本發(fā)明涉及土木工程，尤其是一種鐵路多塔部分斜拉橋高樁承臺設(shè)計及計算方法。

背景技術(shù)：

1、近年來，隨著我國鐵路的高速發(fā)展，越來越多的深水庫區(qū)橋梁投入到建設(shè)之中，在深水橋梁下部結(jié)構(gòu)的選擇中，高樁承臺基礎(chǔ)因具有承載力高、剛度大、沉降量小、適應(yīng)性強等諸多優(yōu)點，在深水庫區(qū)橋梁中得到了廣泛應(yīng)用，由于常規(guī)多塔部分斜拉橋高樁承臺方案的設(shè)計一般根據(jù)工程經(jīng)驗進行，工程師的主觀經(jīng)驗對承臺設(shè)計的影響大，沒有具體的流程與方法來進行設(shè)計，且需要多次反復(fù)計算驗證結(jié)構(gòu)可靠性，工作量大，人力物力耗費大，因此，基于橋梁外部條件合理確定高樁承臺設(shè)計方案顯得尤為重要。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的是根據(jù)上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供了一種鐵路多塔部分斜拉橋高樁承臺設(shè)計及計算方法，根據(jù)深水庫區(qū)地質(zhì)條件、鐵路線路標(biāo)高、多塔部分斜拉橋主要結(jié)構(gòu)參數(shù)，確定高樁承臺設(shè)計方案，能夠減少高樁承臺設(shè)計工作量，并指導(dǎo)實際工程中高樁承臺的設(shè)計。

2、本發(fā)明目的實現(xiàn)由以下技術(shù)方案完成：

3、一種多塔部分斜拉橋高樁承臺的設(shè)計方法，包括以下步驟：

4、基于深水庫區(qū)地質(zhì)條件，確定多個特征參數(shù)取值，提出樁基判別式▽＝abc確定樁基類型，并擬定樁基直徑d。

5、根據(jù)樁基判別式確定樁基類型，其具體步驟為，

6、a為土質(zhì)系數(shù)，砂土?xí)r，a＝0.5，其余情況a＝1；b為持力層埋深系數(shù)，當(dāng)持力層埋深小于60m時，b＝1，埋深大于60m、小于80m時，b＝5，埋深大于80m時，b＝10；c為水質(zhì)腐蝕性系數(shù)，腐蝕性較強時，c＝1，腐蝕性弱時，c＝0.5。當(dāng)▽≤1時，選用預(yù)應(yīng)力混凝土管樁；當(dāng)1＜▽≤2.5時，選用鋼管樁；當(dāng)2.5＜▽時，選用鉆孔灌注樁。

7、樁基判別具體見表1。

8、表1樁基類型選取表

9、

10、根據(jù)橋跨—樁徑關(guān)系公式d＝βl+d0，擬定樁基直徑d。

11、式中，l為橋梁的跨徑，β為經(jīng)驗系數(shù)，通常取0.005-0.01，d0為初始樁徑，通常取1-1.5m。

12、考慮庫區(qū)中水對樁基的不利作用，在原有單樁能力計算公式的基礎(chǔ)上提出修正后的單樁承載能力計算公式將水深、樁基類型及樁基類型系數(shù)帶入計算工作，確定修正后單樁承載能力n。

13、其中，n為單樁豎向承載力特征值，u為樁身截面周長，ψ、λ為由樁基類型系數(shù)，按規(guī)范取值，fi、r為樁周土的極限摩阻力和樁底持力層土的極限承載力，li為樁穿過的各土層的厚度，a為樁底支承面積，γw為水的重度，hw為水深。

14、基于橋梁結(jié)構(gòu)上部設(shè)計荷載，根據(jù)樁基類型以及受力特性，考慮高樁基礎(chǔ)的群樁效應(yīng)，在原有計算公式的基礎(chǔ)上提出修正后的樁基數(shù)量計算公式將承臺豎向荷載f、單樁承載能力n及群樁效應(yīng)修正系數(shù)帶入計算，確定樁基數(shù)量n。

