[交通运输]4黄土地区桥梁桩基设计与施工相关技术问题课件.ppt

1、汇汇 报报 内内 容容12345 黄土是第四纪堆积的、以粉土颗粒为主、富含碳酸盐、具有黄土是第四纪堆积的、以粉土颗粒为主、富含碳酸盐、具有大孔性、黄色的松软沉积物。大孔性、黄色的松软沉积物。黄土分为黄土分为湿陷性黄土湿陷性黄土和和非湿陷性黄土非湿陷性黄土两类，其中两类，其中湿陷性黄土湿陷性黄土的危害最大的危害最大。黄土在一定的压力作用下受水浸湿，土结构迅速破。黄土在一定的压力作用下受水浸湿，土结构迅速破坏而发生显著附加下沉的性质，叫做坏而发生显著附加下沉的性质，叫做黄土的湿陷性黄土的湿陷性。黄土地区桩基础在浸水后，不黄土地区桩基础在浸水后，不但正摩阻力完全消失，还会由于湿但正摩阻力完全消失，还

2、会由于湿陷的过大沉降产生负摩阻力，该负陷的过大沉降产生负摩阻力，该负摩阻力由桩端土承担，从而使桩的摩阻力由桩端土承担，从而使桩的设计长度增大，施工难度加大，经设计长度增大，施工难度加大，经济效益明显降低济效益明显降低。从桩基设计的角度来看，湿陷性黄土具有的工程特点：从桩基设计的角度来看，湿陷性黄土具有的工程特点：（1 1）大孔隙。大孔隙。其孔隙比一般在其孔隙比一般在1.01.0左右或更大。左右或更大。（2 2）含水率变化对承载力的影响十分明显。含水率变化对承载力的影响十分明显。湿陷性黄土湿陷性黄土在天然含水量状态下，一般处于坚硬、硬塑和可塑状态，其在天然含水量状态下，一般处于坚硬、硬塑和可塑状

3、态，其承载力标准值一般都可大于承载力标准值一般都可大于100kPa100kPa，甚至可超过，甚至可超过200kPa200kPa。但。但浸水后，则黄土地基的承载力大大降低，承载力标准值小于浸水后，则黄土地基的承载力大大降低，承载力标准值小于100kPa100kPa，甚至小于，甚至小于50kPa50kPa。（3 3）水对黄土结构的影响很大。水对黄土结构的影响很大。由于黄土结构对水作用由于黄土结构对水作用的特殊敏感性，干型黄土、湿型黄土与饱和黄土的动力性质的特殊敏感性，干型黄土、湿型黄土与饱和黄土的动力性质具有明显的差别。具有明显的差别。黄黄土土的的工工程程特特性性及及对对桩桩荷荷载载传传递递规规律

4、律的的影影响响黄黄土土的的工工程程特特性性及及对对桩桩荷荷载载传传递递规规律律的的影影响响 （4 4）振陷与湿陷。振陷与湿陷。黄土的振陷与湿陷分别是以振和湿作黄土的振陷与湿陷分别是以振和湿作为诱发因素使黄土的结构破坏而发生的附加的沉陷。为诱发因素使黄土的结构破坏而发生的附加的沉陷。（5 5）负摩阻力。负摩阻力。自重湿陷性黄土地基浸水后，不但正摩自重湿陷性黄土地基浸水后，不但正摩擦力完全消失，还会由于湿陷的过大沉降产生负摩擦力，该擦力完全消失，还会由于湿陷的过大沉降产生负摩擦力，该负摩擦力将要由桩尖土承担。负摩擦力将要由桩尖土承担。黄土地区的桥梁桩基，由于受到黄土湿陷性影黄土地区的桥梁桩基，由于

5、受到黄土湿陷性影响，其沉降变形大于桩身的沉降变形时，桩侧将出响，其沉降变形大于桩身的沉降变形时，桩侧将出现向下作用的负摩阻力。现向下作用的负摩阻力。桩的负摩阻力的发生将使桩侧土的部分重力传桩的负摩阻力的发生将使桩侧土的部分重力传递给桩，因此，负摩阻力不但不能成为桩承载力的递给桩，因此，负摩阻力不但不能成为桩承载力的一部分，反而变成施加在桩上的外荷载，对入土深一部分，反而变成施加在桩上的外荷载，对入土深度相同的桩来说，若有负摩阻力发生，则桩的外荷度相同的桩来说，若有负摩阻力发生，则桩的外荷载增大，桩的承载力相对降低，桩基沉降加大。载增大，桩的承载力相对降低，桩基沉降加大。图图1-1 1-1 负摩

6、阻力示意图负摩阻力示意图 黄土的工程特性及对桩荷载传递规律的影响黄土的工程特性及对桩荷载传递规律的影响在地面以下某一位置，土对桩无相对位移，该位置在地面以下某一位置，土对桩无相对位移，该位置称为中性点，称为中性点，中性点处既无正摩阻力，又无负摩阻力中性点处既无正摩阻力，又无负摩阻力，如图如图1-21-2所示。所示。图图1-2 中性点位置中性点位置负摩阻力正摩阻力中性点湿陷土层厚度桩体沉降湿陷土沉降中性点位置h1h0h2中性点中性点黄土的工程特性及对桩荷载传递规律的影响黄土的工程特性及对桩荷载传递规律的影响 浸水前桩的极限承载浸水前桩的极限承载力大于力大于9600KN9600KN，这一结果，这一

