湿陷性黄土地区公路桥梁桩基础设计探讨

湿陷性黄土地区公路桥梁桩基础设计探讨陈运飞，张利强，沙元恒，王明明（1.北京市路政局道路建设工程项目管理中心，北京3.北京矿务局综合地质工程公司，北京摘234100031；2.北京华景交通新技术开发有限公司，北京100078；102300；4.北京紫玉山庄房地产开发有限公司，北京100012）要：文章结合工程实践，讨论了目前在大厚度自重湿陷性黄土地区的公路桩基设计方法中存在的不足，通过对使用现行建筑规范的设计方法及结合实际情况进行修正后的设计方法的比较，提出了在自重湿陷性黄土地区进行桩基设计时的一些建议，供类似工程设计时参考。关键词：桩基；负摩阻力；自重湿陷性黄土中图分类号：U44文献标识码：B我国西北地区是世界上最大的黄土分布区，在该地区进行公路桥梁桩基础设计时由于采用不同的设计规范，导致设计桩长差别较大，采用哪个规范以及如何与该地区实际地质状况相结合，合理确定桩长从而达到既安全又经济的效果是设计阶段最重要的一环。土。由于的黄土层比较厚，且上部的黄土较软弱，而其下埋有比较坚实的亚粘土层，初步设计时考虑桩基深基础方案：桩基穿越软弱的黄土层，以比较坚实的粘土层作为桩端直接持力层，该方案具有承载力高，受力明确，施工方便等优点。1工程概况天水至定西高速公路连接线项目起点位于甘肃省陇西县境内。陇西地区黄土厚度大，分布广泛，根据该段地质勘察报告，拟建公路分别位于黄土梁卯区和河流的高阶地，高阶地和黄土梁卯区湿陷性基本相近，湿陷等级一般为Ⅳ级（很严重）自重湿陷性场地。TD12合同段折枝沟1号中桥位于花鞋沟的高阶地，具体设计条件如下：上部采用3m×20m装配式预应力混凝土连续箱梁；下部采用柱式墩，墩柱柱径为1.40m，墩桩基直径1.50m；其中0号台为柱式台,桩基直径为1.30m；3号台为承台分离式桥台，桩基直径为1.20m。具体设计参数及桥型详见图1，工程地质参数见表1。表1主要地层岩性及参数表2根据建筑规范进行桩基设计根据《建筑桩基技术规范》(JGJ94-94)[3]，进行桩基计算时，当桩侧存在有可能自身沉降超过基桩沉降的土层时，应考虑桩侧负摩阻力。桩基设计中考虑负摩阻力的关键之一是确定中性点的深度，根据试验结果分析和有关文献建议，中性点的深度（至地面算起）：h1=0.77h3～1.0h3式中，h1为产生负摩阻力的深度；h3为桩侧软弱压缩层的总厚度。当桩底持力层较差时，可取h1=0.8h3；当桩底持力层为砂土时，可取h1=0.9h3；当桩底持力层为坚固土时，可取h1=1.0h3。本桥址处黄土层以下为半硬性亚粘土，h1取0.8h3，即h1=20m；汽车荷载等级采用公路-I级，冲刷深度取2.5m，桩顶轴力Ra≈4018kN，计算桩长为[1]折枝沟1号中桥桥址处有较厚的黄土，其中新黄土25m，湿陷等级为Ⅳ级，老黄土6.5m，为非湿陷性黄作者简介：陈运飞（1976-），男，河北邢台人，工程师，主要从事岩土工程勘察、基础工程咨询工作。2009年09期(总第57期)109桥隧工程qr=m0λ[[fa0]+K2r（）]2h-3m0=0.85λ=0.70γ2=18kN/m3k2=2.5h=40m[fa0]=260kNu=3.14×1.53≈4.8m(考虑成孔直径增大0.03m)Ap=0.25×3.14×1.52≈1.766m2qr=0.85×0.7×[260+2.5×18×(40-3)]≈1145.3kN/m2[Ra]=0.5×4.8×(20×(-15)+0×5+6.5×40+11×80)+1.766×1145.3≈4038.6kN>Ra=4018kN计算桩长L=20+5+6.5+11=42.5m等单位曾在西安韩森寨一带进行的管道漏水影响范围的试验，连续漏水23～153天，漏水量600～1400t，试验结果，最大浸湿范围为5.0～7.3m。