李生亮

(新疆南方路桥工程有限责任公司，新疆 喀什 844000)



浅谈桩基存在缺陷后的竖向承载力验算

李生亮

(新疆南方路桥工程有限责任公司，新疆 喀什 844000)

桩基施工属于地下隐蔽性工程，影响其质量的因素较多，严重时甚至影响到上部结构的安全，造成无法挽回的生命财产损失。文章结合某工程实例，介绍桩基存在缺陷后的竖向承载力验算方法，供同类工程参考。

桩基；缺陷；安全；承载力；验算

0 引言

桩基础是工程中最为常见的深基础，广泛应用于桥梁及建筑建设中，由设置于岩土中的桩和桩顶连接的承台共同组成的基础，桩与承台下地基土共同承担上部荷载，形成复合承载基桩。其功能是通过杆件的侧壁摩阻力和端阻力将上部结构荷载传递到深处的地基上。按照承载力分担形式的不同，主要分为摩擦桩、端承摩擦桩、端承桩及摩擦端承桩四种桩基。

基于桩基施工的隐蔽性，桩基的开挖成孔、钢筋笼下放、混凝土浇筑等过程均易受地质条件、施工人员操作水平、地下水变化等影响，未及时发现并采取合理补救措施，易形成各种问题桩。本文结合工程实例，介绍桩基存在缺陷后的竖向承载力验算方法，可供同类工程参考。

1 工程概况

某大桥为4×30 m装配式预应力混凝土T梁桥，先简支后连续，桥梁全宽7.8 m，全长128 m。两岸桥台采用肋板式桥台，桩基础，每个桥台承台底设置直径1.2 m桩基4根，单根桩长22.5 m。

该工程墩台桩基施工完成后经检测单位采用声波透射法对桩基完整性进行检测发现，终点岸桥台4-4号桩基桩身完整性类别属于Ⅲ类，桩底1.5 m范围段波形严重畸变，该段桩基有严重缺陷。经调查分析施工过程，造成桩基底部缺陷的主要原因为泥浆护壁指标控制不当，砂岩段承压水头高，造成底部局部砂岩段塌孔，施工操作人员未给予足够重视，底部清渣随意不彻底，导致桩基底部悬于较厚的沉渣上，未能落于承载力较高的土层上。从而造成整个桩基承载力有一定缺失，需对该桩基进行缺陷后承载力计算，以验算承载安全系数，为补救方案提供依据。

2 桩基竖向承载力验算

由于终点岸桥台4-4桩基存在严重缺陷，其承载力必然受到一定影响，故需对其进行承载力验算。首先拟采用《桥梁博士》对大桥桥梁上部结构建立相应平面杆系模型，并采用空间有限元软件Midas对4号桥台建立相应三维有限元实体模型，进而得到相应承台底以上桥梁结构对4-4号桩基的作用力，从而对大桥4-4号桩基承载力进行相关计算分析，通过以上分析进而验证大桥4-4号桩基的安全性是否满足规范要求。

2.1 计算模型

大桥两岸桥台支座均采用四氟滑板式橡胶支座，故上部桥梁结构通过支座对桥台的作用仅为竖向力作用，而无水平力和弯矩等作用。现采用《桥梁博士》对大桥桥梁上部结构建立相应平面杆系模型，通过有限元分析计算，得到4号桥台上相应三支座的支承反力。

采用空间有限元软件Midas建立大桥4号桥台三维有限元空间实体模型(不包括桩基，通过在承台底与桩基连接处施加全约束模拟相关作用)，并采用大型有限元软件ANSYS进行校核，如图1所示。其中，假定桩基顶不发生位移，通过在承台底与桩基连接处施加全约束边界条件，用于模拟获得承台底以上桥梁结构作用于桩基顶力的大小；同时假定承台底以上所有荷载均由桩基承受，即地基对4号桥台除桩基外其它构件均无约束作用。

(a)Midas实体模型图

(b)ANSYS实体模型图

2.2 计算荷载

按照现行有关标准规范计入桥梁上部结构恒载、汽车荷载(考虑汽车荷载冲击系数的影响)、温度荷载、支座沉降及混凝土收缩、徐变等作用。通过计算分析得出，荷载效应标准值组合作用下，4号桥台上支座支承反力如表1所示。

表1 4号桥台上支座支反力表(单位：kN)

根据以上计算结果，绘出4号桥台结构受力示意图如图2所示。

图2 桥台结构受力示意图

2.3 桥台台身后土侧压力计算

按《公路桥涵设计通用规范》(JTG D60-2015)第4.2.3条，台后主动土压力为：

(1)

