CN108647424A - 一种抗隆起复合加筋桩竖向土工格栅抗拉力的确定方法 - Google Patents

一种抗隆起复合加筋桩竖向土工格栅抗拉力的确定方法 Download PDF

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Abstract

一种抗隆起复合加筋桩竖向土工格栅抗拉力的确定方法，以科学合理地确定地基隆起作用下复合加筋桩竖向土工格栅抗拉力，适应工程设计和施工需要。包括以下步骤：(1)通过现场实际勘察或试桩试验，确定复合加筋桩的“中性点”深度l0，单位m，确定“中性点”位置以上第i层土隆起后在复合加筋桩侧表产生的向上切向力fi；(2)通过以下公式确定复合加筋桩竖向土工格栅抗拉力Td：。

Description

一种抗隆起复合加筋桩竖向土工格栅抗拉力的确定方法
技术领域
本发明涉及岩土工程桩基技术领域，特别涉及一种抗隆起复合加筋桩竖向土工格栅抗拉力的确定方法。
技术背景
近年来，高速铁路运营过程中发现了新的隆起问题，即土工构筑物底部地基产生隆起变形，这种隆起变形可能是由浸水、降温、地下水位波动及地应力释放等多种因素引起的。地基隆起变形危害大，极易引发高速铁路无砟轨道板开裂，造成重大的无砟轨道病害，甚至危及高速列车的行车安全，特别是无砟轨道低路堤或路堑基床。传统钢筋混凝土桩基是抵抗地基隆起的有效方法之一，但其钢筋耗材量大，工程造价高。
为了解决上述问题，本申请人在同日提出的发明专利申请中公开了一种抵抗地基隆起的复合加筋桩构造，该构造包括设置在地基的钻孔中的复合加筋笼，以及灌注于设置复合加筋笼钻孔的细石混凝土，所述复合加筋笼由竖向土工格栅和环形土工格栅组成。该构造采用土工格栅替代传统桩基的钢筋，能够有效减弱或消除无砟轨道路基基底的隆起变形，大幅减少钢筋耗材，降低了高铁投资。在实际应用中，该构造主要是通过竖向土工格栅的抗拉力达到抗隆起作用，但竖向土工格栅抗拉力如何确定，目前尚没有一种合理的方法。可见，出于设计需求，極需提出一种抗隆起复合加筋桩竖向土工格栅抗拉力的确定方法。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种抗隆起复合加筋桩竖向土工格栅抗拉力的确定方法，以科学合理地确定地基隆起作用下复合加筋桩竖向土工格栅抗拉力，适应工程设计和施工需要。
本发明解决上述技术所采用的技术方案如下：
本发明提出一种抗隆起复合加筋桩竖向土工格栅抗拉力的确定方法，包括以下步骤：
(1)通过现场实际勘察或试桩试验，确定复合加筋桩的“中性点”深度l0，单位m，确定“中性点”位置以上第i(i＝1，2，3…)层土隆起后在复合加筋桩侧表产生的向上切向力fi，单位kPa；
(2)通过以下公式确定复合加筋桩竖向土工格栅抗拉力Td：
式中，Td为复合加筋桩竖向土工格栅抗拉力，单位kN；fc为格栅蠕变折减系数，取3.8～4.0；fm为材料生产稳定性可信系数，取1.05～1.10；fd为施工损伤系数，取1.1～1.3；fe为环境-酸碱-微生物影响系数，取1.8～2.0；d为复合加筋桩桩径，单位m；Hi为第i层土的分层厚度，单位m；fi为“中性点”位置以上第i层土隆起后在复合加筋桩侧表产生的向上切向力，单位kPa，由步骤(1)确定；n为复合加筋桩竖向土工格栅的根数。
本发明的有益效果是，在综合考虑复合加筋桩胀拔及锚固作用的基础上，建立了地基隆起作用下复合加筋桩竖向土工格栅抗拉力的确定公式，能科学合理地确定地基隆起作用下复合加筋桩竖向土工格栅抗拉力，实施便捷，流程清晰，能够适应工程设计和施工需要。
附图说明
本说明书包括如下两幅附图：
图1是路基底部膨胀土地基设置复合加筋桩的断面图。
图2是复合加筋桩的立体图。
图中示出构件和对应的标记：复合加筋桩Z，路基M，膨胀土地基D，桩长L，桩径d，桩间距s，竖向土工格栅1，环形土工格栅2，细石混凝土3。
具体实施方式
下面通过具体的实施例并结合附图进一步说明本发明。
参照图2，复合加筋桩Z包括细石混凝土灌注体和埋设于其内的复合加筋笼。复合加筋笼由周向间隔设置的竖向土工格栅1和竖向间隔设置的环形土工格栅2构成，竖向土工格栅1与环形土工格栅2交汇连接为一体，相邻两条竖向土工格栅1与相邻两条环形土工格栅2之间形成四边形网孔，网孔的内切圆直径不小于细石混凝土3骨料的最大粒径。细石混凝土灌注体由从复合加筋笼中向地基钻孔内灌注细石混凝土3形成，在复合加筋笼外壁与地基钻孔孔壁之间形成保护层。复合加筋桩Z是充分利用土工格栅的抗拉能力，地基隆起过程中产生的胀切力传递至复合加筋桩胀拔段的土工格栅，然后通过土工格栅将胀切力传递至复合加筋桩锚固段，复合加筋桩锚固段发挥锚固作用，促使桩周土体受到约束而不能向上隆起，抗隆起效果好。以土工格栅替代钢筋，可大幅减少钢筋耗材，节省高速铁路的建造成本，而且复合加筋笼具有质轻、便于运输及可批量生产等优势。
