章有德 孫 杰

(中鐵工程設(shè)計(jì)咨詢集團(tuán)有限公司濟(jì)南設(shè)計(jì)院， 山東濟(jì)南 250022)

頂進(jìn)框架橋樁基受力分析及樁長(zhǎng)檢算

章有德 孫 杰

(中鐵工程設(shè)計(jì)咨詢集團(tuán)有限公司濟(jì)南設(shè)計(jì)院， 山東濟(jì)南 250022)

以鄒城市富唐路K1+853.9頂進(jìn)1-16.0 m框架橋線路防護(hù)樁基設(shè)計(jì)為例，對(duì)樁基進(jìn)行受力分析，明確了嵌入段樁基對(duì)樁底產(chǎn)生的豎向力應(yīng)等于嵌入段樁基自重與樁身所占同體積土之差；另外，明確樁身受力后，對(duì)樁長(zhǎng)進(jìn)行檢算，利用橋梁通軟件對(duì)樁基進(jìn)行配筋，完成樁基設(shè)計(jì)。

頂進(jìn)框架橋 鉆孔樁 受力分析 樁長(zhǎng)檢算

1 概述

鄒城市富唐路K1+853.9頂進(jìn)1-16.0 m鋼筋混凝土框架橋，線路加固采用D型便梁防護(hù)，下部采用φ160 cm鉆孔樁，樁頂設(shè)蓋梁，單側(cè)吃土頂進(jìn)施工。施工樁基前先架設(shè)D24、D16型鋼便梁；然后按1∶1放坡開挖作業(yè)平臺(tái)，平臺(tái)頂距便梁縱梁底不小于4.0 m凈空，方便施工機(jī)械進(jìn)入，按照設(shè)計(jì)樁長(zhǎng)進(jìn)行鉆孔施工。

鉆孔樁基設(shè)計(jì)過(guò)程中考慮了列車荷載、便梁自重、橋面恒載、列車制動(dòng)力、開挖面樁后土壓力，樁自重以及水浮力等。頂進(jìn)過(guò)程中，采用吃土頂進(jìn)，樁后土壓力較大，故在設(shè)計(jì)中應(yīng)考慮樁后土壓滿載情況下計(jì)算樁長(zhǎng)及配筋。另外，明確了土中嵌入段樁基豎向承載力的計(jì)算方法，即嵌入段樁基對(duì)樁底產(chǎn)生的豎向力等于嵌入段樁基與同體積土重之差。

2 工程概況及工程地質(zhì)

2.1 工程概況

2.2 工程地質(zhì)

巖土施工工程分級(jí)及物理力學(xué)參數(shù)見表1。

表1 巖土施工工程分級(jí)及物理力學(xué)參數(shù)值

根據(jù)該區(qū)地下水的賦存條件，可分為第四系孔隙潛水和承壓水。

該區(qū)地下水的類型為第四系孔隙潛水，勘探期間地下水埋深0.30～1.90 m，主要受大氣降水的補(bǔ)給，水位隨季節(jié)變化而變化，變化幅度約1.0 m。

3 樁基受力分析及設(shè)計(jì)檢算

3.1 樁基受力分析

本工程共需12根鉆孔樁，取其中一根樁A為例進(jìn)行分析(如圖1)，樁頂接蓋梁，蓋梁頂受D16便梁、D24便梁共同作用；便梁受列車荷載作用，列車荷載采用中-活載，取雙孔重載加載模式[4]；線路恒載為5 kN/m，樁后土壓力按滿載計(jì)算，如圖1所示。

圖1 計(jì)算圖示

計(jì)算參數(shù)見表2。

表2 計(jì)算參數(shù)

作用于樁A蓋梁頂豎向力F=(活載支座反力R1×1.238+活載支座反力R2×1.273)+(線路恒載+每孔梁自重)/2

PLC技術(shù)在實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中主要包括四個(gè)階段的內(nèi)容。通過(guò)利用PLC技術(shù)可以對(duì)機(jī)械電氣控制裝置進(jìn)行全面性的控制，保障設(shè)備運(yùn)行的安全性和穩(wěn)定性。例如：機(jī)械控制設(shè)備在運(yùn)行過(guò)程中出現(xiàn)了故障，利用PLC技術(shù)可以在第一時(shí)間將故障的主要原因診斷出來(lái)，并將相關(guān)數(shù)據(jù)發(fā)送到計(jì)算機(jī)中，根據(jù)所規(guī)定的控制指令對(duì)設(shè)備運(yùn)行過(guò)程中的故障進(jìn)行及時(shí)的解決，以此來(lái)保障設(shè)備運(yùn)行的安全性[2]。

F=(1130.24×1.238+797.26×1.273)+(5×24.5+469+5×16.4+239.9)/2=2 872 kN

經(jīng)計(jì)算樁后土壓力豎向分力E豎=106.58 kN，水平分力E水=338.01 kN，合力作用點(diǎn)距沖刷線處距離h=3.33 m。

制動(dòng)力Q=(1130.24+797.26)×0.1=192.82 kN

蓋梁作用于樁頂豎向力N=1.5×2.2×27.8×25/6=382.25 kN(蓋梁長(zhǎng)27.8 m，共6根樁)

沖刷線處的總彎矩M=E水×h+Q×10=338.01×3.33+192.82×10=3054.91 kN·m

注：由于樁A為位于兩股線間的樁，樁基蓋梁頂所受豎向力及水平力為兩片D24便梁以及兩片D16便梁共同作用。

3.2 樁基長(zhǎng)度檢算

鉆孔樁基容許承載力

式中,[P]為樁的容許承載力/kN；U為樁身截面面積/m；按成孔樁徑計(jì)算；fi為各土層的極限摩阻力/kPa；li為各土層厚度/m；A為樁底支撐面積/m2；按設(shè)計(jì)樁徑計(jì)算；[σ]為樁底地基土的容許承載力/kPa；m0為樁底支承力折減系數(shù)。本工程樁底土質(zhì)較好，不易坍塌，清底良好，故取0.7[3]。

