摘要：眾所周知，公路中的大中型橋梁一般都廣泛地采用大直徑樁。高等級(jí)公路的中小橋梁普遍采用樁柱式墩臺(tái)、樁基礎(chǔ)。較為常規(guī)的做法是在樁頂設(shè)置承臺(tái)與柱相連或是在樁柱頂設(shè)帽梁，這兩種方案均不失為較好的墩、臺(tái)型式。但隨著近年來我國(guó)公路與城市道路的迅速發(fā)展，互通式立交、樞紐內(nèi)的橋梁越來越多，且與被交道路多為斜交，若一跨跨越被交路，主梁建筑高度增加，將影響到橋梁的長(zhǎng)度以及主線的填土高度。
隨著公路建設(shè)規(guī)模的高速發(fā)展，公路橋梁網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)急速擴(kuò)大．橋梁設(shè)計(jì)的日益輕柔化以及結(jié)構(gòu)形式與功能的趨復(fù)雜化使橋梁安全問題變得越來越突出．影響橋梁安全的因素很多，如車輛荷載的外界環(huán)境的侵蝕、材料的自然老化以及臺(tái)風(fēng)、地震等自然災(zāi)害、船撞等人為事故等，這些因素都能對(duì)橋梁造成損傷，其安全狀況值得關(guān)注．近年來關(guān)于橋梁破壞事故的報(bào)道屢見不鮮．2007年我國(guó)九江大橋發(fā)生了運(yùn)沙船撞擊的惡性事故，導(dǎo)致約200 m橋面坍塌，致使多人失蹤．2009年莫拉克臺(tái)風(fēng)襲擊臺(tái)灣，使20座各類公路橋和鐵路橋斷裂，災(zāi)情甚至超過了1999年的“921”大地震對(duì)臺(tái)灣的影響。
2011年重量80余噸重型貨車嚴(yán)重超載行駛導(dǎo)致福建武夷山市的武夷山公館大橋北端發(fā)生垮塌事故，造成1人死亡，22人受傷．四川省汶川縣發(fā)生的8級(jí)大地震，在造成造成大量人員傷亡的同時(shí)，倒塌的橋梁還使震中區(qū)交通癱瘓，一度阻礙了救援工作的進(jìn)行．大量的經(jīng)驗(yàn)說明橋梁結(jié)構(gòu)是公路交通網(wǎng)中最重要的環(huán)節(jié)，一旦橋梁損傷導(dǎo)致坍塌，造成的生命財(cái)產(chǎn)損失將十分巨大，國(guó)外的一些大橋垮塌事件也都如此，比如，2001年葡萄牙杜羅河大橋垮塌事故以及2007年美國(guó)明尼蘇達(dá)州阿波勒斯大橋垮塌事故等，都造成了慘重的經(jīng)濟(jì)損失和人員傷亡．因此必須對(duì)這些耗資巨大并與國(guó)計(jì)民生密切相關(guān)的橋梁進(jìn)行可靠度評(píng)估來了解其安全狀況，以便采取合理的措施來保證其運(yùn)營(yíng)的安全．目前，我國(guó)橋梁結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范已逐步采用以概率理論為基礎(chǔ)的極限設(shè)計(jì)方法，在橋梁結(jié)構(gòu)狀態(tài)評(píng)估中也采用了以可靠度理論為基礎(chǔ)的評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)，但總的來說，橋梁可靠度理論的研究與工程實(shí)際的迫切要求不相適應(yīng)．對(duì)橋梁的安全狀況進(jìn)行準(zhǔn)確評(píng)估，需要建立～套適合工程實(shí)際應(yīng)用，可以為橋梁管理部門的科學(xué)決策提供理論依據(jù)的橋梁可靠度方法成為當(dāng)務(wù)之急。
大直徑樁承載力確定方法
靜載荷試驗(yàn)法
大贏徑樁的Q—S曲線關(guān)系一般呈緩變型。大直徑鉆孔灌注樁的極限承載力取值應(yīng)由變形控制來確定，可取0 05D(D為樁端直徑)所對(duì)應(yīng)的荷載。對(duì)于沉降不敏感的結(jié)構(gòu)物樁基礎(chǔ)，一般可取s=0 01 D對(duì)應(yīng)的荷載為承載力允許值或設(shè)計(jì)值。對(duì)于沉降敏感的結(jié)構(gòu)物單樁基礎(chǔ)，宜按等變形的準(zhǔn)則確定不同直徑樁的承載力設(shè)計(jì)值。許多國(guó)家的地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范和工程實(shí)踐都將該方法置于優(yōu)先的位置．并作為與其他方法的比較依據(jù)。該方法的缺點(diǎn)是成本高、工程量大、時(shí)間長(zhǎng)等。