同时用350mm的混凝土管做试验，漏水32天后，浸湿范围基本稳定，最大影响半径为5.0m[4，5]。基于以上原因，在该大厚度湿陷性黄土区桩基进行设计时对自重湿陷性黄土层厚度和桩侧摩阻力标准值进行了如下修正：自重湿陷性黄土层厚度≤10m部分，桩基设计时侧壁摩阻力依据勘察报告中所提供的桩侧摩阻力标准值进行设计，10～15m部分侧壁摩阻力取0，15～20m部分侧壁摩阻力取10kPa，20m至自重湿陷性黄土层底取20kPa。经修正后桩长计算如下：3经过对湿陷厚度修正后的桩基设计按照上面规范中桩长的设计是考虑黄土湿陷层全部浸透并处于饱和状态时的情况，但本桥的地勘报告提到桥址处未见地下水；根据桥址处地形，雨水可直接排到花鞋沟，排水非常顺畅；在本工程可研性报告中提到，陇西地区常年降雨量445.8mm，而蒸发量却达到1440mm，蒸发量相当于降雨量的3倍多，即便是发生大暴雨，雨水也无法浸透深厚的湿陷土层。根据宁夏回族自治区水电设计院地质勘测队对原固海老灌区地下水变化的大量调查发现，老灌区十多年来的灌溉运行并没有影响到地下水位的变化，且大量的灌溉水量仅仅只能引起地表10m范围内的土壤含水量发生变化，10m以下土层含水量保持在稳定状态。另据原建工部建筑科学研究院和西安市自来水公司1102009年09期(总第57期)qr=m0λ[[fa0]+K2r（）]2h-3m0=0.85λ=0.70r2=18kN/m3K2=2.5h=40m[fa0]=260kNu=3.14×1.53≈4.8m(考虑成孔直径增大0.03m)Ap=0.25×3.14×1.52≈1.766m2qr=0.85×0.7×[260+2.5×18×(40-3)]=1145.3kN/m2[Ra]=0.5×4.8×[10×(-15)+0×5+10×5+20×5+6.5×40+7.2×80]+1.766×1145.3≈4029.0kN>Ra=4018.0kN计算桩长L=20+5+6.5+7.2=38.7m,（下转第116页）桥隧工程发现铺装边部的压实度明显不足。洒布机的喷嘴开始喷洒时不均匀，也影响了施工的速度和质量。通过厦门天圆大桥桥面铺装施工的全过程，我们有如下体会：(1)实施施工的工程单位，首先队伍素质水平要高、材料准备充足、机械配备合理。（2）在桥面板防护和处理作业时,最好不应有其他工序交叉作业,以防止防腐作业面造成二次污染（如油污、烧伤等)。（3）桥面的防撞设施（安装柱、波纹板等)最好待桥面铺装完毕后施工,否则会影响边缘部分的铺筑效果（比如密实度等)，特殊部位的处理要精工细作。（4）洒布机的喷嘴最好改用圆形雾化型,并注意及时清洗以减少喷洒不均匀现象。参考文献：[11][1]黄卫，张晓春，胡光伟.大跨径钢桥面铺装理论与设计的研究进展.[8][9][10][5][6][7][2][3][4]东南大学学报(自然科学版)，2002，32(3)：480-487.!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!（上接第110页）通过对以上两种设计方法进行比较可知：按经过修正后的方法比按照建筑规范设计的桩长缩短了3.8m，在湿陷性黄土土层越厚的地区，按照此种方法计算的桩长越短，经济效益更明显。起来，综合考虑，在保证安全的前提下，采用经过修正的设计方法进行桩基设计，达到既经济又可靠的效果。本文提出在湿陷性黄土地区进行桩基设计的一些认识和建议，供公路工程设计师参考借鉴。参考文献：[1][2][3][4][5]王军平．对深厚湿陷性黄土地基处理的探讨.西北水电，20