鄭旺

摘 要：濕陷性黃土在一定壓力受到水浸時(shí)，自身土體結(jié)構(gòu)遭遇嚴(yán)重?fù)p壞，從而產(chǎn)生顯著的下沉問題，基于這一情況地貌也容易出現(xiàn)縱橫的溝壑。在平縱橫布置橋梁過程中，這一情況直接影響了設(shè)計(jì)橋梁樁基的難易程度，從而威脅項(xiàng)目的安全性。本文通過分析晉西北濕陷性黃土區(qū)鐵路橋梁樁基礎(chǔ)設(shè)計(jì)，得到確保項(xiàng)目經(jīng)濟(jì)性的最佳設(shè)計(jì)方案，為今后類似項(xiàng)目設(shè)計(jì)提供參考。

關(guān)鍵詞：晉西北；濕陷性黃土區(qū)；橋梁樁基礎(chǔ)設(shè)計(jì)

引言：

晉西北大部分地區(qū)都被黃土覆蓋，相應(yīng)比例已經(jīng)達(dá)到90%，濕陷性黃土在低溫環(huán)境中表現(xiàn)出較高的強(qiáng)度和較低的壓縮性，遇水則會(huì)明顯降低，并發(fā)生較大的變化。因此在這一地區(qū)上的建筑項(xiàng)目容易發(fā)生沉陷等事故，對(duì)該地區(qū)鐵路橋梁樁基礎(chǔ)設(shè)計(jì)研究具有一定的實(shí)際意義。

一、晉西北濕陷性黃土特點(diǎn)

（一）濕陷性

具體是指結(jié)構(gòu)性較強(qiáng)的欠壓密土，水浸入黃土以后由于外部荷載或者是自重的影響出現(xiàn)下沉即為濕陷。這個(gè)現(xiàn)場(chǎng)屬于一個(gè)相對(duì)復(fù)雜的物理化學(xué)過程，較為公認(rèn)的機(jī)理是水浸黃土之后，膠結(jié)物質(zhì)表現(xiàn)出一系列反應(yīng)，降低了結(jié)構(gòu)強(qiáng)度。其中黃土內(nèi)部形成的孔隙直徑比附近顆粒直徑大產(chǎn)生的架空結(jié)構(gòu)就是濕陷條件，密切聯(lián)系著孔隙比、含水率等因素。加之大量存在的天然孔隙，也會(huì)相應(yīng)提升含水率，發(fā)生更加明顯的濕陷性。

（二）判定標(biāo)準(zhǔn)

利用室內(nèi)壓縮法對(duì)濕陷系數(shù)有效檢測(cè)，從而對(duì)這一特點(diǎn)客觀評(píng)價(jià)。結(jié)合相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，當(dāng)系數(shù)≥0.015時(shí)，即可判斷其屬于濕陷性黃土，反之則不屬于。對(duì)濕陷量和自重濕陷量科學(xué)計(jì)算，可以得到相應(yīng)類型，分別是輕微、中級(jí)、嚴(yán)重與很嚴(yán)重。

（三）濕陷性對(duì)樁基帶來的影響

可以根據(jù)重要程度、結(jié)構(gòu)特點(diǎn)以及水浸濕以后造成的危害情況分析濕陷性黃土對(duì)橋梁樁基造成的影響。結(jié)果說明，當(dāng)對(duì)其地基處置以后，結(jié)束操作后依然出現(xiàn)一定程度的不均勻沉降。若在整體設(shè)計(jì)中忽略甚至未全面思考這一地區(qū)特點(diǎn)，必將損壞樁端地基，使樁身缺乏穩(wěn)定性，影響建筑物今后的正常應(yīng)用[1]。

二、黃土濕陷與負(fù)摩阻力

（一）濕陷性黃土項(xiàng)目特點(diǎn)

1.敏感性

在濕度較低區(qū)域黃土濕陷表現(xiàn)出顯著的強(qiáng)度，同時(shí)壓縮性偏低。若與水結(jié)合則會(huì)出現(xiàn)明顯的變形，相應(yīng)降低強(qiáng)度。目前，主要是從濕陷發(fā)生原理、影響因素和選擇指標(biāo)等進(jìn)行研究，并提供合理的評(píng)估方式，結(jié)合不同的評(píng)估指數(shù)，采取相應(yīng)的施工手段。近些年來深入分析了敏感特點(diǎn)，從單一的增濕變化到間歇性的變形強(qiáng)度；基于各個(gè)方面的特點(diǎn)，更加精準(zhǔn)地分析了這一特點(diǎn)。通過這部分研究，可以更加全面掌握項(xiàng)目建設(shè)中濕陷性黃土的特點(diǎn)[2]。因此，通過全面研究各類指標(biāo)以后，總結(jié)出其集中表現(xiàn)為敏感性特點(diǎn)，并簡單分析這一土地的整體特點(diǎn)。

2.沉降性

實(shí)際操作中，由于豎向?qū)螛对斐傻呢?fù)荷，樁體表現(xiàn)出的壓縮變形也十分顯著。而樁底部產(chǎn)生的土質(zhì)由于施加較強(qiáng)應(yīng)力而改變，對(duì)應(yīng)土地也會(huì)產(chǎn)生變化，這些變化出現(xiàn)極強(qiáng)的沉降特點(diǎn)。這樣的沉降現(xiàn)象，主要取決于樁身長度、相對(duì)的壓縮特點(diǎn)、負(fù)荷形成時(shí)間等。

