超长钻孔灌注桩承载能力可靠度研究

2010-07-30徐洪涛任胜建张永秀

铁道建筑 2010年6期

徐洪涛，任胜建，张永秀

(1.交通运输部公路科学研究院，北京 100088;2.北京交科公路勘察设计研究院有限公司，北京 100088)

桥梁钻孔灌注桩桩基承载力是保证桥梁结构安全性、可靠性和经济性的关键。近10年来，随着我国经济的快速发展和科技能力的提升，公路建设迅猛发展，施工机械设备性能日趋完善，大桥及特大桥型桥梁不断修建，超长钻孔灌注桩使用量也逐步增加。然而，对于超长钻孔灌注桩的承载力，无论是理论研究还是现场试验研究工作都还比较缺乏。因此，为了适应超长钻孔灌注桩的发展，迫切需要对其承载力作出准确的评估。本文对主要设计荷载组合恒载加汽车作用下超长钻孔灌注桩承载能力可靠度进行了分析。

1 极限侧摩阻力的统计参数

主要设计荷载组合恒载加汽车荷载的主要统计参数及分布形式见表1。

表1 公路桥梁荷载参数

从概率统计的角度讲，要对桩基进行可靠性分析，需要数量较多、质量较好的统计样本，以使研究分析结果较真实可信。但是，由于目前超长钻孔灌注桩大吨位试桩资料不多，难以找寻，同时，由于时间、经费、及其它条件的限制，不可能过多进行现场桩的荷载试验。本文桩基可靠性研究所选用的试桩资料见表2。

表2 试桩工程一览表 m

将各场地各试桩所测得的极限侧摩阻力，按土类进行分类。各类土分布频率直方图见图1。

经计算得到各类土按正态分布及按对数正态分布得到的实测极限侧摩阻力的统计参数如表3和表4所示，并按照正态检验控制系数α=0.05标准对各类土进行正态分布假设检验，除粉砂、细砂土类未通过这两种假设检验外，其余土类均接受正态分布假设。本文统计结果受到样本容量限制，假设检验结果有待增加样本容量后进一步分析[1]。直接计算得到的各类土极限侧摩阻力均值接近或超过规范高值，但各类土的变异系数较大，最大达到0.442。

2 目标可靠度指标确定

利用 JC法计算各类土的可靠度指标 β，并用VB6.0语言编制可靠度指标计算程序。由前述可知，恒载和汽车荷载服从正态分布，各类土抗力服从正态和对数正态分布。图2和图3为一般运行状态和密集运行状态可靠度指标β计算结果［2-3］。

图1 各类土侧摩阻力分布频率直方图

表3 按正态分布侧摩阻力极限值统计参数

表4 按对数正态分布侧摩阻力极限值统计参数

图2 一般运行状态主要组合可靠度指标计算值

图3 密集运行状态主要组合可靠度指标计算值

由图2和图3可以看出，各类土的可靠度指标计算值随汽车荷载与恒载标准值比值ρ的增大而增大;在汽车荷载运行状态相同的条件下，当土抗力按对数正态分布计算得到的各类土的可靠度指标要比土抗力按正态分布的计算结果大50%～90%。通过对比图2和图3发现，在抗力按相同概率分布条件下，一般运行状态和密集运行状态计算结果相差不大，说明汽车荷载的运行状态不是桩基竖向承载力各类土的可靠度指标的主要影响因素。

X由以上分析可知，桩基竖向承载力各类土的可靠度指标受多种因素影响，影响最大的两个因素是抗力的统计分布概型和汽车与恒载标准值的比值ρ。前一个因素受样本容量制约，难以考核哪种抗力分布概型计算得到的可靠度指标β更加合理，而选择较大的汽车荷载和恒载标准值比值ρ，在抗力标准值一定时，汽车荷载均值与恒载均值之和就会较小。ρ取何值计算得到的可靠度指标更加合理，本文采用最小二乘法确定超长钻孔灌注桩目标可靠度指标在2.3～2.5范围内[4]。