[发明专利]下伏岩溶发育区桥梁桩基竖向极限承载力计算方法

说明书

本发明公开了下伏岩溶发育区桥梁桩基竖向极限承载力计算方法，基于数值模拟的结果，针对常用的经验公式法中的嵌岩灌注桩极限承载力计算公式，提出考虑溶洞高度、跨度及顶板厚度变化条件下，对桩基础的端阻力进行修正，最终得到修正后的下伏岩溶发育区桥梁桩基础竖向极限承载力。利用本发明计算下伏岩溶发育区桥梁桩基础竖向极限承载力的准确性与适用性强；同时，该方法可以应用于不同下伏岩溶高度、跨度及顶板厚度的情况，能解决岩溶区桥梁桩基承载力计算的难题，计算结果准确可靠。

技术领域

本发明属于岩土工程桥梁桩基础的设计与施工技术领域，具体涉及下伏岩溶发育区桥梁桩基竖向极限承载力计算方法。

背景技术

随着我国交通建设的快速发展，公路桥梁不可避免的穿越岩溶发育区。而桥梁桩基础的作用是将上部荷载传至地下较深处承载性能好的土层，以满足承载力和沉降的要求。桩基础既能承受竖直荷载、水平荷载，也能抵抗上拔荷载、承受振动荷载，其中竖直荷载下桩基竖向承载力主要由桩侧摩阻力和桩端阻力共同提供。目前，对于竖向极限承载力的计算方法主要有理论计算法、静载试验法和经验公式法。

岩溶发育区的特殊地质条件给桥梁桩基础设计和施工带来了诸多不确定因素，而下伏溶洞的存在使公路桥梁桩基础出现承载力不足等问题，甚至造成桩身质量缺陷，引起安全隐患。

其中下伏溶洞尺寸和顶板厚度是工程设计中显著影响桩基础竖向承载力的关键因素，至今很少有针对下伏溶洞尺寸和顶板厚度对下伏岩溶桩基础竖向承载特性的影响进行研究，故而引起了一系列问题：①桥梁桩基础产生变位、倾斜及特殊位置应力集中现象，将影响桩基础的正常工作；②下伏溶洞不同尺寸、顶板厚度对桩基础竖向承载力的影响程度不同，在工程设计与施工阶段，未充分考虑不同影响因素对桩基础竖向承载力的影响；③现行设计技术规范缺少具有针对性的下伏岩溶发育区桥梁桩基础设计方法及参数取值，桥梁桩基础设计计算时常与实际受力不符，致使桥梁结构存在一定安全隐患。

下伏岩溶的存在严重威胁桥梁桩基础的稳定性与承载特性，影响桩基础的正常工作，而在实际工程中，采用现有的技术规范及规程设计时往往与下伏岩溶发育区桩基础的实际受力不符，极易造成桥梁桩基础工程造价的大量浪费和桥梁运营期间的安全隐患。

发明内容

本发明提供了下伏岩溶发育区桥梁桩基竖向极限承载力计算方法，对现有规范中未能准确反映下伏岩溶发育区桥梁桩基础在竖向荷载作用下的极限承载力计算方法进行补充完善。

为达到上述目的，本发明所述下伏岩溶发育区桥梁桩基竖向极限承载力计算方法，对下伏溶洞不同高度、跨度及顶板厚度下的桥梁桩基础竖向承载力进行数值模拟，得到下伏溶洞不同高度、跨度及顶板厚度下的桥梁桩基础竖向承载力，根据得到的桥梁桩基础竖向承载力对桩端阻力进行修正，根据修正后的桩端阻力计算桥梁桩基础竖向承载力。

进一步的，包括以下步骤：

步骤1、选取桩基基本参数桩长、桩径和桩基础嵌入岩层深度，针对不同下伏溶洞高度、跨度及顶板厚度对桥梁桩基础竖向承载特性的影响进行数值模拟分析，得到下伏溶洞不同高度、跨度及顶板厚度对桥梁桩基础竖向承载力；

步骤2、根据步骤1得到的下伏溶洞不同高度、跨度及顶板厚度对桥梁桩基础竖向承载力计算下伏溶洞高度下的桩端阻力修正系数m₁，各溶洞跨度对应的桩端阻力修正系数m₂，以及顶板厚度下的桩端阻力修正系数m₃；

步骤3、根据修正系数m₁，m₂和m₃修正桩端阻力，根据修正后的桩端阻力计算下伏岩溶发育区桥梁单桩竖向极限承载力。

进一步的，步骤3中，根据公式(1)计算下伏岩溶发育区桥梁单桩竖向极限承载力，