斜坡地區大直徑橋梁樁基豎向承載問題研究

潘忠平

(貴州省公路工程集團有限公司，貴州 貴陽 550000)

斜坡地區大直徑橋梁樁基豎向承載問題研究

潘忠平

(貴州省公路工程集團有限公司，貴州 貴陽 550000)

室內模型研究方式，從三個方面研究了斜坡地區大直徑橋梁樁基豎直承載問題，隨后提出了實際情況下樁基的有效樁長計算及相關技術建議。

斜坡地區；大直徑橋梁；樁基；豎向承載

1 斜坡地區大直徑橋梁樁基豎向承載問題分析

1.1 斜坡地區大直徑橋梁樁基最大承載力變化研究

隨著斜坡坡度發生相應的變化，100 cm長樁基所呈現的P-SV曲線變化，具體情況見圖1。

基于上圖結果顯示，某固定的豎向承載作用，樁頂位移因為斜坡坡度的增加持續增大。當位移為10 mm時，相應的承載可看做是樁基最大承載力P，基于上圖的內容們可以計算出不同坡度所對應的承載力成果。用αv表示斜坡地區斜度變化下的樁基承載力承受的影響度，其公式為αv=(P0-P)/P0，公式中的P0代表的是平坡狀態下的樁基豎向最大承載力。其結果顯示，由于坡度不斷增加，實際承載力影響度αv呈現持續增大的現狀，當斜度實際度數從30°～90°之間變換時，影響度的變化從7.29%直接增長至35.75%，表明坡度增加對樁側阻力的傳遞效應的影響具備直接性，樁基承載力因坡度增加呈現一定程度上的降低。由于坡度增大，最大承載受力坡度具備極大的影響力。

圖1 斜坡地區坡度變化下的P-SV曲線變化

基于坡度增長狀態下斜坡最大承載力與平坡承載力的比較折減系數可以了解到，坡度處于0～30°間進行轉變的過程中，承載力實際下滑的程度不具備顯著性，當實際斜度為90°，其承載力的下滑程度僅占平坡樁基的64%，這就直接表明大直徑樁基在設計過程中，需要明確樁基功能受坡度轉變所產生的影響。

1.2 斜坡地區大直徑橋梁樁基豎向承載作用下的軸力傳遞規律研究

基于1.25 kN豎向承載作用，研究樁基埋置深度與斜坡坡度之間的實際變化，其主要規律如圖2內容所示。

圖2 100 cm樁長隨坡度變化自身軸力分布結果

結合圖2的結果可知，平坡狀態下(0°)樁身軸力變化呈現最大幅度；隨著坡度不斷增加，樁身自身承載力的變化愈小；當坡度為90°時，樁身承載力最小。針對其軸力變化情況而言，結果曲線的外側相較內側曲線陡峭，外側曲線自身斜率值遠大于內側曲線斜率，直接表明斜坡外側土體本身缺失較為嚴重，有效樁長持續減少，從而一定程度上削弱了斜坡外側一定程度上的巖土體外側摩阻力。對于建設過程而言，當樁頂至50 mm埋置身處時，該狀態下樁身所處的軸力受到斜坡坡度影響非常小，當埋置深度達到230mm時，隨著坡度不斷增加，樁身軸力自身影響度也會不但增加，同時不同坡度的影響程度也會進一步增加。這一結果直接表明，隨著坡度不斷增加，土體流失也會不斷增加，從樁頂至樁端而言，樁側摩阻力也會遭受一定的影響。所以當樁基礎建設位置選擇部位存在很大坡度時，為了確保該樁基在實際應用過程中具備安全性與穩定性，需要提前完善相應的保護措施。

1.3 斜坡地區大直徑橋梁樁基豎向承載下的側摩阻力變化規律研究

對于斜坡區域的大直徑橋梁樁基而言，基于相同樁長及承載力，斜坡坡度不同的部位所安置的樁基側摩阻力，會直接因為坡度的變化產生相應的變化，且這一變化規律存在相似性。根據本次實驗情況顯示，100 cm長度下的樁基，承受1.25 kN的豎向承載作用，其樁基側邊的摩阻力因為坡度所發生的變化規律，如圖3所示。

圖3 100 cm長、1.25 kN豎向承載力下樁側摩阻力隨坡度影響結果圖

從圖3可以了解到，由于坡度不斷增加，樁側摩阻力呈現持續減少的狀態，因此樁端阻力所占據的最大承載力比例不斷增加。當其斜坡度達到90度時，樁端阻力所占比率呈現最大狀態。從樁頂到妝笛，外側及內側豎向承載力較低，會先增加之后出現減小。這一結果表明樁側土體損失嚴重，側摩阻力具備不對稱性擴散，直接導致該摩阻力不能全部發揮出來。當實際斜坡距離在穩定性距離數值之下時，樁周圍土體可以看成一個半無限體，從而使外側摩阻力完全發揮出來，促使其與內側摩阻力存在相似性。

2 斜坡地區大直徑橋梁樁基承載下有效樁長的明確及相關技術建議

基于上文的有關分析結果顯示，在樁頂之下，某固定距離下是斜坡失效樁長，該區域范圍之內，外側摩阻力實際作用較小，相較內側摩阻力而言，甚至可以完全忽略。處于斜坡失效樁長下直至樁端范圍，外側摩阻力漸漸能完全發揮出來，該范圍就稱之為斜坡有效樁長。結合室內試驗成果研究了解到，在同一個坡度之下，由于樁長不斷增加，失效的樁長不會產生顯著性變化，可將其看做一個定值。通過研究發現，斜坡地段大直徑起那個良樁基的失效樁長與斜坡坡度沒有直接關聯，與樁長沒有任何關聯性。

針對文章的研究結果，結合室內模型試驗結果，針對斜坡地區橋梁建設提出下述建議：當區域坡度在30°之下時，可以直接忽略樁基承載在坡度方面的影響；當樁基所構建位置坡度在30°～75°之間時，實際樁基設計過程中，可以通過對樁長的調整來增加承載力；當坡度超過75°之后，需要基于斜坡外側土體的實際情況以及其與樁基之間距離的變化實現樁基承載問題的研究。此外當樁基安置于坡度較大的部位時，應該優先選擇與坡邊距離較遠的部位，促使樁基承載力能夠完全發揮出來；當其受到地形環境等影響之后，可以選擇增加樁長。

[1] 趙明華,尹平保,楊明輝,等.高陡斜坡上橋梁樁基受力特性及影響因素分析[J].中南大學學報(自然科學版)，2016，(7):45-49.

[2] 程劉勇,陳善雄,余飛,等.豎向荷載下斜坡樁基承載力及影響因素數值研究[J].科學技術與工程，2015，(18):12-14.

[3] 陳鵬,李文華,范濤,等.土體沖刷對橋梁樁基影響的三維差分模擬計算分析[J].山東科技大學學報(自然科學版)，2015，(4):102-108.

2016-10-29

潘忠平(1987-)，男，貴州黃平人，助理工程師。

U442

：C

：1008-3383(2017)06-0109-02