鄭　輝(中鐵工程設(shè)計(jì)咨詢集團(tuán)有限公司，北京　100055)Study on the Scheme of Bridge Pile Foundation in Passenger Dedicated LineZHENG Hui

客運(yùn)專線鐵路橋梁樁基礎(chǔ)補(bǔ)樁方案研究

鄭輝(中鐵工程設(shè)計(jì)咨詢集團(tuán)有限公司，北京100055)Study on the Scheme of Bridge Pile Foundation in Passenger Dedicated LineZHENG Hui

摘要鐵路橋梁的樁基礎(chǔ)在施工過(guò)程中經(jīng)常發(fā)生斷樁或廢樁現(xiàn)象，嚴(yán)重影響鐵路基礎(chǔ)安全。對(duì)摩擦樁基礎(chǔ)設(shè)計(jì)和補(bǔ)樁設(shè)計(jì)原則進(jìn)行說(shuō)明，并以東北新建客運(yùn)專線鐵路某實(shí)際工點(diǎn)為算例進(jìn)行演示。介紹常用的補(bǔ)樁方案，對(duì)各方案優(yōu)缺點(diǎn)進(jìn)行分析，確定最后的施工方案。

關(guān)鍵詞鐵路橋梁樁基礎(chǔ)摩擦樁補(bǔ)樁設(shè)計(jì)

1概述

隨著中國(guó)高速鐵路的快速發(fā)展，鐵路橋梁占線路長(zhǎng)度的比例越來(lái)越大，樁基的使用數(shù)量大幅增加，樁基的種類也越來(lái)越多。受地質(zhì)條件復(fù)雜多變，作業(yè)隊(duì)伍參差不齊，以及管理和技術(shù)等方面原因，樁基礎(chǔ)在施工過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生斷樁、縮徑、夾泥、混凝土強(qiáng)度不夠等樁基質(zhì)量缺陷問(wèn)題，導(dǎo)致斷樁或成樁質(zhì)量低劣，造成廢樁的情況也時(shí)有發(fā)生，需采取措施及時(shí)補(bǔ)救。

樁基礎(chǔ)廢樁的常用處理方法有接樁方案和補(bǔ)樁方案，本文重點(diǎn)介紹補(bǔ)樁方案。補(bǔ)樁設(shè)計(jì)增加樁根數(shù)并改變?cè)信_(tái)設(shè)計(jì)尺寸，導(dǎo)致承臺(tái)頂橋墩中心與樁基中心不一致，計(jì)算過(guò)程需考慮偏心造成的影響。計(jì)算過(guò)程繁瑣、復(fù)雜，對(duì)設(shè)計(jì)和施工造成了一定的困難。本文系根據(jù)施工配合工作中遇到的客運(yùn)專線鐵路橋梁的樁基礎(chǔ)補(bǔ)樁設(shè)計(jì)，對(duì)常見(jiàn)基礎(chǔ)的補(bǔ)樁設(shè)計(jì)方案進(jìn)行計(jì)算、分析和總結(jié)。

2鐵路橋梁摩擦樁設(shè)計(jì)

2.1　樁基礎(chǔ)設(shè)計(jì)原則

樁基礎(chǔ)作為鐵路橋梁常用基礎(chǔ)，樁基的直徑主要由受力大小、樁基形式和施工條件等因素確定，常用樁徑直徑一般為1.0 m、1.25 m、1.5 m，需要時(shí)可采用2.0～3.0 m。樁基的排列可采用行列式或梅花式，鉆孔灌注摩擦樁的中心距不應(yīng)小于2.5倍成孔樁徑。

各類樁的承臺(tái)板邊緣至最外一排的凈距，當(dāng)樁徑d≤1 m時(shí)，不得小于0.5d，且不得小于0.25 m；當(dāng)樁徑d>1 m時(shí)，不得小于0.3d，且不得小于0.5 m。對(duì)于鉆孔灌注樁，d為設(shè)計(jì)樁徑。鐵路橋梁基礎(chǔ)一般采用鉆孔灌注樁。

2.2　摩擦樁的容許承載力計(jì)算

單樁的軸向容許承載力分別按樁身材料強(qiáng)度和巖土的阻力進(jìn)行計(jì)算，取其較小者。當(dāng)采用巖土阻力確定樁的容許承載力時(shí)，可按式(1)進(jìn)行計(jì)算，并宜通過(guò)試樁驗(yàn)證。

(1)