15、其中，f為承臺承受的豎向荷載，μ為考慮力矩作用的經(jīng)驗系數(shù)，通常取值為1.1-1.2，ξ為群樁效應(yīng)修正系數(shù)。

16、群樁效應(yīng)的修正系數(shù)ξ的計算方法為：

17、利用未修正樁基計算公式計算n1，考慮中樁與邊樁承載力差異，得到修正系數(shù)n1為未修正前的樁基數(shù)量。

18、針對高樁穩(wěn)定問題，提出高樁穩(wěn)定計算模型，計算樁基最大自由樁長，高樁失穩(wěn)計算公式為：通過樁基穩(wěn)定計算公式可得到最大自由樁長l0max。

19、其中，pcr為樁基失穩(wěn)臨界承載能力，k為地基約束強弱系數(shù)，為樁土影響系數(shù)，通常取0.3-0.5，ei為樁基剛度，l0為自由樁長，n0為初步確定的樁基數(shù)量，l0max為最大自由樁長。

20、地基約束強弱系數(shù)k的確定方法為：

21、由于地基約束作用與樁基埋深有關(guān)，且樁基埋深越大，樁基越不易失穩(wěn)，故地基約束系數(shù)計算公式為h為樁基埋深，l為樁基總長度。

22、由于樁長超過最大自由樁長，結(jié)構(gòu)失穩(wěn)破壞，可以得到最大承臺底面標(biāo)高，且承臺應(yīng)高于河床面，得到最小承臺底面標(biāo)高，由此提出上下限約束計算式：hmin≤h≤hmax，hmin＝h0+h，hmax＝l0max+h0+h，其中hmax為最大承臺標(biāo)高，hmin為最小承臺標(biāo)高，h0為樁基埋置處標(biāo)高。

23、針對承臺標(biāo)高的確定，根據(jù)承臺設(shè)計標(biāo)高上下限約束條件，提出承臺底面設(shè)計標(biāo)高計算公式：hb＝hmin+η(hmax-hmin)，代入承臺底面標(biāo)高約束條件及最大自由樁長，可得通過計算公式可得到承臺底面設(shè)計標(biāo)高。

24、其中，hb為承臺底面標(biāo)高，η為經(jīng)濟決策系數(shù)，η∈(0,1)。

25、經(jīng)濟決策系數(shù)η的確定方法為：

26、由于承臺標(biāo)高下降，水中作業(yè)量增大，會顯著增加工程造價，同時能改善樁基受力，可以用二次曲線f(h)＝ah2+bh+c進行擬合，曲線較緩段工程造價波動不大，斜率為-1時為界限值，經(jīng)濟決策系數(shù)

27、其中，f(h)為工程造價隨承臺標(biāo)高的變化函數(shù)，a、b、c為根據(jù)工程概算數(shù)據(jù)擬合得到的曲線方程系數(shù)。

28、基于擬定的承臺設(shè)計標(biāo)高以及樁基數(shù)量，擬定承臺設(shè)計方案，并進行直徑-標(biāo)高迭代法得到合理的承臺設(shè)計方案。

29、直徑-標(biāo)高迭代法驗算包括以下步驟：

30、承臺設(shè)計方案進行沖切破壞、剪切破壞、受彎及變形等驗算，若未通過，則根據(jù)檢核結(jié)果，重新擬定樁基直徑或重新擬定承臺標(biāo)高進行計算，獲取新的承臺設(shè)計方案；若通過，則得到最終承臺設(shè)計方案。

31、本發(fā)明的優(yōu)點是：

32、1)本發(fā)明通過確定修正后單樁的水平承載力，可以確定樁基數(shù)量，從而在滿足群樁承載力的需求下，可以節(jié)省施工成本；

33、2)本發(fā)明通過樁基失穩(wěn)計算模型確定自由樁長，從而確定高樁承臺設(shè)計標(biāo)高約束條件，考慮經(jīng)濟指標(biāo)，得到合理高樁承臺設(shè)計標(biāo)高，可以減少設(shè)計工作量。

