斜坡樁基礎(chǔ)自由段樁長(zhǎng)的確定方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明設(shè)及橋梁設(shè)計(jì)領(lǐng)域，特別是設(shè)及一種橋梁粧基礎(chǔ)置于斜坡上時(shí)粧基礎(chǔ)自由 段粧長(zhǎng)的確定方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 在我國(guó)現(xiàn)行的鐵路橋梁設(shè)計(jì)規(guī)范中，對(duì)粧基礎(chǔ)頂部承受側(cè)向外力(橫向力和力矩） 的粧身內(nèi)力計(jì)算均采取粧側(cè)±體地基系數(shù)沿深度呈直線增長(zhǎng)的假定進(jìn)行分析，并依據(jù)彈性 地基梁模型來(lái)計(jì)算粧身內(nèi)力。一般情況下，在進(jìn)行粧身變位（側(cè)向位移和轉(zhuǎn)角）、粧身內(nèi)力 (彎矩和剪力）和粧側(cè)±的應(yīng)力分析時(shí)，假定±體為彈性介質(zhì)，計(jì)算中不考慮粧與±之間的 粘著力和摩擦力。需要指出的是，若粧基礎(chǔ)設(shè)置于斜坡上，按照傳統(tǒng)方法計(jì)算粧身內(nèi)力，需 要事前人為假定一個(gè)自由段長(zhǎng)度，并將自由段W下的粧體套用彈性地基梁模型進(jìn)行內(nèi)力計(jì) 算。因此，粧基礎(chǔ)自由段長(zhǎng)度取值的大小直接影響斜坡上粧基的內(nèi)力配筋和設(shè)計(jì)粧長(zhǎng)，關(guān)系 到斜坡橋梁設(shè)計(jì)的安全性和經(jīng)濟(jì)性。由于現(xiàn)有規(guī)范對(duì)斜坡上粧基礎(chǔ)自由段粧長(zhǎng)的取值未給 出明確具體的建議，且現(xiàn)有文獻(xiàn)中自由粧長(zhǎng)的計(jì)算大多未考慮粧前模形巖±體受到的重力 和拉力，有些方法甚至將粧前模形巖±體視為平面模型進(jìn)行計(jì)算，造成斜坡粧基礎(chǔ)自由段 粧長(zhǎng)計(jì)算可靠性不足，計(jì)算精度無(wú)法滿足斜坡粧基礎(chǔ)的設(shè)計(jì)要求，斜坡粧基礎(chǔ)工程安全性、 經(jīng)濟(jì)性得不到有效保障。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 本發(fā)明要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供一種可靠性和精度較高的斜坡粧基礎(chǔ)自由段粧 長(zhǎng)的確定方法。
[0004] 為此，本發(fā)明的技術(shù)方案如下：
[0005] -種斜坡粧基礎(chǔ)自由段粧長(zhǎng)的確定方法，包括W下步驟：
[0006] S1:計(jì)算破裂面與水平面的夾角和粧前模形體換算寬度。具體為：
[0007] 確定破裂面與水平面之間的夾角爲(wèi)=45°-^/2,式中：界為粧前模形巖±體的內(nèi) 摩擦角；
[000引確定粧前模形體換算寬度Bp =化，式中:b為粧基等效寬度。
[0009] S2:擬定自由段粧長(zhǎng)計(jì)算初始值，在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，設(shè)定自由段粧長(zhǎng)計(jì)算 初始值y〇=〇. Im。
[0010] S3:分析粧前模形巖±體的幾何特征值和其所受到的外力，具體包括：
[0011] 計(jì)算側(cè)向擴(kuò)展寬度：
[0012]
[0013] 式中:α為斜坡面與水平面之間的夾角；
[0014] 計(jì)算模形體剖面面積：
[0015]
[0016] 計(jì)算粧前模形巖±體受到的重力：
[0017]
[0018] 式中：丫為粧前模形巖±體的重度；
[0019] 計(jì)算模形體基底的粘結(jié)力：
[0020]
[0021] 式中：C為粧前模形巖±體的粘聚力；
