軟土地基中負摩阻影響下樁基承載力的簡化計算

沈利棟 劉 承

(1.寧波正信檢測科技有限公司，浙江 寧波 315177； 2.杭州市交通規劃設計研究院，浙江 杭州 310000)

0 引言

樁基作為橋梁工程中一種重要的深基礎，相對于擴大基礎，其適用范圍更廣。軟土地基中負摩阻對樁基的承載力的影響計算在《建筑地基基礎設計規范》[2]與《公路橋涵地基與基礎設計規范》[5]中有規定：持力層在黏性土、粉土中，中性軸深度比為0.5～0.6；持力層在中密以上砂中，為0.7～0.8；持力層在礫石和卵石中，為0.9；持力層在基巖中，為1。但該規范僅考慮持力層這一參數，對樁頂力、周邊堆載等參數均未涉及，且在負摩阻作用下樁基的沉降也未提出計算公式。文獻[3]對樁基的負摩阻提出了理論計算過程，但樁基沉降未涉及。

本文以汕梅高速公路段下穿泰山路跨線橋及泰山路互通立交橋的北延建設工程為背景，充分考慮了下穿道路作為后期堆載荷載，并考慮現有橋梁樁頂力對軟土地基中的樁基的承載力影響。

1 工程概況

汕梅高速公路汕頭至揭陽段第二合同段橋梁結構部分由泰山路跨線橋、泰山路互通立交橋以及梅溪河特大橋組成，其中泰山路北延建設工程下穿泰山路跨線橋及泰山路互通立交橋。橋梁上部結構均為預應力混凝土連續箱梁，采用逐孔支架現澆的施工方法；下部構造采用樁柱式形式：圓柱墩、鉆孔灌注樁基礎。

項目原設計時已經考慮了泰山路延長線規劃，預留下穿空間。但下穿高速路段因受現有橋梁高度限制，不能采用水泥攪拌樁施工機械進行軟基處理，設計上采用了泡沫輕質土進行軟基處理及路基填筑，厚度平均為1.7 m(1.5 m～2.0 m)，處理方案平面及斷面如圖1所示。

場地地質條件復雜，施工場地存在很厚的軟土層，其鉆孔柱狀圖如圖2所示。

需對泰山路北延工程下穿汕揭高速段在施工過程及投入運營之后對汕揭高速橋墩的安全性進行驗算，主要驗算內容為：輕質土換填施工過程中汕揭高速泰山路跨線橋26號、27號墩樁基承載力及沉降驗算。

2 計算理論及過程

樁基的沉降和承載力的計算分以下5個步驟，每個步驟有相應的計算規范和原理。

2)先假定中性點的位置，距離樁頂的深度為ln。

5)比較Sd與Sg:

若Sd

設計荷載及計算樁描述：

Z27b樁徑1.6 m，樁長77.8 m，樁頂力6 205 kN；SM11a樁徑1.6 m，樁長71.8 m，樁頂力5 687 kN。

換填輕質土的重度7 kN/m3，普通土的重度20 kN/m3，換填深度1.5 m～2 m，取1.5 m，路面層厚80 cm，重度24 kN/m3。

恒載產生的路面均布堆載：1.5×(7-20)+0.8×24=-0.3 kN/m。

路面為雙向六車道，公路一級車輛荷載計算，車輛荷載經80 cm厚的面層擴散至樁頂所在的土層，擴散范圍順路向無窮大，橫路向0.8+(1.8+1.3+1.8+1.3+1.8)+0.8=9.6 m。

活載產生的均布堆載：3×550×0.78/(9.6×15)=8.93 kN/m2。

3 計算結果及其分析

由于補鉆孔深度未達到樁頂，故樁底土層性質不明確，現分兩種情況進行討論計算，分別為樁底為中砂層與粘土層。綜上，各樁基的承載力和沉降狀況如表1所示。

表1 樁基的承載力和沉降狀況

由表1知：樁端底土類型為中砂時，中性點深度與樁長比為37/77.8=0.47，39.4/71.8=0.55；樁端底土類型為亞粘土時，中性點深度與樁長比為8.98/77.8=0.11，10.34/71.8=0.14。與規范值比較，規范值小。

樁端底土類型為中砂時,承載力不滿足，沉降差過大；樁端底土類型為亞粘土時，承載力滿足，沉降差過大。但樁端底土類型為亞粘土時，沉降差更大。

綜上，沉降差已遠超設計容許的沉降差8 mm，上跨結構都是超靜定的連續梁以及超靜定蓋梁，對樁基沉降敏感，建議加大0.7 m的換填深度。

4 結語

通過以上計算分析可得以下結論：規范規定的中性軸深度為保守計算，在經濟條件允許的情況下可以估算輕質土換填深度。但在經濟條件不允許的情況下，還需要綜合樁頂力、樁周圍堆載及樁端持力層特性計算分析。

參考文獻：

[1] JGJ 94—2008，建筑樁基技術規范[S].

[2] GB 50007—2011，建筑地基基礎設計規范[S].

[3] 肖俊華，袁聚云，趙錫宏.樁基負摩擦力的計算[M].北京：科學出版社，2009.

[4] 趙錫宏,張啟輝,張寶良.承受負摩擦力的樁基沉降計算的迭代法[J].巖土力學學報，1999,20(2):17-21.

[5] JTG D63—2007，公路橋涵地基及基礎設計規范[S].