在役桥梁扩大基础承载力评价方法研究.pdf

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在役桥梁扩大基础承载力评价方法研究”

周诚,杨字2

(1.中交二航局第二工程有限公司,重庆400067:2.交通运输部公路科学研究院,北京100088)

【摘要】现有规范中对服役期扩大基础承载力的评价方法还不完善.从扩大基础的工作特点,根据正常运营、桥梁 改扩建对基础承藏力影响的特点,探讨了在投桥梁扩大基础承载力评价方法.分析表明,在不同的条件下,扩大基础的沉降和承载力分析结果有差别,并在此基磁上提出了不同条件下承载力评估指标.

[关键调]桥梁工程:基础:承载力:沉降:评价方法

[中图分类号】TU753[文献标识码】A [文章编号】1002-8498(2013)13-0045-03

Discussion onBearing CapacityEvaluation Method of SpreadFoundation ofExistingBridge

(1. Thz Second Enginering Co. Lad. of CCCC Second Harbour Enginering Co. Lad. Chongging 400067 Chins;2. Resrarch Institate of Highway Minintry f Transport Beijing 10008s China)

Tao Cheng' Yang Yu²

Abstraet;The evaluation method of spread foundation has to be improved in the standard. Based on thework characteristics of spread foundation this paper discussed bearing capacity evaluation method of spread foundation of existing bridge. The analysis shows that in different conditions the analysis result ofspread foundation selement and capacity is diferent. Capacity evaluation indexes in diferent conditionsare proposed based on the analysis

Key words bridges; foundations; bearing capacity ; settlement ; evaluation method

2007规定,对于经多年压实未遭破坏的旧桥基,地正常使用.本文根据这一思想,通过分析正常运营基土承载力均可提高,但提高系数不同.《铁路桥养护、改扩建等情况下扩大基础变形和承载力计算涵地基和基础设计规范》TB10002.5一2005规定,既的特点,探讨了扩大基础承载力评估的方法.可予以提高,但提高值不应超过25%.《铁路桥梁 检定规范)(铁运函[2004]120号)规定,对于桥梁墩台地基,如无倾斜等病害且沉降基本终止时,桥梁墩台地基的容许承载力可以适当提高,且提出了明确的提高系数.这些规定主要针对沉降基本中止的桥梁基础,且对于改扩建等条件下的基础评价 没有明确规定,不能完全适应实际需要.

《公路桥涵地基与基础设计规范》JTGD63一不致因基础产生过大的沉降和差异沉降,而影响其

有墩台的地基土因多年运营被压密,其基本承载力1扩大基础沉降控制的一般要求

最为关注.规范中规定墩台沉降及水平位移的允 从养护实践来看,管养单位对桥梁工后沉降值许值为:①相邻墩台均匀总沉降差的允许值(不包括施工中的沉降)为1.0√Lem,其中L为相邻墩台最小跨径长度,以m计,跨径0.2%(1/500)的附加编坡.

扩大基础承载力与其下方的地基承载力等有关.控制地基承载力的目的是限制建筑物基础底土不会发生剪切破坏面失去稳定,同时也使建筑物 面的压力,使其不超过地基容许承载力,保证地基

但是《公路桥涵地基与基础设计规范》中规定的沉降计算方法均是针对基础的总沉降量制定的 沉降计算方法,这显然与上述对沉降的限值要求不

按如下方法评估,建筑物不致因基础产生过大的沉 匹配.因此,在正常通车条件下扩大基础承载力应降和差异沉降,面影响其正常使用.

2正常通车条件下扩大基础承载力评估

在桥梁施工前,地基土为天然状态,地基土承受的是土体的自重应力.在桥梁施工过程中,地基 土体的附加应力逐步由0增加到桥梁施工完毕(尚未通车)时的附加应力值PePa即桥梁全部恒载效应引起的地基土承受的附加应力.自桥梁通车后,地基土体的附加应力由Pa增加到桥梁全部恒载效应汽车活载效应引起的附加应力Pa

Fig. 1 Compression curve of soil 图1土体压缩曲线

系.即在一般压力变化范围内,可用一段割线代替土体实际压缩曲线.并由此可得不同压力变化范围内的土体压缩模量.由图1可见,p,至p压力变化段、pa至p压力变化段的割线并不一定重合,因 此2个压力变化段的土体压缩模量应分别计算.