[0022] 計(jì)算粧前模形巖±體受到的橫向粧±接觸壓力：
[0023] Eh=(5h · b · yo
[0024] 式中：Oh為橫向粧±接觸壓力的均布荷載；
[0025] 計(jì)算粧前模形巖±體側(cè)面受到的極限拉力的合力：
[0026] Ex=2〇t · Saahe
[0027] 式中：為粧前模形巖上體的抗拉強(qiáng)度值；
[0028] 計(jì)算粧前模形巖±體底面受到的極限摩阻力：
[0029]
[0030] S4:計(jì)算模形巖±體受到的滑動(dòng)力合力Fr，
[0031] Fr=巧h-Ετ) · COS0-W · si址-f。
[0032] S5:判斷滑動(dòng)力合力是否小于0，
[0033] 比較計(jì)算得到的Fr值大小與0的關(guān)系：若滿足Fr<0,則停止計(jì)算，進(jìn)入步驟S6;否 貝1J，令自由段粧長(zhǎng)計(jì)算初始值y〇 = yo+ε，增量ε -般取0.01，重復(fù)S3、S4和S5的分析過(guò)程。
[0034] S6:確定該粧基自由段粧長(zhǎng)的取值，
[0035] 記錄下Fr<0時(shí)對(duì)應(yīng)的自由段粧長(zhǎng)計(jì)算初始值yo,該值即可視為斜坡粧基礎(chǔ)自由段 的粧長(zhǎng)。
[0036] 本發(fā)明具有的優(yōu)點(diǎn)和積極效果是：
[0037] 本發(fā)明的斜坡粧基礎(chǔ)自由段粧長(zhǎng)的確定方法，對(duì)粧前模形巖±體建立了Ξ維幾何 體模型，極限狀態(tài)時(shí)發(fā)生破壞的粧前巖上體的形狀與本發(fā)明更加接近。本發(fā)明還考慮了粧 前模形巖±體兩側(cè)的抗拉強(qiáng)度、基礎(chǔ)換算寬度和受到的重力，進(jìn)而分析粧前模形巖±體受 到的滑動(dòng)力合力，更全面、更合理地考慮了粧前模形巖±體的受力特點(diǎn)，據(jù)此確定斜坡粧基 礎(chǔ)自由段粧長(zhǎng)的取值。利用該方法確定的斜坡粧基礎(chǔ)自由段粧長(zhǎng)可靠性和精度高，保障了 斜坡粧基礎(chǔ)工程的安全性和經(jīng)濟(jì)性，能夠更好地滿足橋梁專業(yè)設(shè)計(jì)人員對(duì)山區(qū)斜坡地段粧 基礎(chǔ)布置方案的需要。
【附圖說(shuō)明】
[0038] 圖1為本發(fā)明的斜坡粧基礎(chǔ)自由段粧長(zhǎng)確定方法的流程示意圖；
[0039] 圖2為本發(fā)明中粧基等效寬度俯視圖；
[0040] 圖3為本發(fā)明中斜坡粧基礎(chǔ)與粧前模形巖±體立維結(jié)構(gòu)示意圖；
[0041 ]圖4為本發(fā)明中粧前模形巖±體的剖面受力示意圖；
[0042] 圖中；
[0043] 1、基粧 2、粧前模形巖±體3、模形巖±體側(cè)面
[0044] 4、輔助面5、模形巖±體底面
【具體實(shí)施方式】
[0045] W下結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案作進(jìn)一步說(shuō)明。下述為確定斜坡 粧基礎(chǔ)自由段粧長(zhǎng)的具體實(shí)施例，該實(shí)施例僅用于說(shuō)明本發(fā)明而并非對(duì)本發(fā)明的限制。
[0046] 參見(jiàn)圖1-圖4。按本發(fā)明的方法確定斜坡粧基礎(chǔ)自由段粧長(zhǎng)時(shí)，首先需要進(jìn)行W下 幾個(gè)參數(shù)的設(shè)置，運(yùn)些參數(shù)通常由勘察人員經(jīng)地質(zhì)勘測(cè)后提供。
[0047] 本實(shí)施例W某次地質(zhì)勘測(cè)數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，基本參數(shù)設(shè)置如下：
[004引斜坡面與水平面之間的夾角α = 40°;
[0049]粧前模形巖±體2的內(nèi)摩擦角巧=30° .
