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四川眉山桥梁拆除刚性扩大基础验算

futao 桥梁拆除 2019-04-21 730 0
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四川眉山桥梁拆除刚性扩大基础验算

墩台基础是桥梁的重要组成部分,基础与基底持力层必须有足够的强度和稳定性,以确保桥梁的安全使用。因此在设计墩台基础时,应分析考虑施工阶段与预测使用期间可能发生的各种作用效应和不利的外力组合,对基础的稳定性和基底的承载力加以验算,必要时还要验算基础的沉降量。

一、地基土承载力验算

(一)持力层承载力验算

持力层承载力验算要求基础底面作用在地基土的最大压应力不超过持力层的承载力容许值。基底应力的计算表达式为:

Pak=4+M≤ya[.](3-3a)M=ZH,h,+ZPe;=N·eo(3-3b)式中:ya——地基承载力容许值抗力系数;A——基础底面积(m2);pax——基底最大压应力(kPa);N——组合在基底产生的竖向力(kN);M——组合产生于墩台的水平力和竖向力对基础重心轴的弯矩;H.——水平力;h:——水平力作用点至基底的距离;P.——竖向分力;e——竖向分力P.作用点至基底形心的偏心距;e。——合力偏心距,其计算见式(3-12);W——基础底面偏心方向面积抵抗矩(m2);

[f.]——基底处持力层地基承载力容许值(kPa)。

在最不利作用组合下,基础底面产生最大压应力的计算,是将作用基底重心处的竖向力和弯矩等效地用一偏心竖向力代替,其偏心距为eo,基础底面核心半径用p表示,可分为以下三种情况。

(1)eo=0,此时基础底面为中心受压,应力为矩形等值分布[图3-9a)],最大压应力为:

Pamx=-~≤[f.](3-4)

“max式中:Nm*—最大竖向压力;A——基础底面面积。

这种情况很少出现,只有验算等跨中墩仅为结构重力作用时才会产生。

(2)e。≤p,即当作用组合的合力作用点在基底截面核心之内时,其基底应力分布为梯形(e。<p)和三角形(eo=p)[图3-9b)、c)],此种情况是全截面参加工作并传递荷载,其计算式为:

Pam=分+兽=分(1+0)=ya[/6](35)在荷载组合中,由于N、M达到最大值时车道荷载的集中力位置不同,且pms值直接受N、M的影响,所以当无法判断不利工况时,需将N、M两者分别达到最大值时的组合都进行计算,以确定出最终Pam值。

对特殊情况(城市宽桥、曲线桥、桥上设分隔带等),竖向力可能产生双向偏心距,可用下式计算,即:

NMx.My

≤ya[f.](3-6)

(3)eo>p,即当设置在基岩上的基底承受单向偏心荷载,仅受压区计算基底最大压应力[(不考虑基底承受拉力,见图3-9d)]。按照静力平衡考虑,基底局部受压面积应力的合力,应与基础作用的偏心竖向力N相等,承压部分地基土的压应力仍按三角形分布,假定其分布宽度为b',则b'=3K(K为基底应力合力作用点距偏心侧基础边缘的距离),又知,K=b/2-eo,则有:

b'=3(b/2-eo)

N=206'Paun =20×3(6/2-co)Pas(3.7)

Pmax =3a(b/2-eo)

式中:a——垂直验算平面的基础边长;其他符号如图3-9d)所示。

图3-9基底应力计算图示

图3-9基底应力计算图示

当设置在基岩上的墩台基底受双向偏心压应力,且按岩石地基上的基础对后面进行基底合力偏心距验算时,按式(3-12)、式(3-13)计算的eo/p>1.0。岩石地基矩形截面双向偏心受压截面的应力重分布,当缺少资料时,可按《公桥基规》附录K.0.1应力分布图查取。圆形截面偏心受压的应力重分布可按偏心率查表计算。

(二)地基承载力容许值的确定

地基土的容许承载力是指在保证地基土稳定的条件下,建筑结构的沉降量(即地基土的压缩变形)不超过建筑结构物正常使用所容许沉降量时的地基承载力。所以地基土的容许承载力是一个相对的概念,它除了与土的成因、物理力学性质有关外,还与建筑物的结构性质有关(例如桥梁结构和房屋结构、静定结构与超静定结构)。