7、结果明显大于芝川桥桩的极限明显大于芝川桥桩的极限承载力设计值承载力设计值8000KN8000KN。当荷载达当荷载达8000KN8000KN时曲线时曲线出现明显的反弯点，由此可出现明显的反弯点，由此可以初步判断浸水后以初步判断浸水后1#1#桩的极桩的极限承载力为限承载力为8000KN8000KN。黄黄土土地地区区桥桥梁梁桩桩基基浸浸水水前前后后的的受受力力特特性性 桩浸水前、后的极限承载力桩浸水前、后的极限承载力差异明显，前者远大于后者；而差异明显，前者远大于后者；而在相同荷载下，桩在浸水前的沉在相同荷载下，桩在浸水前的沉降量远小于后者，这说明桩周浸降量远小于后者，这说明桩周浸水引起桩侧湿陷性黄

8、土发生湿陷水引起桩侧湿陷性黄土发生湿陷，其抗剪强度降低，对桩承载力，其抗剪强度降低，对桩承载力有明显影响。有明显影响。黄黄土土地地区区桥桥梁梁桩桩基基浸浸水水前前后后的的受受力力特特性性 在各级荷载作用下，随着在各级荷载作用下，随着桩入土深度的增加，桩身轴力桩入土深度的增加，桩身轴力逐渐减小，说明桩在传递竖向逐渐减小，说明桩在传递竖向荷载过程中，大部分荷载转嫁荷载过程中，大部分荷载转嫁给了桩侧土体，桩端承受的荷给了桩侧土体，桩端承受的荷载很小，试桩显示出摩擦桩的载很小，试桩显示出摩擦桩的力学特性。力学特性。黄黄土土地地区区桥桥梁梁桩桩基基浸浸水水前前后后的的受受力力特特性性 桩周黄土在浸水后其

9、轴力桩周黄土在浸水后其轴力的分布性状总体趋势是从地面的分布性状总体趋势是从地面向下逐渐减小，但沿桩长向下向下逐渐减小，但沿桩长向下某些断面区间的轴力相对提高某些断面区间的轴力相对提高，出现这一情况的原因是在相，出现这一情况的原因是在相应断面区间产生了负摩阻力的应断面区间产生了负摩阻力的缘故。缘故。黄黄土土地地区区桥桥梁梁桩桩基基浸浸水水前前后后的的受受力力特特性性 桩周浸水前、后轴力的分布规律有较大的差异，在各桩周浸水前、后轴力的分布规律有较大的差异，在各级荷载作用下，前者是随着桩入土深度的增加轴力减小，级荷载作用下，前者是随着桩入土深度的增加轴力减小，而后者则是随着桩入土深度的增加，轴力不减

10、反增，这是而后者则是随着桩入土深度的增加，轴力不减反增，这是由于桩周土体浸水后发生湿陷产生负摩阻力所致。由于桩周土体浸水后发生湿陷产生负摩阻力所致。浸水前后桩的轴力分布规律对比如浸水前后桩的轴力分布规律对比如图图2-12-1所示。所示。黄黄土土地地区区桥桥梁梁桩桩基基浸浸水水前前后后的的受受力力特特性性黄黄土土地地区区桥桥梁梁桩桩基基浸浸水水前前后后的的受受力力特特性性图图2-1 浸水前后桩的轴力分布规律对比浸水前后桩的轴力分布规律对比 浸水前桩的侧阻力均为浸水前桩的侧阻力均为正摩阻力。加载较小时，侧正摩阻力。加载较小时，侧阻力发挥较小，随着加载等阻力发挥较小，随着加载等级的增大，桩侧阻力逐渐

11、增级的增大，桩侧阻力逐渐增大，当加载达最大时，大部大，当加载达最大时，大部分土层的侧阻力达极限值。分土层的侧阻力达极限值。黄黄土土地地区区桥桥梁梁桩桩基基浸浸水水前前后后的的受受力力特特性性 浸水后桩的侧阻力部分浸水后桩的侧阻力部分出现负摩阻力，随着荷载的出现负摩阻力，随着荷载的增大，桩的沉降变形量也增增大，桩的沉降变形量也增大，相应的负摩阻力减小。大，相应的负摩阻力减小。黄黄土土地地区区桥桥梁梁桩桩基基浸浸水水前前后后的的受受力力特特性性 桩在浸水前桩侧土层提供的都是正摩阻力，而浸水后桩在浸水前桩侧土层提供的都是正摩阻力，而浸水后桩侧在桩侧在20.0m20.0m以上的大部土层产生了负摩阻力，