根据土力学原理,土体的压缩量取决于计算土体压缩的土体承受的初始应力值和最终应力值.因此在计算基础的工后沉降时,应采用P和p进行计算.基础的工后沉降仍可采用分层总和法.由于《公路桥涵地基与基础设计规范》JTCD63-2007定的分层总和法有差异,建议统一按《公路桥涵地基与基础设计规范》JTGD63-207进行计算,即:

P至p压力变化段内土体压缩模量为:

(4)

P至p压力变化段内土体压缩模量为:

(5)

(1)

(2)

由于基础工后沉降计算的土体压力起始段不同,考虑到土体的非线性性质,按式(3)计算时,基 础的压缩模量应采用”土的自重压应力与恒载附加压应力之和”(即pa)至“土的自重压应力与恒载活载附加压应力之和”(即p.)的压应力段进行计算.结合基础工后沉降的限值和式(2)、式(3),可以对长期通车条件下基础承载力进行如下评估.

(z a,-a)(3)

式中:S为地基最终沉降量:S为按分层总和法计算的地基沉降量;Φ,为沉降计算经验系数;n为地基沉降计算深度范围内所划分的土层数;P.为对应于荷 载长期效应组合时的基础底面处附加压应力:E为基础底面下第i层土的压缩模量;,为基础底面至第i层土、第i-1层土底面的距离;a,α-为基础底面计算点至第i层土、第:-1层土底面范围内平均附加应力系数;p为基底压应力;h为基底埋置深 度;y为h内土的重度.

JTCD63-2007中规定对于非外超静定结构桥梁墩台,墩台均匀总沉降不再计人,相邻墩台间不均匀沉降值(不包括施工中的沉降)不应使桥面形成>0.2%的附加纵坡.而JTJ024-85规定墩台均匀总沉降允许值(不包括施工中的沉降)为2.0√Lcm,其中L为相邻墩台最小跨径长度,以m 计,跨径<25m时仍以25m计算. 计算P,P时,A应按桥梁建成后长期稳定的底面标高计算,但最大值不应超过原设计值. 进行基础工后沉降计算时,地基沉降计算深度可取与基础总沉降的计算深度一致.考虑到市政 桥梁建成后,基础受到的损害很小,因此平均附加应力系数取值可以认为与基础总沉降的计算取值一致.对于土体的压缩模量,通常由土体的压缩试验曲线得到,如图1所示,图中e为天然状态下土体孔察比;为桥梁施工完毕(尚未通车)时的土体孔原比;e为桥梁通车后的土体孔醇比:P、为天然状 态下土体自重应力;P为桥梁施工完毕(尚未通车)时的土体应力;p为桥梁通车后的土体应力. 考虑到目前大多数的桥梁基础是参考JTJ024-85进行设计和养护,在进行基底压力是否满足使用要求的评估时,按以下方法进行. 1)记[f.]为修正后的地基承载力容许值. JTCD63一2007的不均匀沉降限值. 3)记[s]为按《公路桥涵地基与基础设计规范》JTJ024-85的墩台均匀总沉降限值,即[]=2.0√Lcm.假设每个墩台发生的沉降:为均匀沉 降,当按式(2)、式(3)、式(5)计算得到的沉降值s满足以下要求时,认为基底压力满足使用要求: 通常假定土体为各向同性的线弹性体,因此压缩曲线所反映的非线性压缩规律被简化成线性关 ①<[s ] 且p<[f.];②[] <s<[s] 且相邻墩 台的沉降差△s<[s].以及p[[>[]>>[]()但相邻墩台的沉降差s>[x]时,认为基底压力基许值.p>[f.]时,认为基底压力不满足使用要求. 本满足使用要求.当计算得到的沉降值s>[s]或

提高后的地基承载力按下式计算:

(10)

成.因此改建部分在改建通车后,其沉降量不应超 桥梁改建时,可视未改建部分的沉降基本完过《公路桥涵地基与基础设计规范》JTGD63-2007规定的限值.

