【技術(shù)實現(xiàn)步驟摘要】
本申請涉及復(fù)合樁基，尤其涉及一種用于公路過渡段路面剛度優(yōu)化的復(fù)合樁基結(jié)構(gòu)及其設(shè)計使用方法。
技術(shù)介紹
1、路橋過渡段的差異沉降問題長期存在。對于橋臺樁基，橋臺一側(cè)的剛度實際具有較大的冗余，已有方法通常是從路基一側(cè)考慮提升剛度來減小過渡段路面差異沉降，處治方法不易于精準控制剛度且消耗的成本巨大，尚未有結(jié)構(gòu)或方法來減小橋臺一側(cè)的剛度。
2、此外，現(xiàn)有的橋臺樁基的設(shè)計與路基的變形特性脫離了聯(lián)系，在后期的往復(fù)交通荷載作用下形成的錯臺依舊存在，零差異沉降尚未從理論上實現(xiàn)。
3、對于路基的沉降控制，地基的沉降變形占據(jù)較多，通常布設(shè)較為密集的樁來減小變形，上部荷載主要由樁承擔(dān)，樁的工作狀態(tài)所承受的上部荷載小于自身的極限承載能力，這需要花費較高的成本。
4、對于樁，負摩阻力通常被認為是不利的存在，尚未對其進行合理利用。
技術(shù)實現(xiàn)思路
1、本申請?zhí)峁┮环N用于公路過渡段路面剛度優(yōu)化的復(fù)合樁基結(jié)構(gòu)及其設(shè)計使用方法，對樁側(cè)負摩阻力進行了合理利用，承臺上部荷載傳力路徑為：承臺上部荷載先傳給可替換填料，再傳給樁，最后傳給可替換填料，樁在正常工作狀態(tài)完全發(fā)揮承載能力；對于橋臺樁基，減小了整體剛度，以路基一側(cè)的荷載沉降特性為導(dǎo)向進行橋臺樁基設(shè)計，實現(xiàn)了橋臺與路基過渡段零差異沉降；對于路堤地基，實現(xiàn)了路基過渡段沉降的精準控制，減少了樁的使用，使樁間土分擔(dān)較多荷載，在減小沉降的同時，節(jié)約了施工成本；本結(jié)構(gòu)及設(shè)計使用方法為公路車輛行駛的安全性、舒適性、平順性提供了保障。
3、所述承臺與所述彈性復(fù)合板嵌固連接，所述彈性復(fù)合板在施工階段發(fā)生壓縮變形預(yù)先給樁施加負摩阻力，所述彈性復(fù)合板位于可替換材料之上，所述可替換填料根據(jù)變形控制方程計算出的參數(shù)進行選擇，所述可替換填料的控制變量包括深度、壓縮模量、極限側(cè)摩阻力，所述樁設(shè)置為多個，且各個樁之間的間距至少為6.5倍樁徑，所述樁在正常工作狀態(tài)發(fā)揮極限承載力，所述樁在頂部和端部分別連接所述樁帽和所述樁端自適應(yīng)變形器。
4、進一步地，所述彈性復(fù)合板的彈性變形系數(shù)范圍在0.3gpa～0.9gpa，所述的彈性復(fù)合板在使用狀態(tài)時皆處于彈性階段，所述彈性復(fù)合板包括嵌固板、彈性板以及底板，所述嵌固板上表面設(shè)置有橫凹槽和縱凹槽，所述嵌固板與所述承臺嵌固連接，所述彈性板位于所述嵌固板和所述底板之間，所述彈性板與嵌固板和底板剛性連接。
5、進一步地，所述樁具有負摩阻力。
6、進一步地，所述樁的頂部設(shè)置所述樁帽，所述樁在端部設(shè)置所述樁端自適應(yīng)變形器，所述樁帽下方設(shè)置墊片，所述樁穿過彈性復(fù)合板與可替換材料并伸入承臺和可替換填料。
7、進一步地，所述可替換填料用于在樁發(fā)揮極限承載力后分擔(dān)上部荷載增量阻止沉降變形急劇發(fā)生。
8、進一步地，所述樁端自適應(yīng)變形器的彈性變形系數(shù)為0.1kpa，所述樁端自適應(yīng)變形器的厚度為0.2m，所述樁端自適應(yīng)變形器根據(jù)上部荷載產(chǎn)生自適應(yīng)變形。
9、進一步地，所述復(fù)合樁基結(jié)構(gòu)具有傳力路徑和傳力階段；其中，所述傳力路徑為：承臺上部荷載先傳給可替換填料，再傳給樁，最后傳給可替換填料；
10、所述傳力階段包括：
