软土地基中负摩阻影响下桩基承载力的简化计算

沈利栋 刘 承

(1.宁波正信检测科技有限公司，浙江 宁波 315177； 2.杭州市交通规划设计研究院，浙江 杭州 310000)

0 引言

桩基作为桥梁工程中一种重要的深基础，相对于扩大基础，其适用范围更广。软土地基中负摩阻对桩基的承载力的影响计算在《建筑地基基础设计规范》[2]与《公路桥涵地基与基础设计规范》[5]中有规定：持力层在黏性土、粉土中，中性轴深度比为0.5～0.6；持力层在中密以上砂中，为0.7～0.8；持力层在砾石和卵石中，为0.9；持力层在基岩中，为1。但该规范仅考虑持力层这一参数，对桩顶力、周边堆载等参数均未涉及，且在负摩阻作用下桩基的沉降也未提出计算公式。文献[3]对桩基的负摩阻提出了理论计算过程，但桩基沉降未涉及。

本文以汕梅高速公路段下穿泰山路跨线桥及泰山路互通立交桥的北延建设工程为背景，充分考虑了下穿道路作为后期堆载荷载，并考虑现有桥梁桩顶力对软土地基中的桩基的承载力影响。

1 工程概况

汕梅高速公路汕头至揭阳段第二合同段桥梁结构部分由泰山路跨线桥、泰山路互通立交桥以及梅溪河特大桥组成，其中泰山路北延建设工程下穿泰山路跨线桥及泰山路互通立交桥。桥梁上部结构均为预应力混凝土连续箱梁，采用逐孔支架现浇的施工方法；下部构造采用桩柱式形式：圆柱墩、钻孔灌注桩基础。

项目原设计时已经考虑了泰山路延长线规划，预留下穿空间。但下穿高速路段因受现有桥梁高度限制，不能采用水泥搅拌桩施工机械进行软基处理，设计上采用了泡沫轻质土进行软基处理及路基填筑，厚度平均为1.7 m(1.5 m～2.0 m)，处理方案平面及断面如图1所示。

场地地质条件复杂，施工场地存在很厚的软土层，其钻孔柱状图如图2所示。

需对泰山路北延工程下穿汕揭高速段在施工过程及投入运营之后对汕揭高速桥墩的安全性进行验算，主要验算内容为：轻质土换填施工过程中汕揭高速泰山路跨线桥26号、27号墩桩基承载力及沉降验算。

2 计算理论及过程

桩基的沉降和承载力的计算分以下5个步骤，每个步骤有相应的计算规范和原理。

2)先假定中性点的位置，距离桩顶的深度为ln。

5)比较Sd与Sg:

若Sd

设计荷载及计算桩描述：

Z27b桩径1.6 m，桩长77.8 m，桩顶力6 205 kN；SM11a桩径1.6 m，桩长71.8 m，桩顶力5 687 kN。

换填轻质土的重度7 kN/m3，普通土的重度20 kN/m3，换填深度1.5 m～2 m，取1.5 m，路面层厚80 cm，重度24 kN/m3。

恒载产生的路面均布堆载：1.5×(7-20)+0.8×24=-0.3 kN/m。

路面为双向六车道，公路一级车辆荷载计算，车辆荷载经80 cm厚的面层扩散至桩顶所在的土层，扩散范围顺路向无穷大，横路向0.8+(1.8+1.3+1.8+1.3+1.8)+0.8=9.6 m。

活载产生的均布堆载：3×550×0.78/(9.6×15)=8.93 kN/m2。

3 计算结果及其分析

由于补钻孔深度未达到桩顶，故桩底土层性质不明确，现分两种情况进行讨论计算，分别为桩底为中砂层与粘土层。综上，各桩基的承载力和沉降状况如表1所示。

表1 桩基的承载力和沉降状况

由表1知：桩端底土类型为中砂时，中性点深度与桩长比为37/77.8=0.47，39.4/71.8=0.55；桩端底土类型为亚粘土时，中性点深度与桩长比为8.98/77.8=0.11，10.34/71.8=0.14。与规范值比较，规范值小。

桩端底土类型为中砂时,承载力不满足，沉降差过大；桩端底土类型为亚粘土时，承载力满足，沉降差过大。但桩端底土类型为亚粘土时，沉降差更大。

综上，沉降差已远超设计容许的沉降差8 mm，上跨结构都是超静定的连续梁以及超静定盖梁，对桩基沉降敏感，建议加大0.7 m的换填深度。

4 结语

通过以上计算分析可得以下结论：规范规定的中性轴深度为保守计算，在经济条件允许的情况下可以估算轻质土换填深度。但在经济条件不允许的情况下，还需要综合桩顶力、桩周围堆载及桩端持力层特性计算分析。

参考文献：

[1] JGJ 94—2008，建筑桩基技术规范[S].

[2] GB 50007—2011，建筑地基基础设计规范[S].

[3] 肖俊华，袁聚云，赵锡宏.桩基负摩擦力的计算[M].北京：科学出版社，2009.

[4] 赵锡宏,张启辉,张宝良.承受负摩擦力的桩基沉降计算的迭代法[J].岩土力学学报，1999,20(2):17-21.

[5] JTG D63—2007，公路桥涵地基及基础设计规范[S].