12、以上的大部土层产生了负摩阻力，20.0m20.0m以下以下的土层都为正摩阻力；浸水前、后在的土层都为正摩阻力；浸水前、后在20.0m20.0m以下桩侧达极以下桩侧达极限摩阻力的土层不同，且后者较前者的多，这是由于负摩限摩阻力的土层不同，且后者较前者的多，这是由于负摩阻力引起的。阻力引起的。浸水前后桩的轴力分布规律对比如浸水前后桩的轴力分布规律对比如图图2-22-2所示。所示。黄黄土土地地区区桥桥梁梁桩桩基基浸浸水水前前后后的的受受力力特特性性黄黄土土地地区区桥桥梁梁桩桩基基浸浸水水前前后后的的受受力力特特性性图图2-2 浸水前后桩的轴力分布规律对比浸水前后桩的轴力分布规律对比 试验通过桩周浸水

13、，研试验通过桩周浸水，研究负摩阻力的变化性状。究负摩阻力的变化性状。在浸水期间桩的沉降在浸水期间桩的沉降变形量和其周围土的浸水变形量和其周围土的浸水特性一致，桩顶的沉降量特性一致，桩顶的沉降量较桩周土的沉降变形量小较桩周土的沉降变形量小得多。得多。黄黄土土地地区区桥桥梁梁桩桩基基浸浸水水前前后后的的受受力力特特性性 湿陷性黄土地基的湿陷等级，即地基土受水浸湿、湿陷性黄土地基的湿陷等级，即地基土受水浸湿、发生湿陷的程度，可以用地基内各土层湿陷下沉稳定后发生湿陷的程度，可以用地基内各土层湿陷下沉稳定后所发生湿陷量的总和所发生湿陷量的总和(总湿陷量总湿陷量)来衡量。来衡量。总湿陷量越大，总湿陷量越大

14、，对桥梁桩基等建筑物的危害越大，相应的设计、施工和对桥梁桩基等建筑物的危害越大，相应的设计、施工和处理措施要求也相应地越高。处理措施要求也相应地越高。湿陷性黄土地区建筑规范湿陷性黄土地区建筑规范(GB 500252004)对地基对地基总湿陷量总湿陷量(cm)用下式计算：用下式计算：式中：式中：第第i层土的湿陷系数；层土的湿陷系数；第第i层土的厚度层土的厚度(cm)；考虑地基土浸水机率、侧向挤出条件等因素的考虑地基土浸水机率、侧向挤出条件等因素的修正修正系数，基底下系数，基底下5m(或压缩层或压缩层)深度内取深度内取1.5；5m(或压缩层或压缩层)以下，非自重湿陷性黄土地基以下，非自重湿陷性黄土

15、地基0，自重湿陷性黄土地基，自重湿陷性黄土地基中中 取值见表取值见表3.1。黄黄土土湿湿陷陷等等级级对对桥桥梁梁桩桩基基承承载载特特性性的的影影响响s1nssiiih siih0黄黄土土湿湿陷陷等等级级对对桥桥梁梁桩桩基基承承载载特特性性的的影影响响地区地区0陇西陇西1.5陇东、陕北陇东、陕北1.2关中关中0.7其他（如山西、河北、河南等）其他（如山西、河北、河南等）0.5表表3.10的取值的取值 湿陷性黄土地基的湿陷等级可湿陷性黄土地基的湿陷等级可以综合考虑地基以综合考虑地基总湿陷总湿陷量量 和计算和计算自重湿陷量自重湿陷量 两方面因素，按两方面因素，按表表3.2判定。判定。黄黄土土湿湿陷陷

16、等等级级对对桥桥梁梁桩桩基基承承载载特特性性的的影影响响szs表表3.2 湿陷性黄土地基的湿陷等级湿陷性黄土地基的湿陷等级 湿陷类型湿陷类型 zszs(cm)(cm)s s(cm)(cm)非自重湿陷性地基非自重湿陷性地基自重湿陷性地基自重湿陷性地基 zszs7 77 7 zszs3535 zszs3535 s s30303030 s s6060 s s6060(轻微轻微)(中等中等)(中等中等)或或(严重严重)(严重严重)(很严重很严重)目前目前在桩基承载特性研究中，在桩基承载特性研究中，对于负摩擦力的确定仍对于负摩擦力的确定仍处于探索阶段，有许多问题还有待研究。处于探索阶段，有许多问题还有待

17、研究。结合近年来在黄土地区做的桩基现场试验资料，通过结合近年来在黄土地区做的桩基现场试验资料，通过有限元数值仿真分析，分析自重湿陷性黄土湿陷性等级对有限元数值仿真分析，分析自重湿陷性黄土湿陷性等级对于桩基的承载力特性的影响因素及负摩擦力的分布规律。于桩基的承载力特性的影响因素及负摩擦力的分布规律。黄黄土土湿湿陷陷等等级级对对桥桥梁梁桩桩基基承承载载特特性性的的影影响响 （1 1）湿陷系数）湿陷系数对中性点的影响对中性点的影响 设中性点深度设中性点深度h1与湿陷土层深度与湿陷土层深度h0之比为之比为（=h1/h0）。）。表表3.3给出给出随自重湿陷系数随自重湿陷系数及湿陷土层深度及湿陷土层深度h

