1不等长和不等径桩及不对称桩群桩刚度计算

对于等长等径且对称的群桩，每根桩的刚度一样，群桩的刚度中心和群桩的形心位置重合;当存在不等长桩、不等径桩或不对称桩时，群桩中各桩的刚度会不相等，刚度中心和形心位置偏离。对于这种情况，仍然可以使用m值法计算单桩分配力，只是使用前，需要重新计算群桩的刚度中心，得出每根桩相对于刚度中心的x、y坐标，然后参与m值法计算，刚度中心的计算步骤为:计算各桩的刚度ρ1式(1)中各参数的含义参见《规范》，不等长桩的h值不同，C0A0可能不同，不等径桩的A值不同。计算群桩刚度中心的x坐标x0如图1所示，设各桩的刚度为ρ11，ρ21，各桩到1号桩沿x坐标的距离为。同理可以计算y0。3单桩水平承载力的计算单桩水平承载力的计算可以参照JGJ94－2008《建筑桩基技术规范》第5．7．2条的有关规定，当桩身配筋率小于0.65%的灌注桩的单桩水平承载力为Rha=0．75αγmftW0νM(1.25+22ρg)1±ζNNkγmftA[]n(2)式中:α桩的水平变形系数，按《规范》确定;Rha单桩水平承载力，±号根据桩顶竖向力性质确定;γm桩截面模量塑性系数，圆形截面γm=2，矩形截面γm=1.75;ft桩身混凝土抗拉强度设计值;W0桩身换算截面受拉边缘的截面模量，圆形截面为:W0=(πd/32)［d2+2(αE－1)ρgd02］，方形截面为:W0=(b/6)［b2+2(αE－1)ρgb02］，其中d为桩直径，d0为扣除保护层厚度的桩直径;b为方形截面边长，b0为扣除保护层厚度的桩截面宽度;αE为钢筋弹性模量与混凝土弹性模量的比值;νM桩身最大弯矩系数，参考《建筑桩基技术规范》，按表1取值，当单桩基础和单排桩基纵向轴线与水平方向相垂直时，按桩顶铰接考虑;ρg桩身配筋率;An桩身换算截面积，圆形截面An=(πd2/4)［1+(αE－1)ρg］，方形截面An=b2［1+(αE－1)ρg］;ξN桩顶竖向力影响系数，竖向压力取0.5，竖向拉力取1.0;Nk桩顶的竖向力(kN)。当桩的水平承载力由水平位移控制，可按式估算桩身配筋率不小于0.65%的灌注桩的单桩水平承载力:Rha=0．75α3EIνxχ0a式中:EI桩身抗弯刚度。对于钢筋混凝土桩，EI=0．85EcI0;其中Ec为混凝土弹性模量，I0为桩身换算截面惯性矩;圆形截面为I0=W0d0/2;矩形截面I0=W0b0/2;χ0a桩顶允许水平位移;νx桩顶水平位移系数，按取值。取值方法同νM。

