首页 拆除工程正文

桥梁工程软土地区基础

futao 拆除工程 2019-04-28 726 0
川渝拆除17713551981

桥梁工程软土地区基础

软土一般是指在静水或缓慢流水环境中以细颗粒为主沉积而成的土。软土按沉积环类主要有:滨海沉积(滨海相、泻湖相、溺谷相、三角洲相、浅海相等)、湖泊沉积、河滩沉积、沼泽沉积,我国沿海地区和内陆平原或山区都会有软土分布。

《软土地区岩土工程勘察规程》(JGJ83-2011)(以下简称《软土勘规》)中规定:天然孔隙比大于或等于1.0、天然含水率大于液限、具有高压缩性、低强度、高灵敏度、低透水性和高流变性,且在较大地震力作用下可能出现震陷的细粒土,包含淤泥、淤泥质土、泥灰、泥灰质土等定义为软土。

按工程性质结合自然地质地理环境,可将我国划分为三个软土分布区,且沿秦岭走向,向东至连云港以北的海边一线,作为I、Ⅱ地区的界线。中国软土主要分布地区的工程地质区划略图如图9-1所示。

软土由于沉积年代、环境的差异成因不同,沿苗岭、南岭走向向东至莆田的海边一线,其成层状况、粒度组成、矿物成分都有所差别,使工程地质特征有所不同。要强调指出,沉积不i词uy软土,有时其物理性质指标虽较相似,但工程性质并不很接近,切勿借用。中国软土主要分布地区软土的工程地质特征指标见表9-1。

软土地区岩土工程勘察可划分为初步勘察阶段和详细勘察阶段,当工程需要时,应增加。

工勘察阶段。具体内容要求请按《软土勘规》的规定执行。

在软土地基设计计算中,由于其工程特性需要解决地基承载力、沉降和稳定性的计算,题,故与一般地基土的计算有所区别,现介绍如下。

一、软土地基承载力确定

为提高勘察技术水平,除采用室内土工试验直剪固结快剪强度确定天然地基的地基承载力设计值外,软土的承载力的确定应结合构筑物等级和场地地层条件,以变形作为控制条件,采用原位测试成果或根据已有成熟的工程经验,采用土性类比确定地基承载力设计值。当采用不同方法所得结果有较大差异时,应结合地基变形等综合分析加以选定,并说明其适用条件。

1.静荷载试验确定

静荷载试验是确定地基承载力的基本方法,是验证其他方法正确与否的基本根据,对重要工程进行一定数量的静荷载试验,根据静荷载试验的P-s曲线特征确定地基承载力。

采用静荷载试验确定地基承载力特征值时要符合下列规定:

(1)当试验承压板宽度大于或接近实际基础宽度或其持力层下的土层力学性质好于持力层时,其地基承载力特征值应按下式计算:

中国软土主要分布地区软土的工程地质特征表表9-1

中国软土主要分布地区软土的工程地质特征表表9-1

图9-1中国软土主要分布地区的工程地质区划略图

图9-1中国软土主要分布地区的工程地质区划略图

A fk式中:f——地基极限承载力标准值(kPa)。

(2)当试验承压板宽度远小于实际基础宽度,且持力层下存在软弱下卧层时,应考虑下团层对地基承载力特征值的影响。

2.原位测试成果确定

依据原位测试参数,按经验公式确定地基承载力是工程界多年实践经验的总结。因原位测试能真实地反映场地地基土的力学特性,尤其对较难取得原状土的粉士和砂士中具有明的优点,应积极提倡和鼓励运用到工程设计中去。采用原位测试成果确定地基承载力特征准时,宜符合表9-2的规定。