18、0变化变化表表。图图3-1分别显示桩径为分别显示桩径为1.2m，h0分别为分别为5m、10m、15m时，自重湿陷系数时，自重湿陷系数对对（h1/h0）的影响。）的影响。（2）湿陷系数对湿陷系数对P1/P0的影响的影响 图图3-2为湿陷性土层深度为为湿陷性土层深度为10m时，不同的桩长、桩时，不同的桩长、桩径对应的径对应的P1/P0与湿陷系数的关系曲线。其中，与湿陷系数的关系曲线。其中，P0为未湿陷为未湿陷时桩的极限承载力，时桩的极限承载力，P1为发生湿陷后桩基对应的极限承载为发生湿陷后桩基对应的极限承载力，力，P1/P0 则是在负摩阻力作用下桩基剩余极限承载力与则是在负摩阻力作用下桩基剩余极限

19、承载力与原极限承载力之比，该值反映了负摩阻力对桩极限承载力原极限承载力之比，该值反映了负摩阻力对桩极限承载力影响程度。影响程度。黄黄土土湿湿陷陷等等级级对对桥桥梁梁桩桩基基承承载载特特性性的的影影响响黄黄土土湿湿陷陷等等级级对对桥桥梁梁桩桩基基承承载载特特性性的的影影响响表表3.3 3.3 与与及及h h0 0关系表关系表 h0(m)0.0150.0250.0450.08550.880.950.960.98100.950.970.970.980.990.99150.980.980.990.993图图3-1 3-1 不同桩长下的不同桩长下的h h1 1/h/h0 0曲线曲线(a)h0=5m(b)

20、h0=10m(c)h0=15m图图3-2 3-2 P P1 1/P/P0 0与湿陷系数关系曲线与湿陷系数关系曲线(a)L=15m(b)L=35m(c)L=60m（3）成果分析）成果分析 随湿陷系数及湿陷厚度的增大而增大，说明湿陷随湿陷系数及湿陷厚度的增大而增大，说明湿陷系数越大，湿陷厚度越大，中性点深度与湿陷层深度越系数越大，湿陷厚度越大，中性点深度与湿陷层深度越接近；桩长越长，接近；桩长越长，值越大，因为这些中性点位置都是值越大，因为这些中性点位置都是在极限荷载下求得的，桩长越长对应的极限荷载越大，在极限荷载下求得的，桩长越长对应的极限荷载越大，桩身的压缩就越大，其中性点位置就越靠下。桩身的

21、压缩就越大，其中性点位置就越靠下。P1/P0随湿陷系数随湿陷系数的增大而减小，说明当桩体参数的增大而减小，说明当桩体参数相同时，相同时，越大，湿陷作用对桩的承载力的折减就越明越大，湿陷作用对桩的承载力的折减就越明显。显。黄黄土土湿湿陷陷等等级级对对桥桥梁梁桩桩基基承承载载特特性性的的影影响响 新黄土、老黄土、一般湿陷性黄土和饱和黄土的承载新黄土、老黄土、一般湿陷性黄土和饱和黄土的承载力确定，按力确定，按湿陷性黄土地区建筑规范湿陷性黄土地区建筑规范(GB 50025GB 50025-2004 2004)查表确定。查表确定。（1 1）一般湿陷性黄土承载力基本值按）一般湿陷性黄土承载力基本值按表表4

22、.14.1查得。查得。（2 2）饱和黄土承载力基本值按）饱和黄土承载力基本值按表表4.24.2确定。确定。（3 3）近期堆积黄土承载力基本值按）近期堆积黄土承载力基本值按表表4.34.3确定。确定。（4 4）静力触探比贯入阻力）静力触探比贯入阻力P Ps s确定承载力按确定承载力按表表4.44.4确定确定。（5 5）老黄土承载力按）老黄土承载力按表表4.54.5确定。确定。表表4.1 4.1 一般湿陷性黄土承载力基本值一般湿陷性黄土承载力基本值 f w(%)(kPa)wL/e 13161922252218017015013011025190180160140120282101901701501

23、30312302101901701503425023021019017037250230210190注：注：(1)含水量小于塑限时，可按塑限含水量确定。含水量小于塑限时，可按塑限含水量确定。(2)含水量小于含水量小于10%的土，因湿度过低的土，建筑物建成使用后，由于环境条件的土，因湿度过低的土，建筑物建成使用后，由于环境条件 的改变，土的含水量将会有所增加，承载力将会随之降低。遇到此种情况时的改变，土的含水量将会有所增加，承载力将会随之降低。遇到此种情况时，按表中最小含水量确定。按表中最小含水量确定。表表4.2 4.2 饱和黄土承载力基本值饱和黄土承载力基本值 f w(%)(kPa)(MPa-