11、第一階段：承臺上部荷載增量完全與負摩阻力抵消，上部荷載完全由可替換填料分擔(dān)，樁的承載能力未發(fā)揮；
12、第二階段：承臺上部荷載增量完全由樁分擔(dān)，樁開始發(fā)揮承載能力，可替換填料始終分擔(dān)施工階段預(yù)加的總的負摩阻力絕對值大小的荷載；
13、第三階段：承臺上部荷載增量完全由可替換填料分擔(dān)，樁處于彈性支承狀態(tài)，樁的承載能力完全發(fā)揮，可替換填料分擔(dān)設(shè)定荷載。
14、第二方面，本申請?zhí)峁┮环N用于橋臺樁基的設(shè)計使用方法，用于設(shè)計如第一方面所述的用于公路過渡段路面剛度優(yōu)化的復(fù)合樁基結(jié)構(gòu)，包括：
15、步驟一、根據(jù)路基設(shè)計和施工方案，確定公路等級及車輛均布荷載標(biāo)準值大小為q，路基一側(cè)施工時填土的填筑高度為ht，預(yù)壓施工后的高度為hy，路基寬度為b，橋的跨徑一半的距離為l，彈性復(fù)合板的重力為q1，彈性變形系數(shù)為k1；
16、步驟二、初定橋臺樁基一側(cè)承臺寬度a，承臺沿行車方向的長度b，承臺及承臺承受的非車輛荷載q2，可替換填料的極限承載力標(biāo)準值foa，通過如下公式核驗地基承載滿足率是否大于0.5：
17、
18、其中，ψ表示地基承載滿足率；
19、步驟三、以路面的車輛荷載為自變量，建立路基一側(cè)路面的工后沉降計算函數(shù)：
20、sl(q)＝sc(q)+ss(q)+se-sgc1
21、其中，sl(q)表示路基一側(cè)路面的工后沉降計算函數(shù)，sc(q)表示基床變形值關(guān)于路面車輛荷載的函數(shù)，ss(q)表示地基沉降值關(guān)于路面車輛荷載的函數(shù)，se表示路堤填土荷載引起的自身壓密沉落值，sgc1為路基一側(cè)的施工沉降；
22、sc(q)計算公式如下：
23、
24、其中，k為路堤填土的總土層數(shù)，αzi為第i層填土的平均豎向附加應(yīng)力系數(shù)，esti為路堤第i層填土壓縮模量，hi為路堤第i層填土的厚度；
25、ss(q)計算公式如下：
26、
27、其中，αz為車輛荷載對路基底部位置的平均附加應(yīng)力系數(shù)，zi-1和zi為路基底面至第i-1層和第i層土的距離，和分別為路基底面至第i-1層和第i層土范圍內(nèi)的平均附加應(yīng)力系數(shù)，σz2為路基填土對路基底部的平均附加應(yīng)力；
28、se計算公式如下：
29、
30、其中，γi-1和γi為路堤第i-1層和第i層填土重度；hi-1為路堤第i-1層填土的厚度；
31、sgc1計算公式如下：
32、sgc1＝ht-hy
33、步驟四、以路面的車輛荷載為自變量，建立橋臺樁基一側(cè)路面的工后沉降計算函數(shù)：
34、sq(q)＝ψq[st(q)+ssp]+sk(q)-sgc2
35、其中，ψq為沉降計算修正系數(shù)，在無經(jīng)驗值的情況下取值為1，st(q)為彈性復(fù)合板板底附加壓力下沉降關(guān)于路面車輛荷載的函數(shù)，ssp為樁土相互作用產(chǎn)生的沉降，sk(q)為彈性復(fù)合板總壓縮量，sgc2為橋臺一側(cè)的施工沉降；
36、st(q)計算公式如下：
37、
38、其中，ηp為樁的刺入變形影響系數(shù)，當(dāng)樁端持力層沙土、粉土、黏性土?xí)r取值分別為1、1.15、3；x為彈性復(fù)合板的初始控制壓縮變形值，n為橋臺樁基布設(shè)樁數(shù)；m為計算深度內(nèi)包含的土層數(shù)，沉降計算深度按σz＝0.1σc確定，σz為附加應(yīng)力，σc為豎向土應(yīng)力；esi為第i層土的壓縮模量；p0為彈性復(fù)合板底板的附加應(yīng)力；
39、qsik為極限側(cè)摩阻力，d為樁的直徑，k為樁長范圍內(nèi)的土層數(shù)；σ本文檔來自技高網(wǎng)...
