濕陷性黃土場(chǎng)地樁基設(shè)計(jì)

孫志浩

(中鐵第五勘察設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司)

濕陷性黃土場(chǎng)地樁基設(shè)計(jì)

孫志浩

(中鐵第五勘察設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司)

以包蘭鐵路某濕陷性黃土地基處橋墩為例，探討濕陷性黃土地基樁基礎(chǔ)的負(fù)摩阻力產(chǎn)生的機(jī)理，不同樁間距及濕陷性黃土的負(fù)摩擦區(qū)不同取值對(duì)樁基設(shè)計(jì)的影響，并對(duì)濕陷性黃土場(chǎng)地內(nèi)樁基礎(chǔ)提出了相應(yīng)的設(shè)計(jì)原則。

包蘭鐵路;樁基;濕陷性黃土

1 工程概況

包蘭鐵路擴(kuò)能改造工程，設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)為國(guó)鐵Ⅰ級(jí)，200 km/h，雙線客貨共線鐵路。鐵路所在范圍內(nèi)，多處橋梁處于濕陷性黃土區(qū)域。本文選取其中某橋作為設(shè)計(jì)依據(jù)。某鐵路橋橋址處表層為第四系上更新統(tǒng)砂質(zhì)黃土具有濕陷性，下層為中密細(xì)砂土，屬Ⅱ級(jí)(中等)自重濕陷性場(chǎng)地，場(chǎng)地土類型為中軟土，Ⅱ類場(chǎng)地類別。地震動(dòng)峰值加速度為0.15 g(地震基本烈度Ⅶ度)，地震動(dòng)反應(yīng)譜特征周期為三區(qū)。本橋采用鉆孔灌注樁基礎(chǔ)，按照摩擦樁進(jìn)行設(shè)計(jì)。

2 樁側(cè)負(fù)摩擦力產(chǎn)生機(jī)理

濕陷性黃土場(chǎng)地樁側(cè)土層由于受水侵蝕，土結(jié)構(gòu)迅速破壞，產(chǎn)生顯著附加下沉，因而土層對(duì)樁身作用向下的負(fù)摩擦力，也稱負(fù)摩阻力，從而增大樁基礎(chǔ)中基樁所承受的軸向荷載。如果樁底為非堅(jiān)硬土，樁側(cè)整個(gè)軟弱土層內(nèi)不會(huì)均是負(fù)摩阻力，而是上部是負(fù)摩阻力，下部是正摩阻力，正負(fù)摩阻力之間會(huì)有一個(gè)中性點(diǎn)。此中性點(diǎn)為樁軸向力最大位置。樁側(cè)負(fù)摩擦力與自重濕陷量得大小有關(guān)，土的自重濕陷性越強(qiáng)，地面的沉降速度越大，樁側(cè)負(fù)摩擦力值也越大。

3 樁間距的影響

一般地基樁基礎(chǔ)設(shè)計(jì)時(shí)，樁間距的不同會(huì)對(duì)橋樁基承載力產(chǎn)生不同的影響。濕陷性場(chǎng)地內(nèi)樁基承載力隨樁間距如何變化，很少有文章提及，下面通過計(jì)算并對(duì)計(jì)算結(jié)果列出表格進(jìn)行分析比較。

按照《濕陷性黃土地區(qū)建筑規(guī)范》(GB50025－2004)關(guān)于濕陷性黃土地區(qū)關(guān)于Ⅱ級(jí)自重濕陷性黃土場(chǎng)地地質(zhì)參數(shù)的取值，摩阻力取－10 kPa，地基比例系數(shù)取3 000。

按照《鐵路橋涵地基和基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范》(TB10002.5－2005)要求，鉆孔(挖孔)灌注摩擦樁的的中心距不應(yīng)小于2.5倍的成孔樁徑。同時(shí)根據(jù)以往設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)樁間距不大于4倍的設(shè)計(jì)樁徑。橋墩采用1 m鉆孔灌注樁，樁間距變化范圍為2.8～4.0 m，表1給出了該范圍內(nèi)樁基承載力隨樁間距不同而產(chǎn)生的變化。

表1 黃土折減后樁基承載力

通過表1可以看出:隨著樁間距的逐漸增加，樁基礎(chǔ)承載力呈現(xiàn)先減小后增大的拋物線形變化。折減之后較不折減的濕陷性黃土樁基礎(chǔ)的承載力有所增加，但是變化很小。