[00加]粧前模形巖±體2的粘聚力c = 40kPa;
[0化1]粧前模形巖±體2的重度丫 =18kN/m3;
[0052]基粧1的邊界圍成的粧基等效寬度b = 4m;
[0化3 ] 橫向粧±接觸壓力的均布荷載〇h=500k化；
[0化4]粧前模形巖±體2的抗拉強(qiáng)度值日t = 40kPa。
[0055] 在此基礎(chǔ)上，斜坡粧基礎(chǔ)自由段粧長(zhǎng)的具體計(jì)算步驟如下：
[0056] S1、計(jì)算破裂面與水平面的夾角和粧前模形體換算寬度：
[0057] 確定破裂面CDEF與水平面之間的夾角：
[0化引
[0059] 確定粧前模形體換算寬度：
[0060] Bp = 2b = 2 X4 = 8m。
[0061 ] S2、擬定自由段粧長(zhǎng)計(jì)算初始值：
[0062] 設(shè)定自由段粧長(zhǎng)計(jì)算的初始值yo = 0.1 m。
[0063] S3、分析粧前模形巖±體的幾何特征值和其所受到的外力：
[0064] 對(duì)粧前模形巖±體2作兩個(gè)輔助面4(A皿面和BGF面），粧前模形巖±體2由直Ξ棱 柱AHE-BGF和兩個(gè)四面體A-HDE及B-CGF構(gòu)成，粧前模形巖±體2包含兩個(gè)模形巖±體側(cè)面3 (ADE面和BCF面），DEFC面為模形巖±體底面5,平面A肥與平面ADE夾角為45°，模形體的開(kāi)裂 呈對(duì)稱形態(tài)。各參數(shù)的計(jì)算方法如下：
[0065] 計(jì)算側(cè)向擴(kuò)展寬度：
[0066]
[0067]計(jì)算模形體剖面面積：
[0073] 計(jì)算粧前模形巖±體受到的橫向粧±接觸壓力：
[0074] Eh=〇h° b° y〇 = 500X4X0.1 = 200kN；
[0075] 計(jì)算粧前模形巖±體側(cè)面3受到的極限拉力的合力：
[0076] 時(shí)二化Saahe = 2 X 40 X 0.00353 = 0.2824kN;
[0077] 計(jì)算粧前模形巖±體底面5受到的極限摩阻力：
[007引
[00巧]S4、計(jì)算模形巖±體受到滑動(dòng)力合力Fr:
[0080] Fr=巧h-時(shí)）· cosP-W · si址-f
[0081 ] =(200-0.2824)X cos30°-〇.511304 X sin30°-88.4789
[0082] =88.479kN
[0083] S5、判斷滑動(dòng)力合力是否小于0:
[0084] 比較計(jì)算得到的Fr值大小與0的關(guān)系，按y〇 = 0.1m時(shí)計(jì)算得到Fr>0,令自由段粧長(zhǎng) 計(jì)算初始值y〇=y〇+e = 0.1+0.01 = 0.1 Im，重復(fù)S3、S4和S5的分析過(guò)程。
[00化]經(jīng)計(jì)算，當(dāng)y〇 = 7.87m時(shí)，F(xiàn)r = -7.335kN<0，停止計(jì)算。
[0086] S6、確定該粧基自由段粧長(zhǎng)的取值：
[0087] 確定滿足Fr<0的條件后，記錄下此時(shí)對(duì)應(yīng)的自由段粧長(zhǎng)計(jì)算初始值y〇 = 7.87m，即 斜坡粧基礎(chǔ)自由段的粧長(zhǎng)為7.87m。