地基承载力特征值[fk]表9-2

地基承载力特征值[fk]表9-2


注:1.表中经验公式具有一定的地区性,使用前根据地区资料进行验证。

2.当土质较均匀时,可取平均值,当土质不均匀时,宜取最小平均值。

3.冲填土或素填土指冲填或回填时间超过5年以上者。

3.类比法确定

采用类比法确定地基承载力特征值时,根据已有工程经验采用土性类比法确定,且通过构筑物的沉降观测资料进行分析,对比已有工程和拟建工程的地质、荷载、基础以及上部结构等的相似性、差异性,提出地基承载力特征值的建议值及使用条件。

软土地区持力层下存在软弱下卧层的情况较为普遍,确定地基土承载力应考虑软弱下卧层的地基强度,有利于地基变形的控制。考虑下卧层对地基承载力特征值的影响,地基承载力特征值fu可按下列条件确定:

(1)当持力层厚度A,与基础宽度b之比h,/b>0.7时,地基承载力特征值可不计下卧层影响,并可按下式计算。

式中:faku——持力层的地基承载力特征值(kPa)。

(2)当0.5shi/b≤0.7时,地基承载力特征值可按下式计算:

fk=

式中:f.g——软弱下卧层的地基承载力特征值(kPa)。

(3)当0.25≤hi/b<0.5时,地基承载力特征值可按下式计算:

fk

(4)当h,/b<0.25时,地基承载力特征值可不计下卧层影响,并可按下式计算:

f.=fg(9-5)

当基础宽度大于3m或埋置深度大于0.5m时,静荷载试验或原位测试、经验值等方法确定的地基承载力特征值,应按下式进行修正:

f.=fk+nayo(d-0.5)+7my(b-3)(9-6)

式中:f—修正后的地基承载力特征值(kPa);fA.——地基承载力特征值(kPa);

7.、n——基础埋深和宽度的地基承载力特征值修正系数,按基底下土类确定:淤泥质土7a=1.0,n=0;一般黏性土7a=1.1,7=0;粉性土7a=1.3,7=0.3;b——基础宽度(m),基础宽度小于3m的,按3m计算,大于6m的,按6m计算;d——基础埋置深度(m);yo、y—分别为基础底面以上和以下土的重度(kN/m2),地下水位以下取浮重度。

当采用室内土工试验三轴不固结不排水抗剪强度计算时,地基承载力特征值可按现行国家标准《建基设规》的有关规定确定。

根据《公桥基规》第3.3.5节软土地基承载力容许值的规定,作以下介绍,便于掌握和应用。

软土地基承载力基本容许值[An]应由荷载试验或其他原位测试取得。荷载试验和原位测试确有困难时,对于中小桥、涵洞基底未经处理的软土地基,承载力容许值[f.]可采用以下两种方法确定。

(1)根据原状土天然含水率w,按表9-3确定软土地基承载力基本容许值[fo],然后按式(9-7)计算修正后的软土地基承载力容许值[fA]:

式中:y2——基底以上土层的加权平均重度(kN/m2);h—基底埋置深度(m),自天然地面起算,有水流冲刷时自一般冲刷线起算;当h<3m时,取h=3m;当h/b>4时,取h=4b。

软土地基承载力基本容许值[f.。]表9-3

软土地基承载力基本容许值[f.。]表9-3

(2)根据原状土强度指标,按下式确定软土地基承载力容许值:

[U.]=5.14k,C。+yh(9.8)m标=(1+0.29)(10.4H)

blC式中:m——抗力修正系数,可视软土灵敏度及基础长宽等因素选用1.5~2.5;C.——地基土不排水抗剪强度标准值(kPa);k。——系数;

H——由作用(标准值)引起的水平力(kN);b——基础宽度(m),有偏心作用,取b-2e;

——垂直于b边的基础长度(m),有偏心作用时,取l-2e1;e、e—偏心作用在宽度和长度方向的偏心距;y2、h——意义同式(9-7)。

经排水固结方法处理软土地基,其承载力基本容许值[。]应通过荷载试验或其他原位测试方法确定;经复合地基方法处理的软土地基,其承载力基本容许值应通过荷载试验确定,然后按式(9-7)计算修正后的软土地基承载力容许值[f]。