本发明的一种抗隆起复合加筋桩竖向土工格栅抗拉力的确定方法，包括以下步骤：
(1)通过现场实际勘察或试桩试验，确定复合加筋桩的“中性点”深度l0，单位m，确定“中性点”位置以上第i(i＝1，2，3…)层土隆起后在复合加筋桩侧表产生的向上切向力fi，单位kPa；
(2)通过以下公式确定复合加筋桩竖向土工格栅抗拉力Td：
式中，Td为复合加筋桩竖向土工格栅抗拉力，单位kN；fc为格栅蠕变折减系数，取3.8～4.0；fm为材料生产稳定性可信系数，取1.05～1.10；fd为施工损伤系数，取1.1～1.3；fe为环境-酸碱-微生物影响系数，取1.8～2.0；d为复合加筋桩桩径，单位m；Hi为第i层土的分层厚度，单位m；fi为“中性点”位置以上第i层土隆起后在复合加筋桩侧表产生的向上切向力，单位kPa，由步骤(1)确定；n为复合加筋桩竖向土工格栅的根数。
实施例：
参照图1，云桂(昆明至南宁)铁路某一无砟轨道路基M填筑高度为1.90m，膨胀土地基D上路基M顶面宽度为13.4m，路基M边坡比为1:1.5。该路基M底部膨胀土地基D具有中-强膨胀势，基底隆起变形极易导致无砟轨道路基M顶面产生上升位移，导致线路不平顺性加剧，影响高速列车正常运营。
为控制膨胀土地基D隆起，拟采用复合加筋桩Z进行抗隆起加固，该复合加筋桩Z桩径0.5m，竖向土工格栅1的根数n为40，下面采用本发明方法对复合加筋桩Z竖向土工格栅1抗拉力进行确定，具体步骤如下：
(1)通过现场试桩试验，确定复合加筋桩Z的“中性点”深度l0为3.0m，确定“中性点”位置以上第i(i＝1，2，3…)层土隆起后在复合加筋桩Z侧表产生的向上切向力fi，单位kPa，确定结果见表1。
表1复合桩基侧表切向力确定结果
i Hi fi fi×Hi
1 0.2 51 10.2
2 0.2 51 10.2
3 0.2 51 10.2
4 0.2 42 8.4
5 0.2 42 8.4
6 0.2 42 8.4
7 0.2 40 8
8 0.2 40 8
9 0.2 40 8
10 0.2 40 8
11 0.2 40 8
12 0.2 27 5.4
13 0.2 27 5.4
14 0.4 27 10.8
15 0.3 / /
16 0.4 / /
17 0.4 / /
18 0.4 / /
19 0.4 / /
20 0.4 / /
21 0.4 / /
22 0.3 / /
(2)通过以下公式确定复合加筋桩Z竖向土工格栅1抗拉力Td：
式中，Td为复合加筋桩Z竖向土工格栅1抗拉力，单位kN；fc为格栅蠕变折减系数，取3.8～4.0；fm为材料生产稳定性可信系数，取1.05～1.10；fd为施工损伤系数，取1.1～1.3；fe为环境-酸碱-微生物影响系数，取1.8～2.0；d为复合加筋桩Z桩径，单位m；Hi为第i层土的分层厚度，单位m；fi为“中性点”位置以上第i层土隆起后在复合加筋桩Z侧表产生的向上切向力，单位kPa，由步骤(1)确定；n为复合加筋桩Z竖向土工格栅1的根数。
在计算过程中，格栅蠕变折减系数fc取3.9，材料生产稳定性可信系数fm取1.06，施工损伤系数fd取1.2，环境-酸碱-微生物影响系数fe取1.9，复合加筋桩Z竖向土工格栅1抗拉力Td计算如下：
因此，设计中该复合加筋桩Z的竖向土工格栅1抗拉力不小于72.4kN。
本发明的优点在于：本发明提供的一种抗隆起复合加筋桩竖向土工格栅抗拉力的确定方法，能科学合理地确定抗隆起复合加筋桩竖向土工格栅抗拉力，实施便捷，流程清晰，能够适应工程需要，具有广阔的推广应用前景。
以上所述只是采用图解说明本发明一种抗隆起复合加筋桩竖向土工格栅抗拉力的确定方法的一些原理，并非是要将本发明局限在所示和所述的具体方法和适用范围内，故凡是所有可能被利用的相应修改以及等同物，均属于本发明所申请的专利范围。

Claims (1)

1.一种抗隆起复合加筋桩竖向土工格栅抗拉力的确定方法，包括以下步骤：
(1)通过现场实际勘察或试桩试验，确定复合加筋桩(Z)的“中性点”深度l0，单位m，确定“中性点”位置以上第i(i＝1，2，3…)层土隆起后在复合加筋桩(Z)侧表产生的向上切向力fi，单位kPa；
(2)通过以下公式确定复合加筋桩(Z)竖向土工格栅(1)抗拉力Td：
式中，Td为复合加筋桩(Z)竖向土工格栅(1)抗拉力，单位kN；fc为格栅蠕变折减系数，取3.8～4.0；fm为材料生产稳定性可信系数，取1.05～1.10；fd为施工损伤系数，取1.1～1.3；fe为环境-酸碱-微生物影响系数，取1.8～2.0；d为复合加筋桩(Z)桩径，单位m；Hi为第i层土的分层厚度，单位m；fi为“中性点”位置以上第i层土隆起后在复合加筋桩(Z)侧表产生的向上切向力，单位kPa，由步骤(1)确定；n为复合加筋桩(Z)竖向土工格栅(1)的根数。
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