技術(shù)特征：

1.一種鐵路多塔部分斜拉橋高樁承臺設(shè)計及計算方法，其特征在于：包括如下步驟：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種鐵路多塔部分斜拉橋高樁承臺設(shè)計及計算方法，其特征在于：對所述承臺設(shè)計方案進行沖切破壞、剪切破壞、受彎及變形等驗算，若未通過，則根據(jù)檢核結(jié)果，重新擬定樁基直徑或重新擬定承臺標(biāo)高進行計算，獲取新的承臺設(shè)計方案；若通過，則得到最終承臺設(shè)計方案。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種鐵路多塔部分斜拉橋高樁承臺設(shè)計及計算方法，其特征在于：所述樁基判別式為：

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種鐵路多塔部分斜拉橋高樁承臺設(shè)計及計算方法，其特征在于：所述橋跨-樁徑關(guān)系式的計算公式為：

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種鐵路多塔部分斜拉橋高樁承臺設(shè)計及計算方法，其特征在于：考慮庫區(qū)中水對樁基的不利作用，在原有單樁能力計算公式的基礎(chǔ)上提出修正后的單樁承載能力計算公式將水深、樁基類型及樁基類型系數(shù)帶入計算工作，確定修正后單樁承載能力n。其中，pcr為樁基失穩(wěn)臨界承載能力，k為地基約束強弱系數(shù)，為樁土影響系數(shù)，通常取0.3-0.5，ei為樁基剛度，l0為自由樁長，n0為初步確定的樁基數(shù)量，l0max為最大自由樁長。

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種鐵路多塔部分斜拉橋高樁承臺設(shè)計及計算方法，其特征在于：基于橋梁結(jié)構(gòu)上部設(shè)計荷載，根據(jù)樁基類型以及受力特性，考慮高樁基礎(chǔ)的群樁效應(yīng)，在原有計算公式的基礎(chǔ)上提出修正后的樁基數(shù)量計算公式將承臺豎向荷載f、單樁承載能力n及群樁效應(yīng)修正系數(shù)帶入計算，確定樁基數(shù)量n；

7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種鐵路多塔部分斜拉橋高樁承臺設(shè)計及計算方法，其特征在于：針對高樁穩(wěn)定問題，提出高樁穩(wěn)定計算模型，計算樁基最大自由樁長，高樁失穩(wěn)計算公式為：

8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種鐵路多塔部分斜拉橋高樁承臺設(shè)計及計算方法，其特征在于：所述承臺底面標(biāo)高上下限約束條件的確定方法為：

9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種鐵路多塔部分斜拉橋高樁承臺設(shè)計及計算方法，其特征在于：所述承臺底面設(shè)計標(biāo)高計算公式為：

10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種鐵路多塔部分斜拉橋高樁承臺設(shè)計及計算方法，其特征在于：所述經(jīng)濟決策系數(shù)為

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明涉及土木工程技術(shù)領(lǐng)域，尤其是一種鐵路多塔部分斜拉橋高樁承臺設(shè)計及計算方法，根據(jù)地質(zhì)條件，根據(jù)樁基判別式確定樁基類型，并按橋跨?樁徑關(guān)系式擬定樁基直徑；根據(jù)樁徑及地質(zhì)條件按照修正后的樁基承載能力計算公式計算樁基承載能力，并將初步擬定的直徑帶入修正后樁基數(shù)量計算公式，求解得到樁基數(shù)量；將樁基直徑、樁基數(shù)量代入高樁穩(wěn)定計算公式，得到最大自由樁長，從而得到承臺底面標(biāo)高上下限約束條件，根據(jù)承臺底面設(shè)計標(biāo)高計算公式，根據(jù)經(jīng)濟決策系數(shù)確定承臺設(shè)計標(biāo)高；由樁基數(shù)量及承臺設(shè)計標(biāo)高得到承臺設(shè)計方案。本發(fā)明的優(yōu)點是：能夠減少高樁承臺設(shè)計工作量，并指導(dǎo)實際工程中高樁承臺的設(shè)計。

技術(shù)研發(fā)人員：陳懷智,劉建紅,陳東巨,張欣欣,潘湘文,路小雨,吝永亮,楊雪成,鄭存筆,陳杰
受保護的技術(shù)使用者：中鐵上海設(shè)計院集團有限公司
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/12/19