斜坡樁基礎自由段樁長的確定方法
【技術領域】
[0001] 本發(fā)明設及橋梁設計領域，特別是設及一種橋梁粧基礎置于斜坡上時粧基礎自由 段粧長的確定方法。
【背景技術】
[0002] 在我國現(xiàn)行的鐵路橋梁設計規(guī)范中，對粧基礎頂部承受側向外力(橫向力和力矩） 的粧身內力計算均采取粧側±體地基系數(shù)沿深度呈直線增長的假定進行分析，并依據(jù)彈性 地基梁模型來計算粧身內力。一般情況下，在進行粧身變位（側向位移和轉角）、粧身內力 (彎矩和剪力）和粧側±的應力分析時，假定±體為彈性介質，計算中不考慮粧與±之間的 粘著力和摩擦力。需要指出的是，若粧基礎設置于斜坡上，按照傳統(tǒng)方法計算粧身內力，需 要事前人為假定一個自由段長度，并將自由段W下的粧體套用彈性地基梁模型進行內力計 算。因此，粧基礎自由段長度取值的大小直接影響斜坡上粧基的內力配筋和設計粧長，關系 到斜坡橋梁設計的安全性和經濟性。由于現(xiàn)有規(guī)范對斜坡上粧基礎自由段粧長的取值未給 出明確具體的建議，且現(xiàn)有文獻中自由粧長的計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±體視為平面模型進行計算，造成斜坡粧基礎自由段 粧長計算可靠性不足，計算精度無法滿足斜坡粧基礎的設計要求，斜坡粧基礎工程安全性、 經濟性得不到有效保障。

【發(fā)明內容】

[0003] 本發(fā)明要解決的技術問題是提供一種可靠性和精度較高的斜坡粧基礎自由段粧 長的確定方法。
[0004] 為此，本發(fā)明的技術方案如下：
[0005] -種斜坡粧基礎自由段粧長的確定方法，包括W下步驟：
[0006] S1:計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=45°-^/2,式中：界為粧前模形巖±體的內 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:擬定自由段粧長計算初始值，在本發(fā)明的一個實施例中，設定自由段粧長計算 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] 計算側向擴展寬度：
[0012]
[0013] 式中:α為斜坡面與水平面之間的夾角；
[0014] 計算模形體剖面面積：
[0015]
[0016] 計算粧前模形巖±體受到的重力：
[0017]
[0018] 式中：丫為粧前模形巖±體的重度；
[0019] 計算模形體基底的粘結力：
[0020]
[0021] 式中：C為粧前模形巖±體的粘聚力；
[0022] 計算粧前模形巖±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] 計算粧前模形巖±體側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度值；
[0028] 計算粧前模形巖±體底面受到的極限摩阻力：
[0029]
[0030] S4:計算模形巖±體受到的滑動力合力Fr，
[0031] Fr=巧h-Ετ) · COS0-W · si址-f。
[0032] S5:判斷滑動力合力是否小于0，
[0033] 比較計算得到的Fr值大小與0的關系：若滿足Fr<0,則停止計算，進入步驟S6;否 貝1J，令自由段粧長計算初始值y〇 = yo+ε，增量ε -般取0.01，重復S3、S4和S5的分析過程。
[0034] S6:確定該粧基自由段粧長的取值，
[0035] 記錄下Fr<0時對應的自由段粧長計算初始值yo,該值即可視為斜坡粧基礎自由段 的粧長。
[0036] 本發(fā)明具有的優(yōu)點和積極效果是：
[0037] 本發(fā)明的斜坡粧基礎自由段粧長的確定方法，對粧前模形巖±體建立了Ξ維幾何 體模型，極限狀態(tài)時發(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±體兩側的抗拉強度、基礎換算寬度和受到的重力，進而分析粧前模形巖±體受 到的滑動力合力，更全面、更合理地考慮了粧前模形巖±體的受力特點，據(jù)此確定斜坡粧基 礎自由段粧長的取值。利用該方法確定的斜坡粧基礎自由段粧長可靠性和精度高，保障了 斜坡粧基礎工程的安全性和經濟性，能夠更好地滿足橋梁專業(yè)設計人員對山區(qū)斜坡地段粧 基礎布置方案的需要。
【附圖說明】
[0038] 圖1為本發(fā)明的斜坡粧基礎自由段粧長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)明中斜坡粧基礎與粧前模形巖±體立維結構示意圖；
[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±體側面
[0044] 4、輔助面5、模形巖±體底面
【具體實施方式】
[0045] W下結合附圖和具體實施例對本發(fā)明的技術方案作進一步說明。下述為確定斜坡 粧基礎自由段粧長的具體實施例，該實施例僅用于說明本發(fā)明而并非對本發(fā)明的限制。
[0046] 參見圖1-圖4。按本發(fā)明的方法確定斜坡粧基礎自由段粧長時，首先需要進行W下 幾個參數(shù)的設置，運些參數(shù)通常由勘察人員經地質勘測后提供。
[0047] 本實施例W某次地質勘測數(shù)據(jù)為基礎，基本參數(shù)設置如下：