二、地基变形验算

天然地基最终沉降量可采用分层总和法、按《建基设规》的规定进行计算。地基变形计算值不应大于现行国家标准《建基设规》规定的地基变形允许值。计算地基变形时,应符合下列规定。

(1)传至基础底面的荷载效应应采用正常使用极限状态下荷载效应的准永久组合,并不应计入风荷载和地震作用。

(2)对于砌体结构,应由局部倾斜值控制;对于框架结构和排架结构,应由相邻柱基沉降差控制,必要时尚应控制平均沉降量。

(3)应考虑相邻基础荷载影响;当基础面积系数大于0.6时,可按基础外包面积计算基底附加压力。

(4)对高压缩性土地基,当基底附加压力大于地基土承载力特征值的0.75时,应预测沉降变化趋势,并控制施工期间的加荷速度。

(5)宜考虑上部结构、基础与地基共同作用进行变形计算。

当考虑应力历史对黏性土压缩性的影响时,应提供各土层的前期固结压力(p。)以及超固结比(OCR)、压缩指数(C.)、回弹系数(C.)的值。对正常固结土、超固结土、欠固结土,地基固结沉降量的计算应符合下列规定。

1.正常固结土的地基固结沉降量

s.=名;[C.lg(es+Ap-)](99)p1i式中:/,——沉降计算经验系数,应根据类似工程条件下沉降观测资料及地区经验确定;S.——地基固结沉降量(cm));H.——第i层分层厚度(cm);eo——第i层土的初始孔隙比,由试验确定;p1——第i层土自重应力的平均值;Ap.——第i层土附加应力的平均值(有效应力增量)(kPa);C.——第i层土的压缩指数。

2.超固结土的地基固结沉降量(1)当△p;>Pi-p1时

S.=a化[Clg(e)+C.le(ar+An)](9.10)

(2)当△p;≤P-pi时

s.=wa1-[C.lgfeu +An)]

P1i式中:/a、Wa——沉降计算经验系数,应根据类似工程条件下沉降观测资料及地区经验确定;n——分层计算沉降时,压缩土层中有效应力增量△p>Pi-p1时的分层数;m——分层计算沉降时,压缩土层中具有Ap.≤Pi-p1i的分层数;C.——第i层土的回弹指数;p.—第i层土的前期固结压力(kPa)。

3.欠固结土的地基固结沉降量

H.calg(ei+Ap:)1(9-12)式中:/——沉降计算经验系数,应根据类似工程条件下沉降观测资料及地区经验确定。

4.天然地基压缩层厚度

天然地基压缩层厚度应自基础底面算起。对于高压缩性土层,可算到附加压力等于土层自重的10%处;对中、低压缩性土,可算到附加应力等于土层自重压力的20%处。计算附加应力时,应考虑相邻基础的影响。

三、软土地基处理

浅基础软土或软弱地基承载力不足或沉降量大于允许沉降量时,应采取人工加固处理,这种处理后的地基也称为人工地基。在软土或软弱地基上修建构筑物,必须重视地基的变形和稳定问题。普通浅基础下的软土,容许承载力为60~80kPa,如果不做任何处理,一般不能满足荷载对地基的要求。地基处理的方法很多,公路桥梁上较为常用的有砂砾垫层、砂桩、预压

砂井等。现行《公桥基规》对此内容,根据新近发展做了某些改进,其他方法可参照《建基设规》,具体内容将在第十章介绍。

软土地基上构造物承受水平推力后,由于地基土抗剪强度低,有发生基础连同部分地基土在土中剪切滑移失稳的可能性。软土地基上桥台、挡土墙等承受侧向推力的构造物在进行其地基承载力、沉降验算的同时,应结合现场地形、地貌、工程地质、水文地质等状况及当地软土特性进行全面分析判断,最后进行稳定性验算。