由于設(shè)備加載能力的限制，采用現(xiàn)場(chǎng)靜載試驗(yàn)方法直接確定大直徑樁的豎向承載力是很困難的。恰當(dāng)?shù)睦碚摲治龇椒芸紤]影響樁性能的許多因素，特別是非線性、非均質(zhì)性等。如果能可靠地確定模型參數(shù)，理論分析方法可以成為確定單樁性能的適用手段。較之室內(nèi)試驗(yàn)，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)靜載試驗(yàn)資料確定參數(shù)更為合理。在這種情況下，試驗(yàn)可采用直徑較小的樁，必要時(shí)還可分段進(jìn)行。試驗(yàn)完成后，對(duì)試樁進(jìn)行理論分析，通過逐步調(diào)整參數(shù)擬合由現(xiàn)場(chǎng)靜載試驗(yàn)測(cè)得的荷載—沉降曲線及各級(jí)荷載下樁軸向力沿深度的分布，獲得所需的模型參數(shù)。然后，考慮試驗(yàn)代表性及尺寸效應(yīng)修正所確定的參數(shù)，并用于大直徑樁的理論分析，計(jì)算其荷載—沉降曲線，按一定的破壞標(biāo)準(zhǔn)確定大直徑樁的豎向極限承載力，以及與之相應(yīng)的各土層的側(cè)阻和端阻。為了充分反映體系的非線性性質(zhì)，比較準(zhǔn)確地確定非線性模型參數(shù)，試驗(yàn)所加的荷載必須使荷載—沉降曲線進(jìn)入彎曲階段，最好能達(dá)到破壞。
樁長(zhǎng)計(jì)算遇到的問題
對(duì)于大直徑樁(D≥3 m)。欲通過現(xiàn)場(chǎng)載荷試驗(yàn)得到樁的荷載一沉降曲線往往是不現(xiàn)實(shí)的。目前國(guó)內(nèi)已采用的大直徑空心樁有直徑達(dá)8 m者．而對(duì)這類樁進(jìn)行載荷試驗(yàn)幾乎是不可能的。因此．以荷載傳遞函數(shù)為基礎(chǔ)，考慮樁一土～巖的共同作用，從理論上導(dǎo)出樁身荷載與沉降關(guān)系的解析解，進(jìn)而得到樁頂?shù)腜～s曲線，并用于確定樁的承載力不失為一種較為理想而又實(shí)用的方法。計(jì)算與分析表明：本文所提出的荷載一沉降理論公式及數(shù)值模擬計(jì)算方法是可靠的．計(jì)算結(jié)果與實(shí)測(cè)結(jié)果吻合得較好，并能考慮樁一土～巖的共同作用，從而為樁的承載力和沉降雙準(zhǔn)則控制設(shè)計(jì)提供了有力的理論計(jì)算依據(jù)。用理論方法計(jì)算樁的P～s曲線是可行的．其關(guān)鍵是要確定樁的荷載傳遞函數(shù)參數(shù)n和6，國(guó)內(nèi)外有關(guān)文獻(xiàn)對(duì)此做過一些介紹。為了研究樁的P～S曲線的計(jì)算方法，選取合適的荷載傳遞函數(shù)形式及傳遞參數(shù)a和b是很重要的。
在各國(guó)現(xiàn)行橋梁結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和施工規(guī)范中，涉及耐久性及設(shè)計(jì)使用壽命的內(nèi)容很少；在中國(guó)的橋梁建設(shè)實(shí)踐中，橋梁及構(gòu)件設(shè)計(jì)使用壽命的制定往往為業(yè)主單位的單方面要求，缺乏相應(yīng)的設(shè)計(jì)理論支持．對(duì)于橋梁結(jié)構(gòu)，不同組成構(gòu)件在使用過程中有不同的退化模式，在維護(hù)管理及更換方面有明顯的差異，因此對(duì)不同橋梁構(gòu)件分別制定合理的設(shè)計(jì)使用壽命應(yīng)當(dāng)是橋梁耐久性設(shè)計(jì)的第一步，對(duì)降低橋梁壽命周期成本有著重大意義．