24、1)0.80.91.01.11.20.11861830.21731701660.31601571531500.41471441401361330.51331301261231190.61191161131101060.710610310097930.8908784800.97471681.05854表表4.3 4.3 近期堆积黄土承载力基本值近期堆积黄土承载力基本值 f w/wL (kPa)(MPa-1)0.40.50.60.70.80.90.21491431381331281230.41371321271221171120.61261211161111061010.8115110105100

25、95901.0100959085801.2858095901.4706560表表4.4 4.4 静力触探比贯入阻力静力触探比贯入阻力 确定承载力确定承载力sPf(MPa)0.30.50.70.91.11.31.51.71.92.12.32.52.72.93.13.3(kPa)5565758392100108116124132140148157165173182sP表表4.5 4.5 老黄土承载力确定老黄土承载力确定(为规范建议值为规范建议值)层位号(ST)深度范围 D(m)(第一层古土壤层底向下)(kPa)1D530040025D10400500310D20500800420D40800120

26、0540D60120016006D601600f 按照物理、力学指标之间的相关关系，确定黄土承载按照物理、力学指标之间的相关关系，确定黄土承载力的统计回归公式如下：力的统计回归公式如下：（1 1）饱和黄土）饱和黄土0.95219.4 1322787,0.688,37.25,4.98LwfawnrFF（2 2）新近堆积黄土）新近堆积黄土0.95175.347.246.691,0.726,58.12,4.90224.8 16.37(Scm)28,0.936LwfawnrFFfSnr 为重型动触贯入量，单位黄黄土土地地区区桥桥梁梁桩桩基基承承载载力力确确定定方方法法（3 3）河谷阶地新近堆积黄土）河

27、谷阶地新近堆积黄土44.744.467,0.925270.9 18948,0.777sLfPnrwfwnr 黄黄土土地地区区桥桥梁梁桩桩基基承承载载力力确确定定方方法法 （1 1）适用于关中、豫、晋东南东部、晋东南西部和山东）适用于关中、豫、晋东南东部、晋东南西部和山东 地区的经验公式：地区的经验公式：适用范围：适用范围：P Ps s=500=5005000kPa 5000kPa 0.0565sfP（2 2）适用于陇西、青海、汾河流域和陇东地区的经验公）适用于陇西、青海、汾河流域和陇东地区的经验公 式：式：适用范围：适用范围：P Ps s=1000=10005500kPa 5500kPa 0.

28、0535sfP（3 3）适用于晋、陕、宁北部和河西走廊地区的经验公式：）适用于晋、陕、宁北部和河西走廊地区的经验公式：适用范围：适用范围：P Ps s=1000=10006500kPa 6500kPa 0.0440sfP黄黄土土地地区区桥桥梁梁桩桩基基承承载载力力确确定定方方法法 目前国内、外对桩基负摩阻力的计算主要有：目前国内、外对桩基负摩阻力的计算主要有：（1 1）大面积地面下沉的负摩擦力）大面积地面下沉的负摩擦力 公式：公式：式中，式中，有效应力（有效应力（kPakPa）。）。3.0ff （2 2）粘性土的负摩擦力）粘性土的负摩擦力 公式：公式：式中，式中，无侧限抗压强度（无侧限抗压强度

29、（kPakPa）。）。2/uqf uqf黄黄土土地地区区桥桥梁梁桩桩基基承承载载力力确确定定方方法法 （3 3）由于活荷载而引起的负摩擦力）由于活荷载而引起的负摩擦力 公式：公式：式中，式中，有效应力（有效应力（kPakPa）。）。f4.0f （4 4）用三轴不排水固结强度计算负摩擦力）用三轴不排水固结强度计算负摩擦力 公式：公式：式中，式中，三轴不排水剪测定的粘聚力；三轴不排水剪测定的粘聚力；土的平均有效应力，地基的垂直总应力土的平均有效应力，地基的垂直总应力 减去孔隙水压力；减去孔隙水压力；土的侧压力系数，土的侧压力系数，软土取，软土取0.50.5。fuuvuuKtgCfuuCvKvhK黄

30、黄土土地地区区桥桥梁梁桩桩基基承承载载力力确确定定方方法法 （5 5）按有效应力法计算负摩擦力）按有效应力法计算负摩擦力 公式：公式：式中，自重湿陷性黄土式中，自重湿陷性黄土 值取值取0.200.200.350.35。fKtgafvKtga黄黄土土地地区区桥桥梁梁桩桩基基承承载载力力确确定定方方法法 （6 6）用静力触探试验结果确定负摩擦力）用静力触探试验结果确定负摩擦力 公式：公式：式中，式中，锥尖阻力（锥尖阻力（kPakPa）。）。f （7 7）用标准贯入试验）用标准贯入试验N N值确定负摩擦力值确定负摩擦力 公式：公式：（沙类土）（沙类土）（粘性土）（粘性土）f10/cqf cq35/N