地基土容许承载力确定方法有如下几种。

1.试验法

一般用于特殊结构桥、大桥、特大桥。在现场或室内通过土工试验或触探试验来确定地基土的压缩性和承载力。

试验法能比较实际地反映地基土的强度和变形性质,但需要的人力、物力及时间较多。同时要注意,在应用试验结果时,一定要结合地基土构造、基础形式和上部结构性质综合分析确定承载力值。

2.调查法

采用调查邻近建筑结构物或其他桥梁地基基础设计和使用情况,来比较分析拟建桥梁地基承载力确定的是否合适。

该方法只能作为对其他方法确定的地基土容许承载力验证参考。

3.理论公式计算

在各种作用力作用下,建筑结构基础由于承载力不足而引起的破坏,主要是由于基底边角持力层剪切破坏所造成。

土的剪切破坏形式有整体剪切破坏、冲剪破坏和局部剪切破坏,其产生与多种因素有关。对地基土承受的最大荷载一—极限荷载的计算,在塑性理论的基础上做不同程度的修正和假设,可得到不同的理论计算公式,其具体计算公式请参见土力学中的有关内容。

4.规范公式计算

规范公式是按现行《公桥基规》,根据影响地基土承载力的土的性质和基础因素,从浅基础的地基强度理论概念建立起来的一个半经验半理论的地基土容许承载力的计算公式。公式中的各项参数,是根据我国各部门收集到的大量荷载试验值与土的物理力学性质指标资料相对比,并通过对已建结构物的观测资料,及国内外有关规范和实践经验综合统计分析后建立的。

地基承载力基本容许值[f0],按以下原则确定:

(1)地基承载力基本容许值首先考虑由荷载试验或其他原位测试取得,其值不应大于地基极限承载力的1/2。

对于中小桥、涵洞,当现场条件限制,或荷载试验和原位测试确有困难时,也可按照《公桥基规》第3.3.3条有关规定采用。

(2)地基承载力基本容许值尚应根据基底埋深、基础宽度及地基土的类别,按照《公桥基规》第3.3.4条进行修正。

(3)其他特殊岩土地基承载力基本容许值,可参照各地区经验或相应的标准确定。

按修正后的地基承载力容许值[fA]由式(3-8)计算:

[fA.]=[fo]+kiyi(b-2)+kay2(h-3)(3-8)

式中:[6]——修正后的地基承载力容许值(kPa);

[fn]——地基承载力基本容许值;b——基础底面的最小边宽(m);当b<2m时,取b=2m计;当b>10m时,取b=10m;h——基础底面的埋置深度(m),由天然地面算起,对于受水流冲刷的基础,由一般冲刷线算起;不受水流冲刷的基础,当位于挖方内时,由开挖后地面算起;当h<

3m时,取h=3m;当h/b>4时,取h=4b;y——基底持力层土的天然重度(kN/m3),如持力层在水面以下且为透水者,应采用浮重度;y2——基底以上土层的加权平均重度(kN/m2);换算时如持力层在水面以下,且为不透水者,不论基底以上土的透水性质如何,一律采用饱和重度;如持力层为透水者,水中部分应取浮重度;k1、k——地基承载力容许值随基础宽度、深度的修正系数,根据基底持力层土的类别由表3-3取值。

地基承载力容许值宽度、深度修正系数k1、k₂表3-3

地基承载力容许值宽度、深度修正系数k1、k₂表3-3

注:1.对于稍密和松散状态的砂、碎石土,k、k2值可采用表列中密值的50%。

2.强风化和全风化的岩石,可参照所风化成的相应土类取值;其他状态下的岩石不修正。

3.冻土的k1=0;2=0。

当基础位于水中不透水土层上时,基底不受水浮力作用,基底以上水柱压力可视为超载看待,故规范规定修正后的地基承载力容许值[f.]按平均常水位至一般冲刷线的水深每米可提高10kPa。

在计算地基土的承载力时,地基承载力基本容许值[fo]的确定是很重要的,要经过综合分析准确地确定土的类别及土的状态,选择合适的[fn]值,并要留有一定的安全储备。对地质和结构复杂的桥梁地基承载力容许值,应经现场荷载试验确定。