經(jīng)參閱以往設(shè)計(jì)資料及一些參考文獻(xiàn)，有些計(jì)算樁底豎向力時(shí)，將嵌入土中樁的自重全部納入為豎向力，忽略了土對(duì)樁側(cè)的接觸摩擦力，使樁底豎向力比實(shí)際偏大。實(shí)際上，鐵路地基規(guī)范對(duì)樁底豎向力計(jì)算已有詳細(xì)的對(duì)比、推導(dǎo)說(shuō)明，即嵌入段樁基對(duì)樁底產(chǎn)生的豎向力等于嵌入段樁基與同體積土重之差，也提到如何計(jì)算摩擦樁的軸向受壓承載力的問(wèn)題，各方一直有爭(zhēng)議，故規(guī)范也沒有明確指出此法適用范圍和條件。本人認(rèn)為此理論較符合實(shí)際情況，經(jīng)多個(gè)工地實(shí)踐證明，算得樁長(zhǎng)樁基結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，無(wú)病害發(fā)生。

擬定樁長(zhǎng)26 m，沖刷線以上自由段長(zhǎng)度7.5 m，嵌入段長(zhǎng)度為18.5 m，沖刷線位于第4層粉質(zhì)黏土層上。穿透第4層粉質(zhì)黏土厚度為4.92 m，穿透第5層中粗砂厚度為4.2 m，穿透第6層黏土厚度為9.38 m；樁底承受的豎向合力P=N0+P1-P2，其中N0包括列車荷載豎向力F，土壓力豎向分力E豎，蓋梁自重，自由段樁自重，另外還應(yīng)減去樁產(chǎn)生的浮力F浮。經(jīng)計(jì)算,P=3 646.34 kN，樁基容許承載力[P]=3 681.66 kN，故擬定樁長(zhǎng)滿足要求。本計(jì)算以承載力控制樁長(zhǎng)，由于本工程僅為臨時(shí)防護(hù)工程，裂縫及位移不作為控制因素，但在計(jì)算中也應(yīng)作為考慮，故樁長(zhǎng)增加1 m富余量，樁長(zhǎng)為27 m。

另外也可采用橋梁通軟件計(jì)算，輸入計(jì)算參數(shù)，計(jì)算樁長(zhǎng)為26.62 m。

通過(guò)以上兩種方式計(jì)算樁長(zhǎng)，對(duì)比結(jié)果，相互吻合，故樁長(zhǎng)采用27 m。

3.3 樁基配筋設(shè)計(jì)

經(jīng)計(jì)算，沖刷線處的總彎矩M=3 054.91 kN·m，沖刷線處的水平力E=338.01 kN，利用橋梁通軟件計(jì)算出樁身所受最大彎矩Mmax=3 696.8 kN·m，樁身主筋至少配35根φ25 mm鋼筋[2]。

4 結(jié)束語(yǔ)

本工程橋上共5股線路，共需架設(shè)5孔D24便梁，10孔D16m便梁，12根鉆孔樁，以鉆孔樁為支點(diǎn)架設(shè)便梁，頂進(jìn)框架，鉆孔樁在整個(gè)線路防護(hù)過(guò)程中起到了關(guān)鍵性作用。在施工過(guò)程中，除按設(shè)計(jì)成孔配筋以外，應(yīng)對(duì)樁進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，如樁頂水平位移、豎向沉降等，確保鉆孔樁各指標(biāo)滿足規(guī)范要求[5-9]。

[1] 鐵道第三勘察設(shè)計(jì)院.TB 10002.5—2005 J464—2005鐵路橋涵地基和基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范[S].北京：中國(guó)鐵道出版社，2009

[2] 中鐵工程設(shè)計(jì)咨詢集團(tuán)有限公司.TB 10002.3—2005 J462—2005鐵路橋涵鋼筋混凝土和預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范[S].北京：中國(guó)鐵道出版社，2009

[3] 鐵道第三勘察設(shè)計(jì)院.橋涵地基與基礎(chǔ)[M].北京：中國(guó)鐵道出版社，2002

[4] 鐵道第三勘察設(shè)計(jì)院.TB 10002.1—2005 J460—2005鐵路橋涵設(shè)計(jì)基本規(guī)范[S].北京：中國(guó)鐵道出版社，2009

[5] 毛坤海，龔宏華.箱涵頂進(jìn)線路加固中便梁支點(diǎn)(樁基)優(yōu)化設(shè)計(jì)[J].鐵道建筑，2011(2):55-56

[6] 郭新偉.跨京津城際框架墩樁基礎(chǔ)設(shè)計(jì)與施工防護(hù)[J].西部探礦工程，2009(8):170-171

[7] 郭國(guó)棉.框架橋頂進(jìn)施工時(shí)既有鐵路架空加固技術(shù)[J].國(guó)防交通工程與技術(shù)，2009(1):53-55

[8] 馬福臣.D24型便梁在4.0 m線間距區(qū)段的應(yīng)用與計(jì)算[J].鐵道勘察，2013(3):62-64

[9] 王金艷.素混凝土鉆孔樁在松軟地基處理中的應(yīng)用[J].鐵道勘察，2012(4)：42-43

TheForceAnalysisandthePileLengthCalculationofPushingFrameBridgeforPileFoundation

ZHANG You-de SUN Jie

2014-02-12

章有德(1981—)，男，2009年畢業(yè)于石家莊鐵道學(xué)院巖土工程專業(yè)，工程師。

1672-7479(2014)03-0054-02

U442； U445.462

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