31、f12/Nf 由于黄土其特有的工程性状，使得桩基在设计与使用上由于黄土其特有的工程性状，使得桩基在设计与使用上受到很大的限制，目前国内、外都是在考虑黄土的湿陷性后，受到很大的限制，目前国内、外都是在考虑黄土的湿陷性后，加大桩的设计长度，使桩端位于非湿陷性黄土层上，由此无加大桩的设计长度，使桩端位于非湿陷性黄土层上，由此无形增加了桩的施工难度和工程造价。另外，我国公路桥梁技形增加了桩的施工难度和工程造价。另外，我国公路桥梁技术规范中对黄土地区桩基础的设计理论中因选用桩设计参数术规范中对黄土地区桩基础的设计理论中因选用桩设计参数不合理，使得桩的埋深过大或过小，从而引起不必要的浪费不合理，使得桩的埋

32、深过大或过小，从而引起不必要的浪费或工程隐患。或工程隐患。因此，综合考虑黄土的各种工程因素后，因此，综合考虑黄土的各种工程因素后，方可方可进行进行黄土地区黄土地区桥梁桥梁桩基桩基工程设计工程设计。结合湿陷性黄土的工程特性，对黄土地层中桩基的设计结合湿陷性黄土的工程特性，对黄土地层中桩基的设计需要注意和考虑的问题如下。需要注意和考虑的问题如下。（1 1）桩型的选择）桩型的选择 位于湿陷性黄土地区桥梁结构，对上部结构荷载大或地位于湿陷性黄土地区桥梁结构，对上部结构荷载大或地基浸水可能性大时，主要采用桩基础。将一定长度的桩穿透基浸水可能性大时，主要采用桩基础。将一定长度的桩穿透湿陷性黄土层，使上部结

33、构的荷载通过桩端传到非湿陷性土湿陷性黄土层，使上部结构的荷载通过桩端传到非湿陷性土层，此时即使地基受水浸湿，也可以避免湿陷的危害（若能层，此时即使地基受水浸湿，也可以避免湿陷的危害（若能使用端承桩更好）。在湿陷性黄土地区采用的桩基础按施工使用端承桩更好）。在湿陷性黄土地区采用的桩基础按施工方法有沉桩、灌注桩、管桩基础、钻埋空心桩及爆扩桩等。方法有沉桩、灌注桩、管桩基础、钻埋空心桩及爆扩桩等。黄黄土土地地区区桥桥梁梁桩桩基基工工程程设设计计技技术术 （2 2）设计中负摩阻力的考虑）设计中负摩阻力的考虑 工程中应具体情况考虑负摩阻力验算桩基的承载力和沉工程中应具体情况考虑负摩阻力验算桩基的承载力和

34、沉降。此外，有关湿陷性黄土地区建筑的规范规定：自重湿陷降。此外，有关湿陷性黄土地区建筑的规范规定：自重湿陷性黄土场地的单桩承载力，除不计湿陷性土层范围内的桩周性黄土场地的单桩承载力，除不计湿陷性土层范围内的桩周正摩阻力外，还应扣除桩侧的负摩阻力，同时规定桩侧负摩正摩阻力外，还应扣除桩侧的负摩阻力，同时规定桩侧负摩阻力的计算深度，应自桩的承台底面算起，到其下非湿陷性阻力的计算深度，应自桩的承台底面算起，到其下非湿陷性黄土土层顶面为止，桩侧负摩阻力的取值如表黄土土层顶面为止，桩侧负摩阻力的取值如表5.15.1所示。所示。表表5.1 桩侧负摩阻力值桩侧负摩阻力值(kPa)自重湿陷量zs(cm)挖、钻

35、孔灌注桩沉桩7201015201520黄黄土土地地区区桥桥梁梁桩桩基基工工程程设设计计技技术术 也可按下式计算负摩阻力：也可按下式计算负摩阻力：式中：式中：竖向有效应力，竖向有效应力，土的有效重度；土的有效重度；土的侧压力系数；土的侧压力系数；计算处土的有效内摩擦角；计算处土的有效内摩擦角；系数，自重湿陷性黄土系数，自重湿陷性黄土 0.200.200.350.35。（3 3）湿陷性黄土地区中桩基设计工作流程及原则）湿陷性黄土地区中桩基设计工作流程及原则 1 1）对湿陷性黄土地区地基首先判明它是否具有湿陷性，）对湿陷性黄土地区地基首先判明它是否具有湿陷性，进而区别其属于自重湿陷性黄土或非自重湿陷

36、性黄土。进而区别其属于自重湿陷性黄土或非自重湿陷性黄土。nvvKtgvvzK黄黄土土地地区区桥桥梁梁桩桩基基工工程程设设计计技技术术否是否是是否数据采集与传递湿陷性判别参照常规桩基设计探索性现场试验地基抗震性评价自重或非自重湿陷性判别地基预处理降水与排水措施控制沉陷量与改善建筑物对不均匀沉陷得适应性工程处理措施设计桩型、桩截面及桩长的假定单桩设计承载力确定其它桩基技术参数确定桩基沉降量的计算及控制有无水平力的作用是否存在拔力或负摩阻力水平承载力的设计安全否容许抗拔阻力设计及负摩阻力计算安全否桩的构造设计桩承台及有无结构设计图图5-1 5-1 黄土地区桩基础设计步骤黄土地区桩基础设计步骤 2 2