本文采用了如下方法：首先明確橋梁及橋梁構(gòu)件設(shè)計(jì)使用壽命的概念，調(diào)查國(guó)內(nèi)外橋梁結(jié)構(gòu)構(gòu)件實(shí)際使用壽命和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)壽命建議值，進(jìn)行橋梁構(gòu)件劃分和耐久性分類，研究影響橋梁結(jié)構(gòu)構(gòu)件壽命的因素，最終得到能夠確定考慮各種因素影響的，壽命周期成本最優(yōu)的橋梁構(gòu)件設(shè)計(jì)使用壽命的兩種方法．
公路橋梁基礎(chǔ)設(shè)計(jì)缺陷的解決措施
1.噴錨加固法
錨噴指借錨入擬補(bǔ)強(qiáng)部位結(jié)構(gòu)內(nèi)的錨桿．掛設(shè)鋼筋網(wǎng)后施加入適量速凝劑的補(bǔ)強(qiáng)層混凝土．形成與原結(jié)構(gòu)共同承受外載作用的組合結(jié)構(gòu)。施工順序可分為：受噴面清理和鑿毛；鉆孔和插入錨桿；掛設(shè)鋼筋網(wǎng)；噴射混凝土施工等。
2.水泥灌漿補(bǔ)強(qiáng)橋梁下部結(jié)構(gòu)
橋梁建于軟土地基上．受洪水沖刷而發(fā)生沉陷導(dǎo)致墩身位移，發(fā)生此種情況時(shí)．可采用水泥灌漿法加固基礎(chǔ)。加固時(shí)先在橋墩周圍拋石．填塞沖空部分．為了進(jìn)行灌漿．先布置鉆孔以探明基底的地質(zhì)情況．然后對(duì)墩身平面范圍內(nèi)的鉆孔進(jìn)行灌漿．最后再灌漿加固橫墻以填滿墻內(nèi)干砌片石的縫隙，加強(qiáng)其整體性。
橋梁及其構(gòu)件的設(shè)計(jì)使用壽命
在英國(guó)的建筑物耐久性標(biāo)準(zhǔn)[11中，按照工程參與各方的不同關(guān)注，提出了使用壽命應(yīng)分為要求使用壽命、預(yù)期使用壽命和設(shè)計(jì)使用壽命三類．雖然歐洲國(guó)家的不少技術(shù)文獻(xiàn)腎41都采用這一界定，但長(zhǎng)久以來，國(guó)內(nèi)工程界一直習(xí)慣地將設(shè)計(jì)使用壽命等同于要求使用壽命即業(yè)主或使用者對(duì)橋梁及結(jié)構(gòu)使用壽命的目標(biāo)要求．橋梁結(jié)構(gòu)是由多個(gè)構(gòu)件組成的結(jié)構(gòu)系統(tǒng)，各構(gòu)件因功能和材料的不同在使用壽命及維護(hù)管理要求上有很大的差異，因此單用一個(gè)橋梁整體設(shè)計(jì)使用壽命約束所有構(gòu)件是不合理的．設(shè)計(jì)者需要對(duì)橋梁各構(gòu)件的設(shè)計(jì)使用壽命進(jìn)行優(yōu)化以平衡初始建造成本和使用期的維修及社會(huì)成本，從而達(dá)到壽命周期經(jīng)濟(jì)性最優(yōu)的目的．據(jù)此，橋梁及橋梁構(gòu)件的設(shè)計(jì)使用壽命可以定義為，設(shè)計(jì)人員用以作為橋梁及橋梁構(gòu)件耐久性設(shè)計(jì)的依據(jù)并具有足夠安全裕度或保證率的目標(biāo)使用年限。
結(jié)束語
由于橋梁結(jié)構(gòu)在服役期間要承受不同的隨機(jī)荷載，加之結(jié)構(gòu)本身存在的不確定因素，使得橋梁結(jié)構(gòu)進(jìn)行可靠度分析遇到諸多困難．具有良好的真實(shí)感。由于設(shè)計(jì)手段的完善，施工技術(shù)的發(fā)展．具有顯著優(yōu)點(diǎn)的無承臺(tái)大直徑樁基礎(chǔ)正在悄然興起。上述計(jì)算方法應(yīng)用在互通式立交橋中取得了良好的效果。
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