四、天然地基的评价

根据天然地基特点提出有关岩土工程分析评价的主要内容。在分析评价中应结合场地的工程地质、工程性质以及周围环境等条件,做到重点突变、针对性强、评价正确、建议和结论合理,以满足设计和施工要求。

天然地基的评价应包括下列内容:

(1)天然地基持力层的选择和建议。

(2)各拟建物适宜采用的基础形式及基础埋置深度(高程)的建议值,相应基础尺寸的地基承载力特征值,地基变形的验算。

(3)明滨、暗滨等不良地质的地基处理方法建议。

(4)大面积填土工程等的压实填土的质量控制参数。

(5)工程需要时,对可能采用的地基加固处理方案进行技术经济分析、比较并提出建议。在进行天然地基评价时,当地表有硬壳层,应首先分析利用其作为天然地基持力层的可行

性。对地基土受力范围内有基岩或硬土层,且表面起伏倾斜,应判定其对地基产生滑移或不均匀变形的影响。地下水的变化幅度和承压水头等水文地质条件,应对软土地基稳定性和变形影响做评价。

通过大量的工程实践,对软土地基上构建桥、涵的设计与施工已积累了许多经验,只要设计与施工得当,在软土地基上成功地进行桥、涵构造物修建是可行的。

五、桩基承载力与变形

桩基在荷载作用下,由于桩长和进入持力层的深度不同,其桩侧阻力和桩端阻力的发挥程度是不同的,因而桩侧阻力特征值和桩端阻力特征值,无论从理论上还是从工程实践上,均是以静荷载试验的极限承载力为基础,规程只规定估算单桩竖向极限承载力的公式。

1.单桩竖向承载力的经验公式

单桩承载力通过单桩静荷载试验确定。当基础受水平荷载控制时,应进行桩的水平荷载试验;当基础受上拔荷载时,应进行抗拔试验。单桩竖向极限承载力估算应符合下列规定。

(1)当有本地区经验,可根据土的埋深和物理力学性质指标,按下式计算:

Q.=uZqakl;+qkAp(9-13)式中:qk——桩侧第i层土的极限侧摩阻力标准值,可根据当地经验确定;qk——极限桩端阻力标准值,可根据当地经验确定;Q.——单桩竖向极限承载力(kN);u——桩身周长(m);

l.——第i层土桩长(m);A,——桩端面积(m2)。

当静力触探的测试深度满足桩基勘察深度时,应同时结合本地区的经验,按静力触探测试参数进行估算。

(2)当无本地经验时,采用单桩竖向极限承载力按静力触探试验成果估算,应符合下列规定。

①采用单桥静力触探比贯入阻力(p。)估算预制桩单桩竖向极限承载力时,可按下式计算:

Q.=uZqakl;+auPaA。(9-14)

式中:Q。——单桩竖向极限承载力(kN);u——桩身周长(m);l—第i层土桩长(m);A,——桩端面积(m2)。

qk——用单桥静力触探比贯入阻力(p.)估算的第i层土的桩间极限侧阻力(kPa),可按表9-4取值,且当桩端穿越粉土、粉砂、细砂及砂层底面时,粉土及砂土估算的qk应乘以表9-5中系数9。;b——桩端阻力修正系数,按表9-6取值;Pb—桩端附近的静力触探比贯入阻力平均值(kPa),按表9-7取值。