式中[P]——樁的容許承載力/kN；

U——樁身截面周長(zhǎng)/m；

fi——各土層的極限摩阻力/kPa；

li——各土層的厚度；

A——樁底支承面積/m2；

[α]——樁底地基土的容許承載力/kPa；

m0——樁底支承力折減系數(shù)。

3補(bǔ)樁設(shè)計(jì)原則

常用跨度簡(jiǎn)支梁橋單線橋橋墩基礎(chǔ)至少4根樁基，雙線橋橋墩基礎(chǔ)至少8根樁基。需進(jìn)行補(bǔ)樁設(shè)計(jì)時(shí)，多數(shù)情況發(fā)生在該橋橋墩部分樁基礎(chǔ)已灌注完成，這就要求必須根據(jù)施工現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況進(jìn)行補(bǔ)樁設(shè)計(jì)。補(bǔ)樁設(shè)計(jì)一般遵循以下原則：

(1)補(bǔ)樁設(shè)計(jì)不宜改變?cè)瓨痘A(chǔ)布置，應(yīng)根據(jù)斷樁位置結(jié)合其他樁位，選擇合理補(bǔ)樁位置進(jìn)行補(bǔ)樁設(shè)計(jì)。

(2)補(bǔ)樁后原設(shè)計(jì)樁基的樁長(zhǎng)、鋼筋配筋面積及單樁樁底承載力不宜超過(guò)原設(shè)計(jì)值。

(3)補(bǔ)樁的樁徑、混凝土強(qiáng)度等級(jí)、成樁方式等要與原設(shè)計(jì)一致。

(4)補(bǔ)樁位置應(yīng)與斷樁位置較近，同時(shí)要保證承臺(tái)縱向或橫向兩個(gè)中心至少有一個(gè)不變，減少因墩臺(tái)偏心產(chǎn)生彎矩對(duì)基礎(chǔ)的影響。

(5)補(bǔ)樁后，根據(jù)補(bǔ)樁位置，橋墩承臺(tái)可采用不規(guī)則形狀，減少承臺(tái)的尺寸，減少結(jié)構(gòu)自重。

(6)常用跨度簡(jiǎn)支梁橋橋墩基礎(chǔ)布置大都滿足剛性角要求，原承臺(tái)鋼筋一般按構(gòu)造要求進(jìn)行布置。補(bǔ)樁后承臺(tái)尺寸加大，若不滿足剛性角要求時(shí)，宜采用加臺(tái)方式來(lái)滿足剛性角要求或根據(jù)計(jì)算要求進(jìn)行重新配筋。

4工程實(shí)例

4.1　情況概述

新建客運(yùn)專線鐵路吉圖琿線某特大橋位于直線上，18號(hào)橋墩左右兩側(cè)均為32 m簡(jiǎn)支梁，墩高4 m，承臺(tái)尺寸為4.9 m×10.2 m×2 m，采用8根φ1.0 m的摩擦樁，樁長(zhǎng)38 m，樁底置于深厚的全風(fēng)化花崗巖中，基本承載力250 kPa。施工單位在進(jìn)行7號(hào)樁基施工時(shí)，混凝土灌注到距離承臺(tái)底10 m左右時(shí)，不慎將導(dǎo)管拔出樁身，后經(jīng)二次封底繼續(xù)灌注至設(shè)計(jì)樁頂位置，造成接茬處樁身存在質(zhì)量缺陷。7號(hào)樁施工之前，1號(hào)、2號(hào)、4號(hào)、5號(hào)、8號(hào)樁已施工完成。工點(diǎn)處設(shè)計(jì)情況及各層土鉆探情況分別如圖1及表1、表2。

注：橋墩所在處地面點(diǎn)高程定位0.0 m。

4.2　補(bǔ)樁方案

本橋18號(hào)橋墩7號(hào)樁樁身質(zhì)量存在缺陷，設(shè)計(jì)過(guò)程中重點(diǎn)研究了不補(bǔ)樁、縱向補(bǔ)一根樁、橫向補(bǔ)一根樁和橫向補(bǔ)兩根樁4種不同的情況并與原設(shè)計(jì)進(jìn)行比較分析，確定出最優(yōu)補(bǔ)救方案。各方案的樁位示意見(jiàn)圖2。

本橋7號(hào)樁施工以前，1號(hào)、2號(hào)、4號(hào)、5號(hào)、8號(hào)樁已施工完成，因此在進(jìn)行補(bǔ)樁設(shè)計(jì)時(shí)要確保原設(shè)計(jì)基礎(chǔ)樁基位置、樁長(zhǎng)、鋼筋配筋均不變。各方案計(jì)算結(jié)果如表2所示。