2不良地质情况桩基计算

在遇到不良地质情况时，采用《规范》方法计算桩基，应注意参数的取值，具体如下。陡坡处自由桩长计算陡坡上桥梁墩台基础受力有别于平原区。陡坡地区相邻墩台间地面高差较大，承台下桩身侧面由于受其它墩台的刷方影响，桩侧土体已不能提供足够的土抗力及有效的摩阻力，桩基计算时需考虑一定长度的自由桩长保证桥梁的安全，计算方法如所示。其中φ为土的内摩擦角，β=45°－φ/2，L=2．5/α，计算得自由桩长L0。近陡坡侧桩身至刷坡线的水平距离为d，当d取值在10～15倍桩径时，对应的自由桩长L''''0。最后自由桩长的取值为max{L0，L''''0}4．2湿陷性黄土摩阻力取值湿陷性黄土地基受水浸湿后，其物理力学性质随之改变，在土的自重或附加荷重的作用下，将发生突然沉陷现象，计算时应考虑地下水位变动区湿陷性黄土的负摩阻力和水平地基比例系数的调整根据某线实验报告)，湿陷性黄土的负摩阻力不与地震力组合。地震液化土层力学指标的折减在地震期间，桩基不但要承受原有的竖向荷载，而且还要承受地震作用产生的新增荷载。然而土层的液化又使得承载力大大降低，故对液化土的桩周摩阻力及桩水平抗力进行折减，折减原则见《铁路工程抗震设计规范》C．0．1。在主震后的一段时间内，土层液化使得桩基摩擦力大大减少，甚至丧失殆尽。此时，桩基验算应将液化土层的摩擦力和水平抗力均按零考虑。此段时间内还有可能发生余震，为使设计偏于安全，应考虑部分地震作用，可参照《建筑抗震设计规范》中规定，地震后地震作用按地震影响系数最大值αmax的10%取用，再加上静力荷载进行计算。岩溶区桩端顶板安全厚度的计算，按弯矩控制估算当溶洞顶板岩层比较完整、层理较厚、强度较高、溶洞跨度大时(大于3倍直径)，弯矩是主要控制条件，可按梁板受力情况计算，最小设计持力层板厚为:H=［6M/(q［σ］)］0．5(4)式中:q溶洞顶板自重加上覆盖土层均布荷载(kN/m);［σ］取灰岩1/10容许抗压强度(MPa);M弯矩。根据顶板岩石的完整性，分别按简支梁、悬臂梁和固端梁3种情况计算:当溶洞顶板四周完整，桩基基地(即溶洞顶板跨中)有裂缝，按悬臂梁计算:M=ql2/2+pl(5)(2)当溶洞顶板四周有裂缝，桩基基地(即溶洞顶板跨中)完整，按简支梁计算:M=ql2/8+pl/4当溶洞顶板均完整时，按固端梁计算:M=ql2/12+0．7pl/4(7)式中:p桩尖对溶洞顶板的集中作用力。当桩底设置在第二层溶洞以下时，不考虑覆盖土层均布荷载作用产生的弯矩。对于固端梁，集中弯矩按0.7倍得简支梁计算。按剪切应力控制估算当溶洞顶板岩层完整、岩体强度高但洞跨较小时(小于3倍桩径)，抗剪切力是溶洞顶板破坏的主要控制条件:H=(q+p)/(τl)(8)式中:q溶洞顶板自重加上覆盖土层均布荷载(kN/m);p桩尖对溶洞顶板的集中力(kN);τ对于灰岩取1/12容许抗压强度(MPa);l溶洞平面周长(m)。根据以上2种力学模式计算，考虑安全系数后，决定采用3m和4m微风化完整顶板，作为桩基终孔最小控制溶洞顶板厚度。置于岩溶地区溶槽或溶沟处的桩基础，当桩穿过溶槽、溶沟内的填充土支立于溶槽底面或溶沟底面的岩层上的时候，可按支立于一般岩层上的柱桩分析方法进行内力分析。如果溶洞顶板很薄，而溶洞内的底面很深，且洞内填充土密实稳定，具有足够强度，则桩底可穿过溶洞的顶板置于溶洞内的填充土层内而不置于溶洞的底板上，桩基可按摩擦桩设计。

3结束语

推导出不等长桩、不等径桩、不对称桩的计算方法，在岩溶区和补桩设计中应用较多，较好地解决了实际问题。在山区铁路，地面起伏较大，不可避免地将桥墩设在上坡上，造成较大的水平力，需要验算桩基的水平承载力。借用《建筑桩基技术规范》中的有关规定能弥补《铁路桥梁地基和基础设计规范》的不足。各种不良地质情况下，桩基计算参数有的需要折减、有的需要增加，使得最大限度地模拟实际情况，这里面不乏经验参数，需要认真总结。

作者：高欣梅单位：铁道第三勘察设计院集团有限公司