(2)

式中：E——主动土压力标准值(kN)；

γ——碎石土的重力密度，取19kN/m3；

B——桥台宽B=7.8m；肋板宽=1.5m； 承台宽B=6.2m；

H——计算土层高度m；

β——填土表面与水平面的夹角，取2°；

α——台背与竖直面的夹角；

ψ——碎石土的内摩擦角，取45°；

δ——台背与填土间的摩擦角，取22.5°；

h——汽车荷载的等代均布土层厚度(m)。

根据桥台结构尺寸及各参数取值，通过计算得出作用于桥台结构的主动土压力E1、E2、E3值分别为221.5kN、284.2kN、305.7kN。承台顶堆积碎石土作用于承台的总重为2 390.4kN。

将以上作用荷载施加到桥台上，通过计算可得4号台承台底以上桥梁结构对4个桩基桩顶处作用力如表2所示。

表2 桩基顶竖向作用力表

(单位：kN)

注：表中4-1、4-2为台尾处后排桩，4-3、4-4为前排桩。

2.4 桩基竖向承载力验算

由于4-4号桩基底部1.5m范围段有严重缺陷，通过该段桩基所承受桥梁结构荷载作用力大小将难以把握，因此，在对4-4号桩基进行承载力验算时，对该段桩基所起作用将不予以考虑，故对4-4号桩基将只对桩底1.5m以上桩基部分按摩擦桩进行承载力验算。大桥4-4号桩基地质柱状图如图3所示。

图3 地质剖面图

对4-4号桩基承载力按摩擦桩进行计算，而不计存在缺陷的桩底1.5m段桩基的桩侧阻力和桩底桩端阻力作用。

根据《公路桥涵地基与基础设计规范》(JTGD63-2007)：摩擦桩-钻(挖)孔灌注桩单桩轴向受压承载力容许值[Ra]，可按下列公式计算：

(3)

qr=m0λ[[fa0]+k2γ2(h-3)]

(4)

由于不考虑桩基底部1.5m范围段对整个桩基承载力的贡献，故桩端处承载力容许值qr和该段桩基桩侧摩阻力均为0。

[Ra]=0.5×3.14×1.2×(50×5.8+46×5.2+37×5+60×5)+0=1 910kN。

根据3.3节中计算结果，承台底以上桥梁结构作用至4-4号桩基顶的竖向作用力为：N=2 667.5kN；

因此，4-4号桩基承载力安全系数为：

综上，在不考虑大桥4号桥台4-4桩基桩底1.5m严重缺陷段桩侧摩阻力和桩端阻力对整个桩基所提供承载力的情况下，该桩基剩余部分可提供承载力远小于桩顶竖向荷载，相应承载力安全系数为0.715，必须采取可靠的工程补救措施。

3 结语

桥梁桩基经过检测根据桩身完整性类别，对Ⅱ类及低于Ⅱ类的桩基，可根据需要，综合分析造成不完整桩基的原因。对于承载力受到影响的问题桩，应对其进行承载力验算，根据验算结果以明确其承载力是否满足规范要求。必要时采用高应变法或桩基静载实验进一步校核验证桩基单桩承载力。本文通过工程实例简述桩基存在缺陷后的竖向承载力验算方法，对问题桩进行辅助计算验证，从而为桩基补救方案提供数据依据。

[1]JTGD63-2007，公路桥涵地基与基础设计规范[S].

[2]JTGD60-2015，公路桥涵设计通用规范[S].

[3]李克钏.基础工程(第二版)[M].北京：中国铁道出版社，2000.

[4]JGJ106-2014，建筑基桩检测技术规范[S].

Discussions on Vertical Bearing Capacity Checking of Pile Foundation with Defects

LI Sheng-liang

(Xinjiang Nanfang Road and Bridge Engineering Co.，Ltd.，Kashi，Xinjiang，844000)

The pile foundation construction belongs to the underground covered engineering，there are many factors affecting its quality，and in some severe cases，it can even affect the safety of upper structure，causing irreparable loss of life and property.In combination with an engineering example，this article introduced the vertical bearing capacity checking method of pile foundation with defects，thereby providing the reference for similar projects.

Pile foundation；Defect；Safety；Bearing capacity；Checking

U

A

10.13282/j.cnki.wccst.2016.10.015

1673-4874(2016)10-0053-04

2016-09-02

李生亮(1978—)，工程师，研究方向：公路与桥梁。