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種斜坡粧基礎(chǔ)自由段粧長(zhǎng)的確定方法，其特征在于，包括W下步驟： 51、 計(jì)算破裂面與水平面的夾角和粧前模形體換算寬度； 52、 擬定自由段粧長(zhǎng)計(jì)算初始值； 53、 分析粧前模形巖±體的幾何特征值和其所受到的外力，包括： 1) 計(jì)算側(cè)向擴(kuò)展寬度：式中:α為斜坡面與水平面之間的夾角； 2) 計(jì)算模形體剖面面積：3) 計(jì)算粧前模形巖±體受到的重力：，式中：丫為粧前模形巖±體的重度； 4) 計(jì)算模形體基底的粘結(jié)力：，式中：C為粧前模形巖±體的粘聚力； 5) 計(jì)算粧前模形巖±體受到的橫向粧±接觸壓力： Eh = 〇h · b · yo,式中：〇h為橫向粧上接觸壓力的均布荷載； 6) 計(jì)算粧前模形巖±體側(cè)面受到的極限拉力的合力： Ετ =化t · Saahe，式中：〇t為粧前模形巖±體的抗拉強(qiáng)度值。 7) 計(jì)算粧前模形巖±體底面受到的極限摩阻力：54、 計(jì)算模形巖±體受到的滑動(dòng)力合力Fr: FR=(Eh_ET) · COS0-W · sin0_f; 55、 判斷滑動(dòng)力合力是否小于0: 比較計(jì)算得到的Fr值大小與0的關(guān)系，若Fr<0，則停止計(jì)算，進(jìn)入步驟S6;否則，令自由 段粧長(zhǎng)計(jì)算初始值y() = y()+e，增量ε取0.01，重復(fù)步驟S3、S4和S5; 56、 確定該粧基自由段粧長(zhǎng)的取值： 記錄下Fr<0時(shí)對(duì)應(yīng)的自由段粧長(zhǎng)計(jì)算初始值yo,該值即為斜坡粧基礎(chǔ)自由段的粧長(zhǎng)。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的確定方法，其特征在于:在步驟S1中，所述破裂面與水平面之 間的夾角按下式計(jì)算： 務(wù)=45。一夢(mèng)/2， 式中：^為粧前巖±體內(nèi)摩擦角； 所述粧前模形體換算寬度按下式計(jì)算： Bp =化， 式中:b為粧基等效寬度。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的確定方法，其特征在于:在步驟S2中，所述自由段粧長(zhǎng)計(jì)算初 始值設(shè)定為y〇=〇. Im。
【專利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種斜坡樁基礎(chǔ)自由段樁長(zhǎng)的確定方法，通過(guò)對(duì)斜坡地段樁前巖土體進(jìn)行受力分析，考慮樁基礎(chǔ)等效寬度、樁土接觸壓應(yīng)力、斜坡自然坡角、巖土體強(qiáng)度特性，分析計(jì)算斜坡樁基礎(chǔ)自由段樁長(zhǎng)的取值，以適應(yīng)斜坡地段樁基礎(chǔ)布置及工程設(shè)計(jì)的需要。其步驟包括：S1、計(jì)算破裂面與水平面的夾角和樁前楔形體換算寬度；S2、擬定自由段樁長(zhǎng)計(jì)算初始值；S3、分析樁前楔形巖土體的幾何特征值和其所受到的外力；S4、計(jì)算滑動(dòng)力合力；S5、判斷滑動(dòng)力合力是否小于零；S6、確定該樁基自由段樁長(zhǎng)的取值。利用該方法確定的斜坡樁基礎(chǔ)自由段樁長(zhǎng)可靠性和精度高，保障了斜坡樁基礎(chǔ)工程的安全性和經(jīng)濟(jì)性。
【IPC分類】E02D33/00, E02D27/12
【公開(kāi)號(hào)】CN105569098
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201610017801
【發(fā)明人】董捷, 宋緒國(guó), 田萬(wàn)俊, 陳洪運(yùn), 郭帥杰
【申請(qǐng)人】鐵道第三勘察設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司
【公開(kāi)日】2016年5月11日
【申請(qǐng)日】2016年1月12日