【技術(shù)保護點】
1.一種用于公路過渡段路面剛度優(yōu)化的復(fù)合樁基結(jié)構(gòu)，其特征在于：包括承臺、樁帽、彈性復(fù)合板、可替換填料、樁以及樁端自適應(yīng)變形器；
2.如權(quán)利要求1所述的用于公路過渡段路面剛度優(yōu)化的復(fù)合樁基結(jié)構(gòu)，其特征在于：所述彈性復(fù)合板的彈性變形系數(shù)范圍在0.3GPa～0.9GPa，所述的彈性復(fù)合板在使用狀態(tài)時皆處于彈性階段，所述彈性復(fù)合板包括嵌固板、彈性板以及底板，所述嵌固板上表面設(shè)置有橫凹槽和縱凹槽，所述嵌固板與所述承臺嵌固連接，所述彈性板位于所述嵌固板和所述底板之間，所述彈性板與嵌固板和底板剛性連接。
3.如權(quán)利要求1所述的用于公路過渡段路面剛度優(yōu)化的復(fù)合樁基結(jié)構(gòu)，其特征在于：所述樁具有負摩阻力。
4.如權(quán)利要求1所述的用于公路過渡段路面剛度優(yōu)化的復(fù)合樁基結(jié)構(gòu)，其特征在于：所述樁的頂部設(shè)置所述樁帽，所述樁在端部設(shè)置所述樁端自適應(yīng)變形器，所述樁帽下方設(shè)置墊片，所述樁穿過彈性復(fù)合板與可替換材料并伸入承臺和可替換填料。
5.如權(quán)利要求1所述的用于公路過渡段路面剛度優(yōu)化的復(fù)合樁基結(jié)構(gòu)，其特征在于：所述可替換填料用于在樁發(fā)揮極限承載力后分擔(dān)上部荷載增量阻
6.如權(quán)利要求1所述的用于公路過渡段路面剛度優(yōu)化的復(fù)合樁基結(jié)構(gòu)，其特征在于：所述樁端自適應(yīng)變形器的彈性變形系數(shù)為0.1kPa，所述樁端自適應(yīng)變形器的厚度為0.2m，所述樁端自適應(yīng)變形器根據(jù)上部荷載產(chǎn)生自適應(yīng)變形。
7.如權(quán)利要求3所述的用于公路過渡段路面剛度優(yōu)化的復(fù)合樁基結(jié)構(gòu)，其特征在于：所述復(fù)合樁基結(jié)構(gòu)具有傳力路徑和傳力階段；其中，所述傳力路徑為：承臺上部荷載先傳給可替換填料，再傳給樁，最后傳給可替換填料；
8.一種用于橋臺樁基的設(shè)計使用方法，其特征在于，用于設(shè)計如權(quán)利要求1-至7中任一項所述的用于公路過渡段路面剛度優(yōu)化的復(fù)合樁基結(jié)構(gòu)，包括：
9.一種用于公路地基的設(shè)計使用方法，其特征在于，用于設(shè)計如權(quán)利要求1-至7中任一項所述的用于公路過渡段路面剛度優(yōu)化的復(fù)合樁基結(jié)構(gòu)，包括：
...【技術(shù)特征摘要】
1.一種用于公路過渡段路面剛度優(yōu)化的復(fù)合樁基結(jié)構(gòu)，其特征在于：包括承臺、樁帽、彈性復(fù)合板、可替換填料、樁以及樁端自適應(yīng)變形器；
2.如權(quán)利要求1所述的用于公路過渡段路面剛度優(yōu)化的復(fù)合樁基結(jié)構(gòu)，其特征在于：所述彈性復(fù)合板的彈性變形系數(shù)范圍在0.3gpa～0.9gpa，所述的彈性復(fù)合板在使用狀態(tài)時皆處于彈性階段，所述彈性復(fù)合板包括嵌固板、彈性板以及底板，所述嵌固板上表面設(shè)置有橫凹槽和縱凹槽，所述嵌固板與所述承臺嵌固連接，所述彈性板位于所述嵌固板和所述底板之間，所述彈性板與嵌固板和底板剛性連接。
3.如權(quán)利要求1所述的用于公路過渡段路面剛度優(yōu)化的復(fù)合樁基結(jié)構(gòu)，其特征在于：所述樁具有負摩阻力。
4.如權(quán)利要求1所述的用于公路過渡段路面剛度優(yōu)化的復(fù)合樁基結(jié)構(gòu)，其特征在于：所述樁的頂部設(shè)置所述樁帽，所述樁在端部設(shè)置所述樁端自適應(yīng)變形器，所述樁帽下方設(shè)置墊片，所述樁穿過彈性復(fù)合板與可替換材料并伸入承臺和可替換填料。
5.如權(quán)利要求...
【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：劉凱文，肖凱文，梅國雄，白皓，邱睿哲，李柏林，裴彥飛，張宗宇，胡國濤，肖健，
申請(專利權(quán))人：西南交通大學(xué)，
類型：發(fā)明
國別省市：
還沒有人留言評論。發(fā)表了對其他瀏覽者有用的留言會獲得科技券。