一种变刚度台阶基础结构及施工方法技术

本发明专利技术公开了一种变刚度台阶基础结构及施工方法，应用于建筑结构工程和地基处理技术领域，包括台阶基础部分和拱座基础部分，拱座基础部分设置在台阶基础部分的顶部，台阶基础部分包括若干层台阶基础，所有层台阶基础均延伸至山体地基外缘处，所有层台阶基础在朝向山体地基的一侧形成台阶状，每层台阶基础的端部对应作为一级台阶；施工方法包括开挖山体地基

【技术实现步骤摘要】
一种变刚度台阶基础结构及施工方法


[0001]本专利技术涉及建筑结构工程和地基处理
，特别涉及一种变刚度台阶基础结构及施工方法
。

技术介绍

[0002]随着交通基础设施的推进，应对复杂地质工程环境的需求愈加紧迫，在复杂地质条件的山区峡谷地带修建大跨径拱桥结构面临基础稳定性问题，如何保证基础稳定性使其承载能力和变形满足工程要求成为关键
。
拱座基础是拱桥结构的主要受力构件，对拱桥稳定性起决定性作用，拱座基础形式根据拱桥地形地质条件综合决定
。
在拱桥设计中，为提高体系稳定性，基础通常采用扩大基础的形式作用于岩层上
。
对于大跨径拱桥结构而言，需要构筑成大体积的拱座，然而，大体积拱座存在许多问题，拱座实际受力特点和作用机理复杂
。
通常存在承载力估算不足，基础尺寸过大等情况，且过大的体积在施工过程中容易因混凝土水化反应导致出现收缩开裂等病害，给桥梁后期运营造成极大隐患
。
常规的基础通过开挖成平台或地锚方式提供对上部结构的拉力
。
对于平台型基础，由于桥梁结构受力方式特征，使支座反力方向主要为沿拱轴线的方向，致使基础的受力不均匀，造成应力集中，导致基础开裂等破坏情况，严重威胁上部结构安全
。
在拱桥结构受力体系中，基础的刚度特征是影响其内力大小和分布的主要因素之一，刚度越大且恒定时其内力越大且分布均匀，承载能力也越高
。
传统方法计算基底应力时小于地基容许承载力即可，然而忽略了基础背面反力对地基应力的影响，而实际上基础背面与地面处存在的应力集中现象，不符合结构实际受力状况，且计算结果偏于保守，工程造价高昂
。
对于老岸拱座基础，由于其修建于山坡上，且基础为顺层岩质地基，上部结构荷载对坡体的整体稳定性有不可忽略的影响
。
从平面上来看，基底面投影区域越靠近坡面的部分
(
即临水侧
)
，坡体稳定性越差，因此若将基础高应力区向更靠近山体深处转移，对坡体的整体稳定性越有利，优化拱座
‑
基础
‑
地基传力路径及应力分布状态变得十分必要
。
[0003]传统地基基础，因为技术水平和施工条件制约，需要先平整场地，基础一般为条形规则分布
。
按照等刚度原理布置，假定基底反力是均匀分布的
。
在实际工程中，山地边坡开挖难度大，且地基变形不均匀，基础作用于地基上易出现不均匀沉降，地基与基础传力路径不稳定，对桥梁结构的使用寿命及安全性造成重大影响
。
在
《
建筑地基技术规范
》
中，上部荷载作用于基础上，基础应力分布与基础刚度有关
。
对于不均匀地基而言，在基础刚度一致情况下，将出现变形协调不一致现象，基础发生脆性破坏，影响上部结构稳定，为最大程度避免差异沉降，提高结构稳定性，需要优化基础的刚度特征
。
综上，现有技术存在不足有：
1、
混凝土浇筑量大；
2、
地基平整开挖量大，工程造价高；
3、
基础与地基之间变形协调不一致，差异沉降不易控制
。
解决上述问题的关键环节在于提高地基与基础之间的变刚度调节能力，目前现有技术均未解决此问题
。
[0004]另一方面，常规地基基础与施工过程中重点关注基础基底应力能否满足承载力要求，因此常见的桥梁拱座基础均是通过开挖平整地层并构造一体式箱形基础等实现；然而
通过浇筑形式的箱形基础应力主要作用于下部地基上，考虑到拱桥结构拱座受力形式主要沿拱轴线方向，即沿拱座外侧受到更大的上部荷载作用，而沿拱座内侧则受到较小的上部荷载作用
。
由此形成了拱座基础内外侧应力不均匀，导致拱座基础易出现脆性开裂破坏等问题
。
与此同时，拱座内侧过高的刚度未发挥作用，且进一步加剧拱座基础破坏，这一现象是常规基础与施工中未能避免的
。
如何改良基础结构，使拱座基础更能适应山区地形条件的研究罕有报道，所以利用山区地形特征
、
通过合理设置基础形式，实现基础与地基的连续变形协调作用，避免局部应力集中引起的拱座基础破坏导致上部结构不安全十分重要
。
据此，创新出适用于不同地基条件，施工方便，同时地基沉降及应力分布连续的基础类型具有较大的工程意义和实用价值
。
[0005]由此，本专利技术人凭借多年从事相关行业的经验与实践，提出一种变刚度台阶基础结构及施工方法，以克服现有技术的缺陷
。