[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的抗拉強度值日t = 40kPa。
[0055] 在此基礎上，斜坡粧基礎自由段粧長的具體計算步驟如下：
[0056] S1、計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、擬定自由段粧長計算初始值：
[0062] 設定自由段粧長計算的初始值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] 對粧前模形巖±體2作兩個輔助面4(A皿面和BGF面），粧前模形巖±體2由直Ξ棱 柱AHE-BGF和兩個四面體A-HDE及B-CGF構成，粧前模形巖±體2包含兩個模形巖±體側面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°，模形體的開裂 呈對稱形態(tài)。各參數(shù)的計算方法如下：
[0065] 計算側向擴展寬度：
[0066]
[0067]計算模形體剖面面積：
[0073] 計算粧前模形巖±體受到的橫向粧±接觸壓力：
[0074] Eh=〇h° b° y〇 = 500X4X0.1 = 200kN；
[0075] 計算粧前模形巖±體側面3受到的極限拉力的合力：
[0076] 時二化Saahe = 2 X 40 X 0.00353 = 0.2824kN;
[0077] 計算粧前模形巖±體底面5受到的極限摩阻力：
[007引
[00巧]S4、計算模形巖±體受到滑動力合力Fr:
[0080] Fr=巧h-時）· cosP-W · si址-f
[0081 ] =(200-0.2824)X cos30°-〇.511304 X sin30°-88.4789
[0082] =88.479kN
[0083] S5、判斷滑動力合力是否小于0:
[0084] 比較計算得到的Fr值大小與0的關系，按y〇 = 0.1m時計算得到Fr>0,令自由段粧長 計算初始值y〇=y〇+e = 0.1+0.01 = 0.1 Im，重復S3、S4和S5的分析過程。
[00化]經計算，當y〇 = 7.87m時，F(xiàn)r = -7.335kN<0，停止計算。
[0086] S6、確定該粧基自由段粧長的取值：
[0087] 確定滿足Fr<0的條件后，記錄下此時對應的自由段粧長計算初始值y〇 = 7.87m，即 斜坡粧基礎自由段的粧長為7.87m。
【主權項】
1. 一種斜坡粧基礎自由段粧長的確定方法，其特征在于，包括W下步驟： 51、 計算破裂面與水平面的夾角和粧前模形體換算寬度； 52、 擬定自由段粧長計算初始值； 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) 計算側向擴展寬度：式中:α為斜坡面與水平面之間的夾角； 2) 計算模形體剖面面積：3) 計算粧前模形巖±體受到的重力：，式中：丫為粧前模形巖±體的重度； 4) 計算模形體基底的粘結力：，式中：C為粧前模形巖±體的粘聚力； 5) 計算粧前模形巖±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) 計算粧前模形巖±體側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±體的抗拉強度值。 7) 計算粧前模形巖±體底面受到的極限摩阻力：54、 計算模形巖±體受到的滑動力合力Fr: FR=(Eh_ET) · COS0-W · sin0_f; 55、 判斷滑動力合力是否小于0: 比較計算得到的Fr值大小與0的關系，若Fr<0，則停止計算，進入步驟S6;否則，令自由 段粧長計算初始值y() = y()+e，增量ε取0.01，重復步驟S3、S4和S5; 56、 確定該粧基自由段粧長的取值： 記錄下Fr<0時對應的自由段粧長計算初始值yo,該值即為斜坡粧基礎自由段的粧長。2. 根據(jù)權利要求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 間的夾角按下式計算： 務=45。一夢/2， 式中：^為粧前巖±體內摩擦角； 所述粧前模形體換算寬度按下式計算： Bp =化， 式中:b為粧基等效寬度。3.根據(jù)權利要求1所述的確定方法，其特征在于:在步驟S2中，所述自由段粧長計算初 始值設定為y〇=〇. Im。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種斜坡樁基礎自由段樁長的確定方法，通過對斜坡地段樁前巖土體進行受力分析，考慮樁基礎等效寬度、樁土接觸壓應力、斜坡自然坡角、巖土體強度特性，分析計算斜坡樁基礎自由段樁長的取值，以適應斜坡地段樁基礎布置及工程設計的需要。其步驟包括：S1、計算破裂面與水平面的夾角和樁前楔形體換算寬度；S2、擬定自由段樁長計算初始值；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、計算滑動力合力；S5、判斷滑動力合力是否小于零；S6、確定該樁基自由段樁長的取值。利用該方法確定的斜坡樁基礎自由段樁長可靠性和精度高，保障了斜坡樁基礎工程的安全性和經濟性。
【IPC分類】E02D33/00, E02D27/12
【公開號】CN105569098
【申請?zhí)枴緾N201610017801
【發(fā)明人】董捷, 宋緒國, 田萬俊, 陳洪運, 郭帥杰
【申請人】鐵道第三勘察設計院集團有限公司
【公開日】2016年5月11日
【申請日】2016年1月12日