37、）结合桥梁结构物的重要性，必要时进行室内模型试）结合桥梁结构物的重要性，必要时进行室内模型试验和现场试验。验和现场试验。3 3）设计中除了必须遵循一般地基的设计原则外，还需）设计中除了必须遵循一般地基的设计原则外，还需针对黄土的湿陷与振陷特征并结合具体工程情况，在设计中针对黄土的湿陷与振陷特征并结合具体工程情况，在设计中考虑某些工程措施，例如对地基进行预处理，防水与排水以考虑某些工程措施，例如对地基进行预处理，防水与排水以及采取结构措施以改善结构物对不均匀沉降的适应性。及采取结构措施以改善结构物对不均匀沉降的适应性。4 4）设计中应特别注意控制沉降。在工程具体条件下）设计中应特别注意控制沉降。

38、在工程具体条件下(例例如加载途径、黄土类型、浸水及排水情况、可能发生的动荷如加载途径、黄土类型、浸水及排水情况、可能发生的动荷载、结构物的整体性和刚度等载、结构物的整体性和刚度等)，通过适当的分析和计算，通过适当的分析和计算，做到桩基的沉降和不均匀沉降可控。同时需注意，由于黄土做到桩基的沉降和不均匀沉降可控。同时需注意，由于黄土的振陷，承台底面与土之间可能脱空，导致桩在承台底面以的振陷，承台底面与土之间可能脱空，导致桩在承台底面以下一段范围内发生水平断裂。下一段范围内发生水平断裂。黄黄土土地地区区桥桥梁梁桩桩基基工工程程设设计计技技术术 5 5）黄土地层中单桩承载力的确定。在确定单桩竖向承）黄

39、土地层中单桩承载力的确定。在确定单桩竖向承载力设计值时，通常有三种考虑方法，一是将负摩阻力作为载力设计值时，通常有三种考虑方法，一是将负摩阻力作为负的承载力；二是将负摩阻力作为一种不利因素，以原有的负的承载力；二是将负摩阻力作为一种不利因素，以原有的安全储备补偿；三是将负摩阻力作为附加荷载。第三种方法安全储备补偿；三是将负摩阻力作为附加荷载。第三种方法概念较明确，目前在实际工程中应用较广。概念较明确，目前在实际工程中应用较广。式中式中:Q:Qa a 单桩竖向承载力设计值；单桩竖向承载力设计值；Qn 负摩阻力引起下曳荷载；负摩阻力引起下曳荷载；R Rpupu,R,Rsusu分别为桩端极限阻力及负

40、摩阻力作用区分别为桩端极限阻力及负摩阻力作用区 段以外的极限正摩阻力；段以外的极限正摩阻力；K K 安全系数；安全系数；1()anpusuQQRRK黄黄土土地地区区桥桥梁梁桩桩基基工工程程设设计计技技术术 （4 4）消除负摩阻力的技术）消除负摩阻力的技术 减少负摩阻力常采用的措施：减少负摩阻力常采用的措施：1 1）在桩基外设保护桩（隔离桩）在桩基外设保护桩（隔离桩）。防止基础外填土或。防止基础外填土或堆载引起的负摩阻力，保护桩承担全部负摩阻力与填土的堆载引起的负摩阻力，保护桩承担全部负摩阻力与填土的侧向推力。侧向推力。2 2）涂层法涂层法。即在桩表面涂沥青、树脂、再生橡胶等物，。即在桩表面涂沥

41、青、树脂、再生橡胶等物，减少负摩阻力。减少负摩阻力。3 3）预钻孔法预钻孔法。即在插入桩前先钻孔，直径比桩径稍大，。即在插入桩前先钻孔，直径比桩径稍大，深度达到中性点。中性点以下则不用预钻孔，而是打入或深度达到中性点。中性点以下则不用预钻孔，而是打入或者其他常规方法设桩以保持桩的正摩阻力。者其他常规方法设桩以保持桩的正摩阻力。黄黄土土地地区区桥桥梁梁桩桩基基工工程程设设计计技技术术 4 4）塑料膜滑动隔离法塑料膜滑动隔离法。用双层筒形塑料薄膜预先置于。用双层筒形塑料薄膜预先置于中性点以上的钻孔内，然后在薄膜内浇筑混凝土。中性点以上的钻孔内，然后在薄膜内浇筑混凝土。5 5）套筒法套筒法。在桩外设

42、置与桩身不相连的套筒，由套管。在桩外设置与桩身不相连的套筒，由套管来承担负摩阻力。来承担负摩阻力。6 6）地基浸水法地基浸水法。使地基先浸水。使地基先浸水,增加孔隙压力增加孔隙压力,降低桩降低桩侧负摩阻力。侧负摩阻力。7 7）地基加固法地基加固法。在钻孔灌注桩施工之前。在钻孔灌注桩施工之前,先对一定范围先对一定范围内的地基实施处治，达到消减负摩阻力的目的。内的地基实施处治，达到消减负摩阻力的目的。以上处理方法均为经验总结，在工程实践中，应以上处理方法均为经验总结，在工程实践中，应根据实根据实际情况选取合理处治方法际情况选取合理处治方法，尽量减少负摩阻力的影响。，尽量减少负摩阻力的影响。黄黄土土

