(19)国家知识产权局 (12)发明 专利 (10)授权公告 号 (45)授权公告日 (21)申请 号 202111556195.4 (22)申请日 2021.12.17 (65)同一申请的已公布的文献号 申请公布号 CN 114059573 A (43)申请公布日 2022.02.18 (73)专利权人 长安大学 地址 710064 陕西省西安市雁塔区南 二环 路中段 (72)发明人 冯忠居　陈慧芸　郭穗柱　赵瑞欣　 徐博熙　李铁　何静斌　尹继兴　 蔡杰　黄骤屹　蔡俊华　夏承明　 白少奋　宋健　 (74)专利代理 机构 西安通大专利代理有限责任 公司 6120 0 专利代理师 王艾华 (51)Int.Cl. G06F 30/13(2020.01) G06F 30/20(2020.01) E02D 27/12(2006.01) E02D 5/34(2006.01)E01D 19/00(2006.01) (56)对比文件 CN 110427640 A,2019.1 1.08 CN 110866294 A,2020.0 3.06 CN 113536582 A,2021.10.2 2 JP 2007270542 A,20 07.10.18 安江龙. 《岩溶区大直径桩侧溶洞对其竖向 承载特性影响的数值模拟分析》 . 《中国优秀硕士 学位论文全文数据库工程科技 Ⅱ辑》 .2014,全 文. 杨卫东. 《单桩穿越大 型溶洞的竖向承载特 性研究》 . 《中国优秀硕士学位 论文全文数据库工 程科技Ⅱ辑》 .2014,全 文. 熊露. 《深厚软弱土地区细长嵌岩桩竖向承 载性状研究》 . 《中国优秀硕士学位 论文全文数据 库工程科技 Ⅱ辑》 .2020,全 文. 董芸秀， 冯 忠居. 《岩溶区桥梁 桩基承载力试 验与合理嵌岩 深度》 . 《交通 运输工程学报》 .2018,全 文. 审查员 索文嘉 (54)发明名称 考虑桥梁全寿命周期溶洞溶蚀量的桩基嵌 岩深度设计方法 (57)摘要 本发明涉及土木工程桥梁桩基的承载力计 算领域， 尤其涉及考虑桥梁全寿命周期溶洞溶蚀 量的桩基嵌岩深度设计方法， 包括以下步骤： 步 骤1)， 分别计算考虑竖向承载力、 桩身稳定性要 求和全寿命周期溶洞溶蚀量时的桩基嵌岩深度； 步骤2)， 对比考虑竖向承载力、 桩身稳定性要求 和全寿命周期溶洞溶蚀量时的桩基嵌岩深度， 取 最大值作为 设计值。 本发明采用的考虑桥梁全寿 命周期溶洞溶蚀量的桩基嵌岩深度设计方法能 动态考虑桥梁桩基嵌岩深度取值受溶洞溶蚀的 影响， 为岩溶区公路桥梁桩基设计计算提供参考 依据。 权利要求书3页 说明书9页 附图2页 CN 114059573 B 2022.12.23 CN 114059573 B 1.一种考虑桥梁全寿命周期溶洞溶蚀量的桩基嵌岩深度设计方法， 其特征在于， 包括 以下步骤： 步骤1)， 分别计算考虑竖向承载力、 桩身稳定性要求和全寿命周期溶洞溶蚀量时的桩 基嵌岩深度； 考虑竖向承载力时， 桩基的嵌岩 深度计算方法如下： (1)当岩溶区钻孔或挖孔灌注桩穿过 溶洞时， 桩基嵌岩 深度hr按下列公式计算： 式中： [Ra]—单桩轴向受压承载力容许值， 桩身自重与置换土重当土重计入浮力时， 置 换土重也计入浮力的差值作为荷载考虑； c1—根据清孔、 岩石破碎程度因素而定的端阻发挥系数； Ap—桩端截面 面积， 对于扩底桩， 取扩底截面 面积； frk—桩端岩石饱和 单轴抗压强度标准值， 黏土质岩取天然湿度单轴抗压强度标准值， 当frk小于2MPa时按摩擦桩计算； c2m—溶洞所在岩层的侧阻发挥系数； m1—根据桩身溶洞填充及周围暗河 情况而定的溶洞所在土层的侧阻发挥系数； u—各土层或各岩层部分的桩身周长； z—溶洞高度， 扩孔部分不计； frkm—溶洞所在岩层岩石饱和单轴抗压强度标准 值； c2—根据清孔、 岩石破碎程度因素而定的嵌岩层的侧阻发挥系数； (2)当岩溶区钻孔或挖孔灌注桩下伏存在溶洞时， 桩基嵌岩 深度hr按下列公式计算： 式中： hr—桩基合理嵌岩 深度； [Ra]—单桩轴向受压承载力容许值， 桩身自重与置换土 重的差值作为荷载考虑； m2—根据溶洞顶板厚度而定的端阻发挥系数； c1—根据清孔、 岩石破碎程度因素而定的端阻发挥系数； Ap—桩端截面 面积， 对于扩底桩， 取扩底截面 面积； frk—桩端岩石饱和 单轴抗压强度标准值， 黏土质岩取天然湿度单轴抗压强度标准值， 当frk小于2MPa时按摩擦桩计算； u—各土层或各岩层部分的桩身周长； c2—根据清孔、 岩石破碎程度因素而定的嵌岩层的侧阻发挥系数； 在考虑桩身稳定性时， 桩基嵌岩 深度的计算方法如下： (1)对于圆形截面桩， 按下列公式计算： (2)对于矩形截面桩权　利　要　求　书 1/3 页 2 CN 114059573 B 2式中： hr—桩基合理嵌岩 深度； MH—基岩顶面处的弯矩， 计算时按m法计算， 横向荷载按公路 Ⅰ级选取， 竖向荷载由设计 方提供； Mk—桩端断面与基岩接触面上产生的反力矩， Mk＝α σmaxW； α —应力折减系数， α ＝0.5； σmax—桩周岩层产生的最大侧向应力； W—桩底截面模量， W ＝ π d3/32； β —岩石垂直极限抗压强度换算为水平极限抗压强度的折减系数， β ＝0.5～1.0， 岩石 侧面节理发育的取小值， 不发育的取 大值； Ra—单桩轴向受压承载力容许值； d—桩身设计直径； 考虑全寿命周期溶洞溶蚀量时， 桩基嵌岩 深度的计算公式为： hr＝Ep×设计寿命+0.5m 式中， Ep为桩基所在岩溶地层溶蚀速率； 所述桩基所在岩溶地层溶蚀速率Ep的计算公式如下： Ep＝kΔmAp‑1T‑1 式中： Ep—桩长深度L范围内场地溶蚀速率； k—截面修正系数； Δm—在一定埋 放时间内的绝对溶蚀量， 即测试时间内的样品质量变化 W1‑W2； Ap—桩身表面积； T—时间； 绝对溶蚀量的计算公式为： Δm＝Eplρ AL 式中， Δm—在一定埋 放时间内的绝对溶蚀量， 即测试时间内的样品质量变化 W1‑W2； Epl—场地溶蚀度； ρ —岩层密度； A—桩端截面 面积； L—桩长深度； 场地溶蚀度的计算表达式为： 式中， Epl—场地溶蚀度； h1—勘察钻孔进尺范围内的溶蚀岩层累计高度； h2—勘察钻孔进尺； 步骤2)， 对比考虑竖向承载力、 桩身稳定性要求和全寿命周期溶洞溶蚀量时的桩基嵌权　利　要　求　书 2/3 页 3 CN 114059573 B 3