（二）計(jì)算負(fù)摩阻力

由于鐵路橋梁建筑物對(duì)沉降要求較高，在晉西北濕陷性黃土地區(qū)設(shè)計(jì)樁基礎(chǔ)，關(guān)鍵是直接穿過濕陷性土層向非濕陷性土層擴(kuò)展。在黃土與軟土地基之間形成了樁基礎(chǔ)，若出現(xiàn)土壤濕陷或者是固結(jié)問題，地基必將對(duì)樁身產(chǎn)生下沉影響，這也是對(duì)樁身有效下拉的力量，此時(shí)需要對(duì)樁側(cè)土形成的負(fù)摩阻力整體分析[3]。怎樣對(duì)這一數(shù)值有效明確，需要十分復(fù)雜的分析，初步利用相關(guān)公式或現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)開展計(jì)算。結(jié)合軟弱黏土層中樁軸負(fù)摩擦力進(jìn)行計(jì)算：

其中，f代表阻力強(qiáng)度，qu代表該土層的抗壓強(qiáng)度，Kn代表壓力系數(shù)，Υ代表平均摩擦力，h代表壓縮層厚度，φ代表內(nèi)摩擦角度。

三、實(shí)際設(shè)計(jì)分析

晉西北地區(qū)的鐵路橋梁項(xiàng)目由于需要貫穿黃土區(qū)域，出現(xiàn)很多濕陷黃土類型。為了保證統(tǒng)一性設(shè)計(jì)，整理所在區(qū)域的設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)，需要全面考慮黃土不同類型的參考數(shù)值。結(jié)合項(xiàng)目所在地區(qū)的地質(zhì)特點(diǎn)，結(jié)合有關(guān)參數(shù)，根據(jù)鐵路實(shí)際運(yùn)營情況，可以有效控制橋梁樁基礎(chǔ)沉降，保證獲得安全的結(jié)構(gòu)。

由于橋墩受力相對(duì)單一，水平方向壓力不大，樁身配筋與樁長不會(huì)影響到設(shè)計(jì)方案。以橋臺(tái)作為分析對(duì)象，對(duì)比兩種自由樁長確定方案的計(jì)算結(jié)果。

基礎(chǔ)設(shè)計(jì)6根樁，采取1.25m樁徑[4]。根據(jù)行列安排樁基，其中縱橫向樁距為3.5m。承臺(tái)橫縱向分別是9.3m和5.8m，厚2.5m。

方案一：黃土層中的自由樁選擇最外側(cè)到達(dá)邊坡穩(wěn)定線超過6m的水平距離。明確自由樁長度是3.39m，樁身長度是39m，配筋面積111.54cm2。

方案二：根據(jù)計(jì)算彈性附著力標(biāo)準(zhǔn)做出以下設(shè)計(jì)：將起點(diǎn)設(shè)計(jì)在坡腳，繪制邊坡穩(wěn)定線，將承臺(tái)底線和前排樁之間的交叉點(diǎn)作為嵌固樁基點(diǎn)，經(jīng)過這一點(diǎn)產(chǎn)生的水平線即是固著樁基礎(chǔ)的線。密切圍繞嵌固點(diǎn)將水平線順時(shí)針旋轉(zhuǎn)，之后相交邊坡穩(wěn)定線于一點(diǎn)，經(jīng)過這一點(diǎn)繪制平行于承臺(tái)底端的線。結(jié)合計(jì)算公式，對(duì)自由樁長度明確即4.26m，樁身長度是40m，鋼筋面135.98cm2。

通過本次設(shè)計(jì)了解到，針對(duì)相同類型的土質(zhì)，在保證邊坡線穩(wěn)定的情況下，方案一是結(jié)合運(yùn)營多年積累的經(jīng)驗(yàn)確定的自由樁長度。方案二確定承臺(tái)底部至水平線距離為自由樁長度。

結(jié)合多次設(shè)計(jì)可知，兩種不同方案的自由樁長都出現(xiàn)過較大問題。由于這項(xiàng)工程規(guī)模較大，通常設(shè)計(jì)時(shí)考慮采取一種方案明確自由樁長，采取另一種方案對(duì)其進(jìn)行檢驗(yàn)，一定程度保證了樁長與配筋。

在情況相對(duì)特殊時(shí)，結(jié)合以上分析對(duì)自由樁長度計(jì)算明確以后，配筋和樁頂位移相對(duì)較大不能順利通過時(shí)，可以把重力擋土墻設(shè)計(jì)在臺(tái)前，進(jìn)一步提高土地的可靠性。并且從擋墻頂部計(jì)算邊坡線，有效縮短自由樁長度，這樣的解決方式的有效率較高。

四、結(jié)束語

濕陷性黃土層容易損壞樁端地基，引起樁身穩(wěn)定性不足問題，也容易造成橋墩的不均勻沉降現(xiàn)象，一定程度威脅了使用的安全性。因此，在設(shè)計(jì)過程中，需要科學(xué)布置平、立面，進(jìn)一步確保橋梁項(xiàng)目的安全性。此外，還要對(duì)參數(shù)有效規(guī)范，最大程度提升經(jīng)濟(jì)水平。

參考文獻(xiàn)：

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[2]白琦成.鄭西線濕陷性黃土地區(qū)橋梁基樁負(fù)摩阻力計(jì)算探討[J].鐵道技術(shù)監(jiān)督，2015（3）：89-90.

[3]代云山.淺析山區(qū)鐵路橋梁墩臺(tái)開挖邊坡支擋結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計(jì)[J].科學(xué)之友，2016（2）：12.

[4]方根男.樁基設(shè)計(jì)中樁側(cè)土的負(fù)摩阻力問題[J].鐵道標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)，2016（3）：112.