43、地地区区桥桥梁梁桩桩基基工工程程设设计计技技术术 （1 1）陕西地区桥梁桩基设计）陕西地区桥梁桩基设计 陕西地区对黄土层中的桩基础设计时按两种情况考虑。陕西地区对黄土层中的桩基础设计时按两种情况考虑。第一种是对地下水位不可能上升到桩基础底面以上，且桩第一种是对地下水位不可能上升到桩基础底面以上，且桩侧湿陷性土层不可能出现局部浸水情况，以及地下水位不侧湿陷性土层不可能出现局部浸水情况，以及地下水位不可能上升且对桩侧湿陷性土层偶然发生浸水采取了防水措可能上升且对桩侧湿陷性土层偶然发生浸水采取了防水措施的情况，不考虑负摩阻力发生。第二种是对桩侧湿陷性施的情况，不考虑负摩阻力发生。第二种是对桩侧湿陷性

44、土层可能因地下水位上升或因偶然性原因出现桩侧一定深土层可能因地下水位上升或因偶然性原因出现桩侧一定深度完全浸水的情况，根据实际情况考虑桩侧地面以下度完全浸水的情况，根据实际情况考虑桩侧地面以下6m6m范范围为负摩阻力，以下为正摩阻力。围为负摩阻力，以下为正摩阻力。黄黄土土地地区区桥桥梁梁桩桩基基工工程程设设计计技技术术 （2 2）甘肃地区桥梁桩基设计）甘肃地区桥梁桩基设计 甘肃地区在桥梁桩基设计中充分考虑湿陷性黄土的湿甘肃地区在桥梁桩基设计中充分考虑湿陷性黄土的湿陷厚度，即要消除全部的湿陷量。在非自重湿陷性黄土场陷厚度，即要消除全部的湿陷量。在非自重湿陷性黄土场地，地基受水浸湿而发生湿陷，其湿

45、陷厚度在土的附加压地，地基受水浸湿而发生湿陷，其湿陷厚度在土的附加压力和上覆土层的饱和自重压力之和大于黄土湿陷起始压力力和上覆土层的饱和自重压力之和大于黄土湿陷起始压力的范围内。因此，对于非自重湿陷性黄土地基，要消除其的范围内。因此，对于非自重湿陷性黄土地基，要消除其全部湿陷量，其处理厚度应到基础底面以下土的附加压力全部湿陷量，其处理厚度应到基础底面以下土的附加压力与上覆土层的饱和自重压力之和等于或小于黄土的湿陷起与上覆土层的饱和自重压力之和等于或小于黄土的湿陷起始压力的深度，或处理到土的附加压力等于土的自重压力始压力的深度，或处理到土的附加压力等于土的自重压力的的25%25%的深度处；对于自

46、重湿陷性黄土地基的全部湿陷量的深度处；对于自重湿陷性黄土地基的全部湿陷量应处理基础底面以下的全部湿陷性黄土层。应处理基础底面以下的全部湿陷性黄土层。黄黄土土地地区区桥桥梁梁桩桩基基工工程程设设计计技技术术 （3 3）宁夏回族自治区桥梁桩基设计）宁夏回族自治区桥梁桩基设计 宁夏地区借鉴以前设计反馈的信息和对太旧高速公路宁夏地区借鉴以前设计反馈的信息和对太旧高速公路的考察，结合已有的试验结果，对湿陷性黄土地区的桩长的考察，结合已有的试验结果，对湿陷性黄土地区的桩长计算采取了桩长自地面计算采取了桩长自地面10m10m以下以以下以3030的摩阻力计入负值；的摩阻力计入负值；湿陷性黄土层不足湿陷性黄土层

47、不足10m10m的桥涵桩长，以黄土层实际厚度层的桥涵桩长，以黄土层实际厚度层的的3030摩阻力计入负摩阻力，在同等条件下桩长普遍增加摩阻力计入负摩阻力，在同等条件下桩长普遍增加5 515m15m以上。对桥梁、通道锥坡及路基防护基础下做了以上。对桥梁、通道锥坡及路基防护基础下做了50cm 50cm 厚厚3 3：7 7 石灰土，并分层夯填，压实度不低于石灰土，并分层夯填，压实度不低于9090；对盖板涵和圆管涵基底换填对盖板涵和圆管涵基底换填100cm100cm150cm150cm厚厚 3 3：7 7 石灰土石灰土垫层（自重垫层（自重150cm150cm，非自重，非自重100cm100cm）洞门铺砌下还铺设防水）洞门铺砌下还铺设防水土工布。土工布。黄黄土土地地区区桥桥梁梁桩桩基基工工程程设设计计技技术术