成，其端承樁和摩擦樁沉降量計(jì)算公式如下：§=4C+4K=+z/S人。+4衣=+g+二忒中：NEj,A0=A作用于出尊的豎向張力口獨(dú)身自重對(duì)沒(méi)有影啕，所以不考慮樁身自歪;樁號(hào)材根的受庫(kù)彈性模量多一杭的長(zhǎng)度；一布E底處骨足的熏向打1力地罵系粒,宛.一展3-1；一樁的截面面積l0樁基處于沖刷面以上的長(zhǎng)度h樁基處于沖刷面以下的長(zhǎng)度巖石Q值走*1%小株qikX/m51(OGO300000&25U00!50tMXW非巖石糞土的比洌系數(shù)m和/值表上2土的分關(guān)m咸rrtfkVZn/)當(dāng)?shù)孛孢^(guò)水平何移王F6inm也小于lOmni時(shí)當(dāng)?shù)孛?/p>

11、處水平位移不f及等于6mm時(shí)施用在鞫建篦1OOO-2OCU30005000牧聚性拈土匕人力江5.粕砂2000-400050001仆0004A0060W10OUO-2U000監(jiān)注:卡密面粘梆土hvO.希眇6000-10000卻000300UU庭粉.加喉，圓標(biāo)，為石，雁石10000-20000300000000畜實(shí)懦秒克卵石,簫實(shí)恿卵石j80000-120000三、事例計(jì)算某橋墩單樁樁頂豎向力為9881KN,該樁基及巖層分狀圖如下：混凝土強(qiáng)度C25(fc=11.9N/mm2),縱向采用HRB335鋼筋(fy=300N/mm2),箍筋采用HPB235鋼筋(fy=210N/mm2,樁基直徑為中1.8m

12、。混凝土彈性模量E=28000N/mm2,HRB33與岡筋彈性模量Es=200000N/mm2.1、土對(duì)樁基承載力計(jì)算解析一：按摩擦樁計(jì)算Ra=9881KNu=2*Tr=2*3.14*0.9=5.655Ap=n*r2=3.14*(0.9)2=2.545(m2)n=3L1(坡積亞粘土)=2.7(mj)L2(殘積亞粘土)=3.1(m)L3(碎石狀強(qiáng)風(fēng)化花崗巖)待定Qr=底部巖層為砂土狀強(qiáng)風(fēng)化花崗巖(碎石土)取2750KPa.Ra=(1/2)*u*EQik*ii+Ap*QrEQik*ii=(2Ra-Ap*Qr)/uEQik*1i=(2*9881-2.545*2750)/5.655EQik*ii=22

13、56.985(KN)底層為弱風(fēng)化花崗巖摩阻力標(biāo)準(zhǔn)值Qik值取500KPa砂土狀強(qiáng)風(fēng)化花崗巖摩阻力標(biāo)準(zhǔn)值Qik值取120KPa,殘積亞粘土摩阻力標(biāo)準(zhǔn)值取70KPa,坡積亞粘土摩阻力標(biāo)準(zhǔn)值取50KPa：50*2.7+70*3.1+120*L3=2256.985L3=15.87即樁長(zhǎng)長(zhǎng)度為2.7+3.1+15.87=21.6722(mm解析二：按端承樁計(jì)算Ra=9881KN根據(jù)表格5.3.4查尋C1、C2可知碎石狀強(qiáng)風(fēng)化花崗巖、微風(fēng)化花崗巖分別為0.4、0.03,0.6、0.05Ap=n*r2=3.14*(0.9)2=2.545(m2)frk=5.548MPa,2MPs<frkv15MPa,K

14、取0.8u=2*n*r=2*3.14*0.9=5.655(mj)n=4L1(坡積亞粘土)=2.7(m)L2(殘積亞粘土)=3.1(m)L3(碎石狀強(qiáng)風(fēng)化花崗巖)=10.4(nrj)L4(微風(fēng)化花崗巖)待定Ra=c1*Ap*frk+u*12c2i*hi*frki+(1/2)*K*u*Eii*qik9881=0.6*2.545*55476+5.655*(0.05*hi*55476)+(1/2)*0.8*5.655*(50*2.7+70*3.1+120*10.4)9881=84711.852+2773.8hi+7238.4hi=-82069.252/9881hi=-8.3(nj)如果樁長(zhǎng)減少8.3m

15、,則樁端處于碎石狀花崗巖層，樁端巖層承載力可計(jì)算而出，過(guò)程如下：frk樁端處土的承載力基本容許值(kPa),查尋公路橋涵地基及基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范第3.3.3條確定；frk1=1000KPa。F=(1/2)*K*u*Eli*qik+c1*Ap*frklF=(1/2)*0.8*5.655*50*2.7+70*3.1+120*(10.4-8.3)+0.4*2.545*1000F=2384.248(KN)FvRa=9881(KN)F=(1/2)*K*u*Eli*qik=(1/2)*0.8*5.655*(50*2.7+70*3.1+120*10.4)=7238.4F<Ra=9881(KN)由此可知樁端處

16、于碎石強(qiáng)風(fēng)化花崗巖層無(wú)法滿足樁頂荷載承載力要求。則樁端必須嵌入微風(fēng)化花崗巖層。對(duì)于寧武公司要求，對(duì)端承樁樁基嵌入巖層的深度規(guī)定按2.5d3.5d終孔。所以樁基長(zhǎng)度為：L=L1+L2L1=2.7+3.1+10.4=16.2(m)2.5d<L2<3.5d即4.5mWL2<7.3m20.7mWLW23.5m2、樁身材料強(qiáng)度計(jì)算N=(S兒)P=9881KNRa=210N/mm2虹/Ac取0.01、*7=300N/mm2=19881000=0.9*尹*(300*1:+210*11.9)A=736838mm2采用柱形樁，b=，(736838/n)=484mm取b=450mm.L/b=2200/450=48.89,查表甲-=0.965反算=12688.78mm2選26根25(Z=12763.4mm2,乙/ac=12763.4/(450*450)=0.63>0.63、樁基沉降計(jì)算(1)端承樁沉降量N=9881KN,i=22m,G=300000KN/m3A=2.545m2S=9881/(300000KN/m3*2.545m2)S=13mm(2)摩擦樁沉降量樁基全部埋入原地表面以下，10=0;裝自身重不計(jì)，則0.5*(Nh)/(EA)=0C0