(三)地基承载力容许值抗力系数的确定

地基承载力容许值应根据地基受荷阶段和受荷情况,按下述规定乘以抗力系数yR。

1.使用阶段

(1)当地基承受作用短期效应组合或作用效应偶然组合时,可取ya=1.25;但对[6]<150kPa的地基,应取yn=1.0。

(2)当地基承受的作用短期效应组合仅包括结构自重、预加力、土重、土侧压力、汽车和人群效应时,应取yn=1.0。

(3)当基础建于经多年压实未遭破坏的旧桥基(岩石旧桥基除外)上时,不论地基承受的作用情况如何,抗力系数均可取yR=1.5;对[f.]<150kPa的地基,可取yn=1.25。

(4)基础建于岩石旧桥基上,应取yR=1.0。

2.施工阶段

(1)地基在施工荷载作用下,可取yR=1.25。

(2)当墩台施工期间承受单向推力时,可取yR=1.5。

图3-10软弱下卧层验算图示

图3-10软弱下卧层验算图示

(四)软弱下卧层承载力验算

当基础底面(包括群桩基础桩尖下面)受压层范围内地基土为多层土,且持力层以下有软弱土层时(指承载力容许值小于持力层承载力容许值的土层),需要验算软弱下卧层的承载力,验算时先计算作用于软弱下卧层顶面A处的总应力(包括自重应力和验算附加应力之和),不得超过该处地基土的承载力容许值(图3-10),如下式:

p.=yi(h+z)+a(p-y2h)≤ya[f.](3-9)

式中:p.——软弱下卧层顶面处的压应力(kPa);h——基底(或桩尖)埋置深度(m);当基础受水流冲刷时,由一般冲刷线算起;当不受水流冲刷时,由天然地面算起;如位于挖方内,则由开挖后地面算起;z——从基底(或桩尖)到软弱土层顶面的距离(m);y:——深度h+z范围内各土层的换算重度(kN/m3);y2——深度h范围内土层的换算重度(kN/m2);

——基底中心下土中附加应力系数,可按照《公桥基规》附录M基底中点下卧层附加压力系数x表取用;p——由使用荷载产生的基底压应力(kPa),当2/b>1或z/d>1时,采用基底平均压力;当z/bs1或:/ds1时,按基底应力图形采用距最大压力点b/4~b/3处的压应力(对于梯形图形前后端的压应力差值较大时,可采用b/4点处压应力值;反之,则采用b/3处压应力值),b为矩形基底短边长度,d为圆形基底的直径;

[f.]——软弱下卧层顶面处的地基承载力容许值(kPa)。

若软弱下卧层为压缩性较大的厚层软黏土时,或当上部结构对基础沉降有一定要求时,除承载力满足上述要求外,还须验算包括软弱下卧层的基础沉降量。

(五)台背路基填土对桥台基底或桩端平面处附加竖向压应力的计算修建在黏土地基上的桥台,当台后路基填土高度大于5m时,验算地基土压应力与变形,应考虑桥头引道路基填土及锥坡土重对桥台基底平面(包括群桩桩尖平面)产生的附加竖向压应力。对于软土地基上的桥梁,如相邻墩台的距离小于5m时,尚应考虑邻近墩台对软土地基所引起的附加竖向压应力。

图3-11台背填土对桥台基底或桩端平面处 附加应力计算图

图3-11台背填土对桥台基底或桩端平面处

附加应力计算图

台背路基填土对桥台基底(或桩尖平面处)前后缘地基土上产生的附加应力p1,按下式计算(图3-11),即:

p1=a1yiH(3-10)对埋置式桥台,台前锥体对基底(或桩尖平面处)前边缘引起的附加压应力p2为:

P2=Q2y2H2(3-11)

式中和图中:p,—一台背路基填土的压力(kPa);p2——台前锥体填土压力(kPa);y:——路基填土的天然重度(kN/m2);y2——锥体填土的天然重度(kN/m2);H.——台背路基填土的高度(m);H2——基底(或桩尖平面处)的前边缘上的填土锥体高度(m);b’——基底(或桩尖平面处)的前、后边缘间的基础长度(m);h——原地面至基底(或桩尖平面处)的深度(m);a1、2——附加竖向压应力系数(表3-4、表3-5)。

系数表3-4


系数表3-4

系数2表3-5

系数2表3-5


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