桩间极限侧阻力qsk表9-4

桩间极限侧阻力qsk表9-4

系数e表9-5

系数e表9-5

注:1.p。为桩端穿越的中密~密实砂土、粉土的单桥静力触探比贯入阻力平均值;p1为砂土、粉土的下卧软土层的比贯入阻力平均值。

2.单桥探头的圆锥底面积为15cm2,底部带7cm高滑套,锥角60°。

桩端阻力修正系数x,表9-6

桩端阻力修正系数x,表9-6

桩端附近的静力触探比贯入阻力平均值p表9-7

桩端附近的静力触探比贯入阻力平均值p表9-7

注:pbl—桩端全断面以上8倍桩径范围内的比贯入阻力平均值(kPa);p.i2——桩端全断面以下4倍桩径范围内的比贯入阻力平均值(kPa),当桩端持力层为密实的砂土层,其比贯入阻力平均值p。超过20MPa时,应乘以表9-8中系数C,再计算pl及pb2值;B——折减系数,按表9-9取值。

系数C表9-8

系数C表9-8

桩端阻力折减系数B表9-9

桩端阻力折减系数B表9-9

对于比贯入阻力值为2500~6500kPa的浅层粉性土及稍密的砂性土,计算桩端阻力和桩周侧阻力时应结合经验,考虑数值可能偏大的因素。用p。估算的桩的极限端阻力不宜超过8000kPa,桩周极限侧阻力不宜超过100kPa。

②当无本地区经验,对于一般黏性土和砂土,采用静力触探试验双桥静力触探锥尖阻力g。和探头侧摩阻力(fA.)估算预制桩单桩竖向极限承载力时,可按下式计算:

Q.=uZf614B.+aq.An(9-15)

式中:f.——第i层土的探头侧摩阻力(kPa);

B——第i层土桩身侧摩阻力修正系数:对于黏性土、粉土,B,=10.043f-05;对于砂性土,B=5.045f.-045;

——桩端阻力修正系数:对黏性土、粉土,x取2/3;对于饱和砂土,α取1/2;q。——桩端上、下探头阻力,桩尖平面以上4d范围内按厚度的加权平均值,然后再和桩端平面以下1d范围内的q。值进行平均(kPa)。

(3)当有标准贯入的地区经验时,可应用标准贯入的测试参数和土的试验指标综合确定。

(4)当无标准贯入的地区经验时,对于预制桩、预应力管桩和沉管灌注桩,采用标准灌入试验成果估算单桩竖向极限承载力时,可按下式计算:

Q.=B.uZqsl;+qsA.(9-16)式中:q.—一第i层土的极限侧阻力(kPa),可按表9-10采用;qs——桩端土的极限端阻力(kPa),可按表9-11采用;B.——桩侧阻力修正系数,当土层埋深大于等于10m且小于等于30m时,当B.取1.0;当土层埋深大于30m时,B。取1.1~1.2。

极限侧阻力gss表9-10

极限侧阻力gss表9-10

注:表中数据对无经验的地区应先用试桩资料进行验证。

极限端阻力qs表9-11

极限端阻力qs表9-11

注:1.表中数据可以内插。

2.表中数据对无经验的地区应先用试桩资料进行验证。

(5)单桩竖向承载力特征值R。可按下式确定:

R.=gg式中:R。——单桩竖向承载力特征值(kN);Q,——单桩竖向极限承载力(kN);K——安全系数,可取K=2。

嵌岩桩单桩竖向极限承载力是由桩周土总侧阻力、嵌岩段总侧阻力和总端阻力三部分组成。现行相关规范中的公式有所不同,各个地区和有关资料及地方规范中的公式、取值各不相同。各地区的岩性、岩石的强度、岩石的完整性不同于《软土勘规》,所获得资料的数量对三部分分担的比例,取值不同。现行《软土勘规》未将嵌岩桩单桩竖向极限承载力公式列入其中,推荐按地方规范及地方经验来估算嵌岩桩单桩竖向极限承载力。

