基桩缺陷对基桩承载力影响的研究

基桩缺陷对基桩承载力影响的研究

黄钢

黄钢

湖南省第六工程有限公司湖南长沙410015湖南科创高新工程检测有限公司湖南长沙410004

摘要：基桩施工属于地下隐蔽性工程，影响其质量的因素较多，严重时甚至影响到上部结构的安全，造成无法挽回的生命财产损失。

关键词：基桩；缺陷；承载力

1引言

桩基础是工程中最为常见的深基础，广泛应用于桥梁及建筑工程建设中，由设置于岩土中的桩和桩顶连接的承台共同组成的基础，桩与承台下地基土共同承担上部荷载，形成复合承载基桩。其功能是通过杆件的侧壁摩阻力和端阻力将上部结构荷载传递到深处的地基上。按照承载力分担形式的不同，主要分为摩擦桩、端承摩擦桩、端承桩及摩擦端承桩四种桩基。基于基桩施工的隐蔽性，基桩的开挖成孔、钢筋笼下放、混凝土浇筑等过程均易受地质条件、施工人员操作水平、地下水变化等影响，未及时发现并采取合理补救措施，易形成各种问题桩。

2工程概况

某大桥为4×30ｍ装配式预应力混凝土Ｔ梁桥，先简支后连续，桥梁全宽7.8ｍ，全长128ｍ。两岸桥台采用肋板式桥台，桩基础，每个桥台承台底设置直径1.2ｍ基桩４根，单根桩长22.5ｍ。该工程墩台基桩施工完成后经检测单位采用声波透射法对基桩完整性进行检测发现，终点岸桥台4-4号基桩桩身完整性类别属于Ⅲ类，桩底1.5ｍ范围段波形严重畸变，该段基桩有严重缺陷。

3基桩竖向承载力验算

由于终点岸桥台4-4基桩存在严重缺陷，其承载力必然受到一定影响，故需对其进行承载力验算。首先拟采用《桥梁博士》对大桥桥梁上部结构建立相应平面杆系模型，并采用空间有限元软件Midas对４号桥台建立相应三维有限元实体模型，进而得到相应承台底以上桥梁结构对4-4号基桩的作用力，从而对大桥4-4号基桩承载力进行相关计算分析，通过以上分析进而验证大桥4-4号基桩的安全性是否满足规范要求。

3.1计算模型

大桥两岸桥台支座均采用四氟滑板式橡胶支座，故上部桥梁结构通过支座对桥台的作用仅为竖向力作用，而无水平力和弯矩等作用。现采用《桥梁博士》对大桥桥梁上部结构建立相应平面杆系模型，通过有限元分析计算，得到４号桥台上相应三支座的支承反力。采用空间有限元软件Midas建立大桥４号桥台三维有限元空间实体模型（不包括基桩，通过在承台底与基桩连接处施加全约束模拟相关作用），并采用大型有限元软件ANSYS进行校核，如图１所示。其中，假定基桩顶不发生位移，通过在承台底与基桩连接处施加全约束边界条件，用于模拟获得承台底以上桥梁结构作用于基桩顶力的大小；同时假定承台底以上所有荷载均由基桩承受，即地基对４号桥台除基桩外其它构件均无约束作用。

计算荷载按照现行有关标准规范计入桥梁上部结构恒载、汽车荷载（考虑汽车荷载冲击系数的影响）、温度荷载、支座沉降及混凝土收缩、徐变等

作用。通过计算分析得出，荷载效应标准值组合作用下，4号桥台上支座支承反力如表１所示。

3.2基桩竖向承载力验算

由于4-4号基桩底部1.5m范围段有严重缺陷，通过该段基桩所承受桥梁结构荷载作用力大小将难以把握，因此，在对4-4号基桩进行承载力验算时，对该段基桩所起作用将不予以考虑，故对4-4号基桩将只对桩底1.5m以上基桩部分按摩擦桩进行承载力验算。大桥4-4号基桩地质柱状图如图３所示。

对4-4号基桩承载力按摩擦桩进行计算，而不计存在缺陷的桩底1.5m段基桩的桩侧阻力和桩底桩端阻力作用。根据《公路桥涵地基与基础设计规范》（JTGD63-2007）：摩擦桩－钻（挖）孔灌注桩单桩轴向受压承载力容许值［Ｒａ］，可按下列公式计算：［Ｒａ］=１２ｕ∑ｎｉ=１ｑｉｋｌｉ+Ａｐｑｒ（３）ｑｒ=m０λ［［ｆａ０］+ｋ２γ２（ｈ-３）］（４）由于不考虑基桩底部1.5m范围段对整个基桩承载力的贡献，故桩端处承载力容许值ｑｒ和该段基桩桩侧摩阻力均为０。

［Ｒａ］＝0.5×3.14×1.2×（50×5.8+46×5.2+37×5+60×5）+0＝1910kN。根据3.2节中计算结果，承台底以上桥梁结构作用至4-4号基桩顶的竖向作用力为：N=2667.5kN；

因此，4-4号基桩承载力安全系数为：K=［Ｒａ］N=191026675=0.715＜1。

综上，在不考虑大桥４号桥台4-4基桩桩底1.5m严重缺陷段桩侧摩阻力和桩端阻力对整个基桩所提供承载力的情况下，该基桩剩余部分可提供承载力远小于桩顶竖向荷载，相应承载力安全系数为0.715，必须采取可靠的工程补救措施。

4结语

桥梁基桩经过检测根据桩身完整性类别，对Ⅱ类及低于Ⅱ类的基桩，可根据需要，综合分析造成不完整基桩的原因。对于承载力受到影响的问题桩，应对其进行承载力验算，根据验算结果以明确其承载力是否满足规范要求。

参考文献：

[1]JTGD63-2007，公路桥涵地基与基础设计规范［Ｓ］．

[2]JTGD60-2015，公路桥涵设计通用规范［Ｓ］