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岩溶地区桩基持力层岩层安全厚度计算的方法的探讨 　　摘要：针对岩溶区桩基安全厚度问题，结合混凝土板受力特性，运用规范受冲切构件计算方法，通过推导得出桩基理论安全厚度，论文推导过程简单，受力方式明确，通过与其他计算方法结果比较，表明合理可行。 　　关键词：桩基 岩溶 安全厚度 　　中图分类号：TU74 文献标识码：A 文章编号： 　　引言: 　　岩溶地区桥梁，尤其串珠岩溶路段的桥梁桩基设计有一定的特殊性。有时桩基穿过上层的溶洞，且嵌岩深度已满足受力要求，但在桩端的底下一定范围内还有溶洞存在，当桩基存在下伏溶洞或软弱下卧层时常发生冲切破坏[1]。如果要求桩基穿过地下所有溶洞，则桩将非常长，很不经济；如桩不穿过下层溶洞，为保证桩基的安全，则要求桩底到下层溶洞之间的顶板厚度必须满足一定的要求。若顶板厚度过小，则上部荷载长期作用下，易造成顶板破坏，从而使桥梁产生过大沉降或不均匀沉降，甚至发生倒塌。 　　2 岩层安全厚度常用冲切模型 　　2.1 文献[2]方法 　　文献[2]认为，在工程实际中，拉应力与剪应力各自发挥程度尚不清楚，为安全起见，即冲切面上应力的总和与桩端阻力相平衡的条件，得到桩端岩层的安全顶板厚度确定模型如下。 　　2.1.1按台侧岩层抗拉破坏模式 　　假定破坏锥台处于极限平衡状态时，冲切圆锥台侧表面上的抗拉应力得到充分发挥，而不计抗剪应力的作用，如图1所示，图中σvr为持力层上伏土压力。 　　 　　 　　图1 冲切锥体拉断破坏模式 　　根据力学静力平衡条件（不计锥台自重），导得： 　　 　　 　　式中：h为桩端持力层岩层厚度（m）;d为桩基直径（m）;σt为岩石抗拉强度(kpa);k1为按抗拉模型计算的桩端持力岩层的安全系数，σb为桩端应力(kpa)。 　　2.1.2按台侧岩层抗剪切破坏模式 　　假定破坏锥台处于极限平衡状态时，冲切锥台侧表面上的抗剪应力得到充分发挥，此时不计抗拉应力的作用，圆锥台受力状态如图2所示。 　　 　　 　　图2 冲切锥体剪切破坏模式 　　根据力学静力平衡条件（不计锥台自重），导得： 　　 　　 　　式中：τr为岩石抗剪强度(kpa);k2为按抗剪模型计算的桩端持力岩层的安全系数，其他同上。 　　2.2文献[3]方法 　　文献[3]认为，在桩端垂直荷载作用下，岩层将形成一个顶角θ的冲切锥台，抵抗锥台下冲的反力，有作用于锥台侧面的岩石拉力和作用于锥台底的软下卧层顶托力。根据静力平衡条件（不计锥台自重），并令抗拉力乘以折减系数0.75，并不考虑溶洞内填充物，导得： 　　 　　 　　2.3文献[3]方法 　　 文献[3]根据极限分析上限定理的要求和冲切破坏体自身的特点，作出如图3所示的桩端溶洞顶板破坏机制，并作出如下假定 　　 　　图3 冲切体破坏模式 　　（1）溶洞顶板的支撑条件为轴对称固支，桩端荷载为圆形均布荷载，两者对称轴重合。 　　（2）在桩端荷载P作用下（不考虑溶洞顶板的自重荷载），顶板达到极限状态时，可分为3个区（如图3所示），Ⅰ区和Ⅱ区位刚性区，Ⅲ区为塑性变形区。其中Ⅰ区为一个轴对称旋转体，以速度μ竖向运动，其母线方程r(x)对称；Ⅲ区为一个轴对称的旋转壳体，其厚度假定为一个非常小的值δ,且其内部塑性变形必须满足关联流动法则的要求。 　　 　　 　　根据以上假定，导得： 　　 　　 　　其中，d1为为破坏旋转体底部直径，k为安全系数，n为抗压强度与抗拉强度比值，其他同上。 　　3本文计算模式： 　　本文确定岩溶地区桩基持力层岩层的安全厚度，采用的计算模型（图4）是将持力层视为一刚性板，其上作用垂直荷载，按钢筋砼规范板受冲切构件公式计算所需持力层顶板厚度。根据《公路钢筋你混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》（JTG D62-2004）第5.6.1条规定计算。 　　 　　 　　图4 板抗冲切承载力计算模式 　　 　　 　　式中 ：Fld—最大集中反力设计值，此处为桩底出竖向设计值； 　　βh—截面高度影响系数,偏安全取0.85; 　　ftd—持力层岩石的抗拉强度设计值,计为σt; 　　σpc,m—设有预应力钢筋的板的截面上，由预加力引起的混凝土有效平均应力，此处为零； 　　Um—距集中反力作用面h/2处破坏锥体截面面积的周长，当传递冲切力的构件为圆形截面时，可将其换算为边长等于0.8倍直径的方形截面再取Um; 　　d—桩基设计直径； 　　h—顶板的有效厚度； 　　γ0—结构重要性系数，此处取1.0 　　在计算桩底处竖向力设计值时，偏安全不计持力层灰岩以上覆盖层的侧阻力，桩底处灰岩的极限抗压强度计为σb，则桩底竖向力设计值为Fld=σbπd2/4 (MN)。 　　将相关参数带入上