2.桩基础最终沉降量计算

软土中摩擦桩的桩基础沉降计算是一个非常复杂的问题。纵观许多描述桩基实际沉降和沉降发展过程的文献可以知道,土体中桩基沉降实质是由桩身压缩、桩端刺入变形和桩端平面以下土层受群桩荷载共同作用产生的整体压缩变形等多个主要分量组成,并且是需要经历数年,甚至更长时间才能完成的过程。即使忽略土中桩身弹性压缩量,由于桩端刺入变形与桩土体之间相互作用、土体组成的多相性质、土骨架的非线性应力应变性质和蠕变性质有关,在目前认识水平条件下,土中摩擦桩桩基沉降不是简单的弹性理论所描述的问题,这说明为什么完全依据理论的各种桩基沉降计算方法,在实际工程应用中往往都与实测结果存在较大的出入,

即使经过修正,两者也只能在某一特定范围内比较接近。正因为如此,现各有关规范推荐的桩基最终沉降量的计算方法,并不是一种纯理论的方法,其实质是一种经验拟合的方法。根据Geddes 按弹性理论中Mindlin应力公式积分后得出的单桩荷载在半无限体中产生的应力解出发,用简单叠加法原则求得群桩荷载在地基中产生的应力,然后再按分层总和法原理计算沉降,并乘以经验系数,从而使计算结果更接近于工程实际。与实体基础的方法相比,该法能方便地考虑桩基中桩数、桩间距、不规则布桩及不同桩长等因素对沉降计算的影响。

桩基础最终沉降量的计算,当桩基为端承桩或桩端平面内桩的中距大于桩径(或边长)的6倍时,桩基的总沉降量可取单桩的沉降量,采用单向压缩分层总和法的公式:

s=giAh(9-18)白台 Eji

式中:s——桩基最终计算沉降量(mm);m——桩端平面以下压缩层范围内土层总数;Ej.——桩端平面下第j层土第i个分层在自重应力至自重应力加附加应力作用段的压缩模量(MPa);n,——桩端平面下第j层土的计算分层数;Ah,.——桩端平面下第j层土的第i个分层厚度(mm);o..——桩端平面下第j层土的第i个分层的竖向附加应力(kPa);

,——桩基沉降计算经验系数,各地区应根据当地的工程实测资料统计对比确定。

当桩基为9根桩及9根以上的多排摩擦桩群桩且在桩端平面内桩距小于6倍桩径时,采用实体深基础计算桩基础最终沉降量,采用单向压缩分层总和法按墩台基础计算群桩沉降量,并应计入桩身压缩量。公式中附加压力计算,应为桩底平面处的附加压力。

实体深基础桩基沉降计算经验系数。应根据地区桩基础沉降观测资料及经验统计确定。

在不具备条件时,。值可按表9-12选用。

实体深基础桩基沉降计算经验系数少。表9-12

实体深基础桩基沉降计算经验系数少。表9-12

3.桩基勘查评价

桩基勘查评价包括以下内容:

(1)提出桩的类型、规格和桩入土深度的要求,提出桩周各岩土层侧阻力和桩端阻力的设计参数,预测或计算单桩承载力,工程需要时,提出桩方案及要求。提出沉降计算参数,工程需要时,进行桩基沉降分析。

(2)评价地下水对桩基设计和施工的影响,提出成桩可能性的分析意见。评价桩基础施工对周围环境的影响,并提出预防措施和监测方案。

(3)当桩侧土层为欠固结土或抽取地下水且有大面积地面沉降的场地时,应考虑桩的负摩阻力。

(4)软土地区中的桩基应优先选择软土中夹砂及可塑至硬塑黏性土层,以及软土场地下伏砂性土、可塑至硬塑黏性土、碎石土、全风化和强风化岩及基岩作为桩端持力层。以较硬地层作为桩端持力层时,桩端下持力层厚度不宜小于4倍桩径,扩底桩桩端下持力层厚度不宜小于2倍扩底直径。


推荐阅读:

​桥梁墩台

四川资阳桥梁拆除基础埋置深度的确定与尺寸拟定

拆除现场极为震撼(图)">重庆一大桥爆破拆除现场极为震撼(图)

平房拆除技术方案

承重墙与非承重墙的拆除