低桩承台桩基的内力分析与检算

低桩承台桩基的内力分析与检算

摘要：作者结合国外某一铁路工程项目的实际情况，应欧洲某一咨询公司结构工程师的要求，采用中国现行实施的标准对该项目上使用的低桩承台桩基的结构进行分析。为此，我们选择具有代表性桥墩的钻孔柱桩基础作为检算对象，通过借助铁路桥梁工程师2.0软件进行建模，再采用位移法计算弹性桩的方法求出桩顶内力和桩身各截面的弯矩，最后完成对桩基强度、配筋及其稳定性的验算，帮助咨询更容易理解和确认我公司的设计，从而达到较快批复图纸的目的。

关键词：低桩承台桩基内力检算

calculating object, through the help of the railway bridge engineer 2.0 software modeling, and then using displacement method to calculate the method of elastic pile out of the internal force for pile top and pile body each section of the bending moment, finally complete to pile foundation intensity, reinforcement and the stability analysis, help consulting easier to understand and confirm our design, so as to achieve the purpose of fast reply drawings.

Key words: low pile cap by calculating of internal force of the pile foundation

1、工程概况

该单线曲线桥为该铁路全线项目的控制性工程，桥长443.8m，曲线半径2500m，设计最高行车速度为150km/h。上部结构均采用预应力32m简支T梁和有碴无缝轨道，每孔梁重量为2266kN，曲线桥线路设备重为69.21kN/m（含所有的二期荷载的重量）。该桥的最高墩高为13 m，墩身采用矩形变截面重力式桥墩，基础采用4根直径1.25m钻孔桩构成低桩承台，具体尺寸如图一所示：

承台底标高为343.474m，桩底标高为337.474m，设计桩长为6.0m。原地面标高为346.40m，原地面以下0～5m为粉质黏土；5～6.4m为W3强风化花岗岩；

6.4～9.8m为W2弱风化花岗岩。该桩基设计穿过2.07米粉质黏土层和1.4米强风化花岗岩层，并嵌入2.53米W2弱风化花岗岩中。桩基采用C35混凝土，主筋为20根Φ20的HPB235钢筋。

2、求桩底的弯矩和桩身的最大弯矩

本文借助铁路桥梁工程师软件2.0对该桥墩进行建模分析，得到在所有荷载组合情况下共67种承台底中心处的外力荷载组合，从中选取控制计算桩身弯矩的承台底中心处的外力组合为：

同时，从桩基验算结果中也可以得到：桩顶最大轴向力为：3687.53kN（已经换算成主力）和桩底最大轴向力4609.12kN。以下通过位移法求弹性桩在上述荷载组合作用下桩顶的内力情况：

计算宽度、桩侧地基水平系数的比例系数m和桩的变形系数α

1）计算宽度：由于桩基为钻孔灌注孔，桩径应按1.05倍的桩径计算，即

2）桩侧地基水平系数的比例系数：

假定αh＞2.5，换算深度hm=2(d+1)=2×(1.31+1)=4.62m。原地面至承台底厚度2.93m，粉质黏土层(m0取10000kPa/m2)、桩顶以下4.62 m分别为2.07m粉质黏土层(m1取15000kPa/m2)、1.4m W3强风化花岗岩层(m2取50000kPa/m2)和1.15mW2弱风化花岗岩(m3取8900000 kPa/m2)，根据换算前后地基系数图形面积相等，求出桩顶以下地基系数的比例系数:。

由于桩净距桩侧地基水平系数的比例系数的修正系数：,取较小值0.83。故修正后的桩侧多层土的地基系数的比例系数：。

2）桩的变形系数:

h=0.555*6.0=3.33＞2.5与假定相符，hm不需要改变，属于弹性桩。

⑵计算桩顶的变位δQQ、δM Q、δQM、δMM

考虑土的弹性抗力，按照《铁路桥涵地基和基础设计规范》中规定，当基础底面嵌入岩石内时，桩顶处的变位按下列公式计算：

⑶计算桩顶柔度系数δ1、δ2、δ3

由于低桩承台的桩基础顶面处于地面线以下，故。

⑷计算桩顶刚度系数

⑸低桩承台桩群刚度系数

承台板侧面地基系数C图形面积：承台板侧面地基系数C图形对底面的面积矩：承台板侧面地基系数C图形对底面的惯性矩：

⑹由《铁路桥涵地基和基础设计规范》可知，垂直对称低桩承台底部中心O 处的竖向位移b、水平顺桥向位移a、水平横桥向位移、顺桥向绕O点转角β和横桥向绕O点转角，则可按下列公式计算：

3、求桩底弯矩Mh和桩身的最大弯矩Mmax

A3、B3、C3、D3为系数，按查表（铁路桥涵地基和基础设计规范表D.0.3-1）。

从上表可知：顺桥向方向：桩底的弯矩Mh=62.66kN*m，桩身弯矩最大弯矩在于桩顶处Mmax=-290.8 kN*m。同样方法，可以求出横桥向方向：桩底的弯矩=-16.55kN*m，桩身弯矩最大弯矩在于桩顶处=77.6 kN*m。

4、桩底应力、桩身强度、稳定性及其配筋检算

⑴桩底应力检算：由铁路桥梁工程师2.0软件桩基计算结果可知：桩底的最大轴向力：

桩基嵌入基岩内2.53m，故其单桩轴向受压承载力容许值为：大于上述桩底的最大应力，因此单桩桩底承载力满足要求。（其中岩石饱和单轴抗压强度取15MPa，C1、C2按一般岩石层及清底情况取值，而且由于钻孔桩而取值降低20%。）

同时，在河床有冲刷时，桩基须嵌入基岩最小深度（且不小于0.5m）为：，故桩底嵌岩深度也满足要求。

⑵桩身强度及配筋检算：