[发明专利]一种高陡边坡桥梁嵌固基础的设计方法

说明书

一种高陡边坡桥梁嵌固基础的设计方法，以为嵌固基础的设计提供更为科学的设计依据，大幅提高嵌固基础的工程经济性。包括如下步骤：①初拟嵌固基础设计参数；②根据锚固点应力计算锚固面以下抗剪最不利高度侧向压力P₁；③计算锚固面以下最不利高度范围岩体抗剪能力T；④判断锚固面以下最不利高度岩体抗剪能力T是否大于锚固面以下最不利高度侧向压力P₁；⑤根据步骤④确定的嵌固基础度H计算嵌固基础的竖向容许承载力[P]；⑥按下式检算基础的竖向容许承载力[P]是否满足设计要求:[P]≥P+W；如不满足上式要求，则进一步加深嵌固基础长度H，重复步骤④和步骤⑤，直至满足设计要求为止。

技术领域

本发明涉及土木工程，特别涉及一种高陡边坡桥梁嵌固基础的设计方法。

背景技术

嵌固式基础为嵌固于岩石地基中的独立基础，在地质条件较好的情况下具有施工方便，开挖方量少，对环境影响小等特点。参照图1和图2，与桩基础和明挖基础相比，开挖面积远小于承台或明挖基础面积，对山体破坏较小，与自然环境协调好。尤其是岩石较好的高陡边坡上，不适宜采用明挖基础，而桩基础承台要埋入地面以下就要对靠山侧土体放坡开挖，造成大面积山体破坏。

嵌固基础在电力行业应用较多，在桥梁工程上应用较少，电力塔架嵌固基础尺寸一般较小。嵌固基础在西部山区部分桥梁工程中得到应用，如渝怀铁路黄草乌江特大桥2号主墩、重庆东环线明月峡长江大桥1号墩基础等。这些工程地形相对平坦，嵌固基础的设计多采用常规桩基础设计方法。但对于陡峭边坡上的嵌固基础则不适用，主要难点是如何界定有效锚固点的位置，如何确定桩基的安全襟边宽度，有效锚固点以上部分的受力模式等。

现行《铁路桥梁钻(挖)孔桩基础设计一般规定》中规定“一般情况下，锚固点最外侧距稳定岩面的最小水平距离按以下规定确定：(1)弱风化的硬质岩取1.5～2倍桩身直径且不小于3m；(2)强风化的硬质岩和弱风化的软质岩取2.5倍桩身直径且不小于4m。”如按照上述规定，对于15m左右直径的嵌岩基础，其锚固点距边坡边缘的距离要30m以上，就过于保守，且不够科学，导致工程经济性较差，应该与岩石的力学特性及桩基的受力情况相匹配。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种高陡边坡桥梁嵌固基础的设计方法，以为嵌固基础的设计提供更为科学的设计依据，大幅提高嵌固基础的工程经济性。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案如下：

本发明的一种高陡边坡桥梁嵌固基础的设计方法，包括如下步骤：

①初拟嵌固基础设计参数，嵌固基础最小长度H₀＝H₁+H₂+h，按下式确定最小嵌固深度h：

M＝M₀+F(H₁+H₂)-τ×H₂×d₁×H₂/2

式中，M为基础下端锚固点处的弯矩；b为垂直于弯矩作用平面的嵌固基础边长，d₁为嵌固基础宽度；H₁为自由段长度；H₂为侧壁摩阻段长度；τ为嵌固基础混凝土与岩石的容许摩阻力；K为根据岩层构造在水平方向的岩石容许压力换算系数，取0.5～1.0；R为岩石饱和单轴抗压强度；F为基础顶面水平力；M₀为基础顶面的弯矩；

②根据锚固点应力计算锚固面以下抗剪最不利高度侧向压力P₁：

P₁＝σ×d₁×h₃

式中，σ为锚固点应力；h₃为最不利抗剪区高度，按最小嵌固深度h的1/4取值；