技术实现思路

[0006]本专利技术的目的在于克服现有技术中所存在的上述拱座基础应力不均匀导致差异沉降不易控制的不足，提供一种变刚度台阶基础结构及施工方法，台阶式拱座基础与山体地基整体刚度变化一致性更好，从而消除基础应力不均匀，具有更好的抗滑移和抗倾覆能力，能够有效控制地基不均匀沉降并优化应力分布，地基应力沿横桥向具有更好的协调关系，同时该方法能够适用于不同地基条件，施工方便，也降低了工程成本
。
[0007]为了实现上述专利技术目的，本专利技术提供了以下技术方案：
[0008]一种变刚度台阶基础结构，台阶基础结构与山体地基的侧表面形状相匹配，其包括台阶基础部分和拱座基础部分，拱座基础部分设置在台阶基础部分的顶部，拱座基础部分呈块状，且拱座的顶部用于为拱座提供水平的支撑面；台阶基础部分包括若干层台阶基础，所有层台阶基础均延伸至山体地基外缘处，在高度增加方向上台阶基础逐层加长，且所有层台阶基础在朝向山体地基的一侧形成台阶状，每层台阶基础的端部对应作为一级台阶
。
[0009]由于台阶基础部分沿山体地基的侧边缘至山体中心方向的厚度逐渐变小，通过该台阶状结构，台阶基础结构从中心向边缘渐变厚度形成了变刚度基础形式，与山体变形形态相对应，基础内部受力均匀，结构简单，对调节地基变形的作用显著；分层的台阶基础，具有较好的抗滑移作用，由于各层台阶基础的长度不同，对于整个台阶基础部分，其在高度方向的每一层台阶处的厚度不同，使得对应的刚度也不同，分层的设置对水平力的抵抗是不均匀的，起主要作用的是顶部台阶，实际施工中通过保证顶部台阶背面材料的强度确保结构受力
。
各层台阶基础在承受外部荷载时，不仅会产生向下和向后的平动，通过基础应力传递，确定与基岩面接触的有效基础尺寸，将拱座基础承受的全部荷载转换为左右在基础重心处的力和力矩，得到各阶梯基底应力分布情况及背面水平抗力，考虑背面水平抗力对基底应力重分布的贡献，通过变刚度调平可以达到降低沉降差的目的，若山体地基刚度呈靠近山体中部软而靠近山体边缘硬的分布，则地基高应力区向山体边缘处转移，对坡体整体稳定性有利，主要作用机理是通过改变台阶基础的支撑刚度来抵消各部位造成的刚度不均匀分布，进而调整降低沉降差，从而消除基础应力不均匀，具有更好的抗滑移和抗倾覆能力，能够本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种变刚度台阶基础结构，台阶基础结构与山体地基的侧表面形状相匹配，其特征在于，包括台阶基础部分和拱座基础部分，所述拱座基础部分设置在所述台阶基础部分的顶部，所述拱座基础部分呈块状，且所述拱座的顶部用于为拱座提供水平的支撑面；所述台阶基础部分包括若干层台阶基础，所有层所述台阶基础均延伸至山体地基外缘处，在高度增加方向上所述台阶基础逐层加长，且所有层所述台阶基础在朝向山体地基的一侧形成台阶状，每层台阶基础的端部对应作为一级台阶
。2.
根据权利要求1所述的变刚度台阶基础结构，其特征在于，所述台阶基础部分通过分层先后浇筑混凝土成型
。3.
根据权利要求2所述的变刚度台阶基础结构，其特征在于，每层所述台阶基础中，在靠近山体基础的一侧采用低强混凝土，在靠近山体基础外缘的一侧采用高强混凝土
。4.
根据权利要求3所述的变刚度台阶基础结构，其特征在于，所述混凝土的强度等级范围为：
C40
～
C80。5.
根据权利要求1所述的变刚度台阶基础结构，其特征在于，每层所述台阶基础的台阶转角的大小为：
90
～
150
°
。6.
根据权利要求1所述的变刚度台阶基础结构，其特征在于，所有层所述台阶基础的端部的所述一级台阶的侧面坡度为
90
～
150
°
。7.
根据权利要求1‑6任一所述的变刚度台阶基础结构，其特征在于，还设有数据监...

【专利技术属性】
技术研发人员：梅国雄，张振，郑皆连，王天成，
申请(专利权)人：广西大学，
类型：发明
国别省市：