3改扩建条件下基础地基承载力评估

为满足路网改造等的需要,部分桥繁需要进行改扩建.改扩建时,通常需要对上部结构及增柱等进行拆除重建.对于发现没有受到明显破坏的原 有基础下的地基,其承载力可按如下方法分析.

3.2扩建工程基础地基承载力的评估

变的桥梁改造工程.一般是在原有桥梁旁新建拼 扩建工程通常指原有桥梁宽度等发生显著改宽桥.此类问题通常可简化为新建基础对既有基础沉降的影响问题进行计算分析.

3.1改建工程基础地基承载力评估

改建工程一般指桥梁宽度、跨径、结构形式等不发生显著改变的桥梁改造工程.通常桥梁的部分或全部结构需要拆除重建.

此时,由于既有桥梁发生的沉降不是由地基土此,既有桥梁地基承载力可以认为不发生变化. 性质发生变化或实际受荷情况发生变化引起,因

记e为地基土天然状态下土体孔缴比,e为地建完成通车后的土体孔酿比;P:为天然状态下土体自重应力,p为桥梁改扩建前的土体应力.P为桥梁改扩建通车后的土体应力.

基土在改扩建时的土体孔隙比,为地基土在改扩4结语

本文根据基础底画的压力不应使建筑物因基础产生过大的沉降和差异沉降面影响其正常使用的要求,根据桥梁扩大基础施工、正常运营、改扩建 等不同阶段的受力特点,探讨了扩大基础承载力的评估方法.

根据前述压缩模量的定义,改建前,地基土的压缩模量为:

1)由本文分析可见,在不同的条件下,扩大基础的沉降和承载力分析结果有差别,并在此基础上的指导实际工作. 提出了不同条件下承载力评估指标,能更有针对性

(6)

改建后,地基土的压缩模量为:

(7)

2)根据本文的分析,在桥梁建设前的地质勘查工作中,如能考虑桥梁建设、运营和改扩建的特点,适当增加或加密地基土压缩试验的荷载分级等,地质勘查数据将能更好地为桥梁运营期的基础承载 力评估提供参考.

由式(6)和式(7)可见,改建前后,地基土的压缩模量之比为:

(8)

一般情况下,有e>e≥e,P≥P.>P,则有*g=g

参考文献:

[1]中交公路规划设计院有限公司.JTCD63-2007公路桥通地[2]铁道第三期察设计院,TB10002.5-2005路桥量地基和基 基与基础设计规施[5].北京:人民交通出版社,2007.[3]铁路桥梁检定现后(铁运函[2004]120号)[S].北京;中国铁 设计规施[S].北京:中国道出版社,2005.道出版社,2004.[4]宇,程爱君,关于既有桥梁基础验算中儿个间题的探讨 [3].铁道建筑 2011(3):10-12.[5]李拥军.旧桥安全评估及旧桩利用[D].济南:山东大[6]张福强.旧桥加宽桩基础沉降控制技术研究[D].西安:长安 学.2008.大学,2008,[7]洪镜康.土质学与土力学(2版)[M].北京:人民交通出版 柱 2005.[8]陕西省公路局.TCH11-2004公路桥养护规施[S].北京:人民交通出版社,2004.

因此,在原有基础位置进行地基土的浅层平板形状等不变的条件下,当试验达到原桥勤察时相同 载荷试验或深层平板载荷试验时,当荷载板面积和的试验沉降量时,需要施加的荷载将有所增加.

可见,没有受到明显破坏的原有基础下的地基,其承载力是可以提高的.当缺乏现场荷载板试 验资料时,可根据土体为各向同性的线弹性体的假定以及地基土的压缩模量增大比例进行计算,但地基承载力基本容许值的最大提高比例不应超过天然地基土承载力基本容许值的50%.压缩模量增大比例按下式计算:

(9)

万方数据

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