通過(guò)對(duì)表2各方案數(shù)據(jù)比較分析可以得出以下結(jié)論：

(1)4種補(bǔ)樁方案控制樁號(hào)一般為8號(hào)樁和補(bǔ)樁，即補(bǔ)樁設(shè)計(jì)后控制樁號(hào)一般為廢樁外側(cè)樁或補(bǔ)樁。

(2)不補(bǔ)樁方案樁底最大軸向力增加較多，配筋面積增加較多，且8號(hào)墩基礎(chǔ)已施工完畢，因此本方案不滿足本橋墩基礎(chǔ)補(bǔ)樁設(shè)計(jì)要求。

注：不補(bǔ)樁方案按7號(hào)樁樁長(zhǎng)10 m進(jìn)行計(jì)算。

(3)縱向補(bǔ)一根樁方案樁底最大軸向力增加為4 860.3 kN，且超過(guò)單樁容許承載力較多，因此本方案不滿足本橋墩基礎(chǔ)補(bǔ)樁設(shè)計(jì)要求。

(4)橫向補(bǔ)一根樁和橫向補(bǔ)2根樁方案均滿足設(shè)計(jì)要求，補(bǔ)一根樁方案樁底最大軸向力較大，但是計(jì)算配筋面積較小，滿足構(gòu)造要求即可。橫向補(bǔ)2根樁方案雖然樁底最大軸向力較小，但配筋面積較大，同時(shí)承臺(tái)尺寸增加較大、樁數(shù)增加較多。

根據(jù)計(jì)算結(jié)果，考慮到施工工期和經(jīng)濟(jì)性，本橋18號(hào)墩補(bǔ)樁施工采用“橫向補(bǔ)一根樁”方案，施工完成后經(jīng)第三方檢測(cè)，樁基達(dá)到規(guī)范要求。原設(shè)計(jì)承臺(tái)滿足剛性角要求，采用構(gòu)造配筋，補(bǔ)樁后承臺(tái)尺寸橫橋向變化較大，需根據(jù)計(jì)算結(jié)構(gòu)重新配筋。

4.3　樁基施工注意事項(xiàng)

(1)施工單位應(yīng)加強(qiáng)作業(yè)人員培訓(xùn)，加強(qiáng)施工組織管理和質(zhì)量監(jiān)督，總結(jié)施工過(guò)程中造成廢樁原因，減少人為失誤。

(2)施工單位在松散砂土或流砂中施工基礎(chǔ)時(shí)，應(yīng)選用較大比重、粘度的泥漿。根據(jù)不同土質(zhì)，調(diào)整泥漿比重，確保泥漿具有足夠的稠度維護(hù)孔壁穩(wěn)定。

(3)樁基施工時(shí)應(yīng)加強(qiáng)孔壁防護(hù)，并將孔底余渣清除干凈，及時(shí)下基。

(4)施工過(guò)程中，樁基礎(chǔ)鉆孔完成后，應(yīng)及時(shí)清孔與灌注樁身混凝土，確保清底及成樁質(zhì)量。

5結(jié)束語(yǔ)

目前該鐵路已建成通車(chē)，補(bǔ)樁后橋墩的墩頂位移、基礎(chǔ)工后沉降等均滿足規(guī)范要求。橋梁基礎(chǔ)施工過(guò)程中，施工單位應(yīng)重視成樁質(zhì)量，加強(qiáng)施工人員的培訓(xùn)，加強(qiáng)施工質(zhì)量管理，盡量減少斷樁和廢樁情況發(fā)生。因大多數(shù)樁基已施工完成，補(bǔ)樁設(shè)計(jì)時(shí)未改變?cè)瓨痘恢茫艋A(chǔ)已施工完成根數(shù)較少或剛開(kāi)始施工時(shí)，可進(jìn)一步研究修改原樁基設(shè)計(jì)方案。在進(jìn)行補(bǔ)樁設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)根據(jù)產(chǎn)生廢樁的原因、位置、地質(zhì)條件、施工、安全性和經(jīng)濟(jì)性等因素，確定合理的補(bǔ)樁方案。

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中圖分類號(hào)：U442.5

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B

文章編號(hào)：1672-7479(2015)06-0088-03

作者簡(jiǎn)介：鄭輝(1983—)，男，2009年畢業(yè)于北京交通大學(xué)橋梁與隧道工程專業(yè)，工學(xué)碩士，工程師。

收稿日期：2015-11-13