[发明专利]黄土暗穴区桥梁桩基础横向承载力及修正系数计算方法

说明书

本发明公开了一种黄土暗穴区桥梁桩基础横向承载力及修正系数计算方法，通过实验测量并计算得到不同工况下的桥梁桩基础横向承载力修正系数，得到的修正系数可直接应用于相同工况下，将计算所得到的承载力乘以该修正系数后，其桩基础横向承载力更加接近黄土暗穴地区桥梁桩基础实际承载力，避免工程事故的发生率，经仿真模拟，利用该修正系数计算得到的桥梁桩基础横向承载力符合工程允许误差。考虑该修正系数以后，黄土暗穴桥梁桩基础横向承载力更加准确，在桩基础设计中可以提高设计的精度，减少了工程中不确定性因素带来的设计变更。

技术领域

本发明属于土木工程桥梁设计与施工技术领域，具体涉及黄土暗穴区桥梁桩基础横向承载力及修正系数计算方法。

背景技术

随着高速公路行业不断发展，桥梁在公路建设中作用日趋显著，桥梁桩基础是桥梁工程中主要的基础形式之一。桥梁上部荷载通过桩基础传递至地基中，桥梁桩基础承载力主要由桩侧摩阻力和桩端阻力共同提供，桩基础承载力根据其桩侧摩阻力分担多少分为摩擦桩和端承桩。当桩基础承载力主要由桩侧摩阻力提供时，此时称其为摩擦型桩基础，当桩基础1承载力主要由桩端阻力提供时，称其为端承桩。不论摩擦型桩基础还是端承桩当桩基础承受横向荷载时，其桩基础横向承载力由桩身和桩侧岩土体来共同提供。

对于地基条件完好的桥梁桩基础承载力，按照现有规范和相应桩基础承载力计算公式计算即可，但黄土由于其自身具有很强的湿陷性，在水流冲刷作用下容易形成黄土暗穴2，暗穴的存在使桩基础桩侧或桩端的桩周土3缺失，原本承载力较高的黄土地基，暗穴对桩基础承载力产生较大的影响，图1a图1b所示暗穴在桩基础1的一侧与桩基础水平向距离、桩基础1在桩基底部与桩基础横向距离对桥梁桩基础承载力均有不同的影响。但目前针对黄土暗穴地区桥梁桩基础承载力仍然没有具体的计算公式，依然按照常规桥梁桩基础横向承载力计算公式计算其桩基础承载力。

但是采用这种通用桥梁桩基础极限承载力计算公式计算黄土暗穴桥梁桩基础极限承载力，其承载力是不合实际的，通过该平地桥梁桩基础承载力计算公式求得的理论值存在如下缺点：

(1)求出的计算值比实际承载能力高，使黄土暗穴地区桥梁桩基础承载力安全系数降低，容易引起交通事故。

(2)对桥梁桩基础设计带来困难，根据传统通用桩基础承载力计算公式计算求得承载力偏高，没有一个相对准确的承载力值，在桥梁桩基础承载力设计过程中不便于桩基础设计。

(3)容易造成材料的浪费，增加设计和施工成本。在设计中根据常规公式计算得出承载力比实际的大，则究竟大多少没有一个相对准确值，设计人员则会为安全起见将桩基础尺寸、配筋等盲目增加，可能实际用不了那么多材料，容易造成工程成本增加。

发明内容

为了解决上述问题，本发明提供了一种黄土暗穴区桥梁桩基础横向承载力及修正系数计算方法，其桩基础横向承载力更加接近黄土暗穴地区桥梁桩基础实际承载力，避免工程事故的发生率。

为达到上述目的，本发明所述黄土暗穴区桥梁桩基础横向承载力修正系数的计算方法包括以下步骤：

步骤1、通过实验获得不同工况下，桩身周围无暗穴时的桩基横向极限承载力H₀和桩身周围有暗穴时的桥梁桩基横向极限承载力H_j，j＝1，2；计算桩基础承载力影响度α_Hj，当黄土暗穴在桥梁桩基础一侧时，桩基础横向极限承载力记为H₁；当黄土暗穴在桥梁桩基础底部时，桩基础横向承载力记为H₂；

步骤2、根据步骤1得到的桩基础承载力影响度α_Vj计算横向承载力修正系数ζ_Hj＝1-α_Hj。

进一步的，步骤1中，通过黄土洞穴地区桥梁桩基础离心模型试验，测量出以下工况下的桥梁桩基础竖向极限承载力：