4 濕陷性折減范圍取值對(duì)樁基計(jì)算的影響

根據(jù)樁側(cè)負(fù)摩擦力產(chǎn)生機(jī)理，設(shè)計(jì)時(shí)樁側(cè)負(fù)摩擦力區(qū)域范圍的取值對(duì)樁基礎(chǔ)會(huì)產(chǎn)生較大影響。通過采用不同的折減深度，對(duì)樁基的樁長(zhǎng)和承載力進(jìn)行計(jì)算。

L0/L為從0.3到0.4時(shí)樁基承載力迅速減小，這是由于結(jié)構(gòu)的控制工況發(fā)生了變化，當(dāng)L0/L≤0.3時(shí)地震力起控制作用，結(jié)構(gòu)產(chǎn)生較大的內(nèi)力，導(dǎo)致樁基具有很大的承載力。當(dāng)L0/L≥0.4時(shí)結(jié)構(gòu)由于自由樁長(zhǎng)的增大變得較柔性，從而很大程度上減小了地震力作用，繼而導(dǎo)致樁基承載力的下降。

按照《建筑樁基計(jì)算規(guī)范》中密以上細(xì)砂的L0/L的取值為0.7 ～0.8，通過計(jì)算可知，當(dāng)取 0.7 時(shí)與取 1.0 的兩者樁長(zhǎng)相差達(dá)7.6%，承載力僅相差5‰，(相對(duì)于較小者)，當(dāng)取0.8時(shí)與取1.0時(shí)兩者樁長(zhǎng)相差達(dá)5.0%，承載力僅相差2.4‰。因此，當(dāng)濕陷性黃土層厚度在15 m以內(nèi)，進(jìn)行樁基設(shè)計(jì)時(shí)，為安全考慮，全黃土層均進(jìn)行折減。

5 濕陷性場(chǎng)地樁基設(shè)計(jì)原則

(1)樁基設(shè)計(jì)時(shí)宜采用灌注樁。打入樁施工時(shí)會(huì)擠壓樁側(cè)的土層，被擠壓的土形成較厚的硬殼粘結(jié)在樁身。當(dāng)樁側(cè)土產(chǎn)生負(fù)摩擦力時(shí)，摩擦力會(huì)作用在緊緊粘貼在樁身的硬殼上，因此相比同樣樁徑的灌注樁，打入樁具有更大的負(fù)摩擦力。

(2)從源頭抓起，避免或減少水流入、滲入濕陷性黃土地基。地基受水侵害主要來自地表水的下滲和地下水的上升。防止地表水下滲，可以適當(dāng)筑高基頂面處地面高度，產(chǎn)生順坡，使樁基附近不會(huì)積水，此外，還應(yīng)采用漿砌片石進(jìn)行鋪砌，避免地表水的滲入。地下水的上升目前沒有制止方法，工程上一般采用矽化或者電矽化法對(duì)地基礎(chǔ)進(jìn)行加固，增加基礎(chǔ)的強(qiáng)度和整體穩(wěn)定性。

(3)基礎(chǔ)應(yīng)避免在雨季施工。若必須在雨季施工，應(yīng)做好防洪、排水，以免基坑泡水。同時(shí)應(yīng)設(shè)置排水設(shè)施，即使有水浸入，可及時(shí)排掉，避免基坑長(zhǎng)時(shí)泡水，產(chǎn)生大量沉陷。

(4)地面以下墩身、承臺(tái)、樁基澆筑混凝土及養(yǎng)生時(shí)應(yīng)嚴(yán)格控制水量，避免過多的水浸入基坑。

6 結(jié)語(yǔ)

濕陷性黃土地區(qū)的橋梁基礎(chǔ)設(shè)計(jì)具有很多影響因素，本文僅從樁間距及中性點(diǎn)的位置兩方面進(jìn)行分析，通過比較了解到:(1)濕陷性場(chǎng)地基礎(chǔ)的承載力與普通場(chǎng)地樁承載力隨樁間距的變化規(guī)律相同，且濕陷性與非濕陷性場(chǎng)地二種情況下樁基承載力相差很小。(2)樁長(zhǎng)隨負(fù)摩擦力區(qū)域范圍的增加而增大，15 m以內(nèi)濕陷性黃土樁基的長(zhǎng)度按《建筑樁基計(jì)算規(guī)范》中對(duì)濕陷性黃土部分折減與按全濕陷性黃土均折減相差較大，設(shè)計(jì)中建議采用全折減。最后給出濕陷性場(chǎng)地樁基設(shè)計(jì)原則，希望給濕陷性黃土地區(qū)樁基礎(chǔ)設(shè)計(jì)提供參考。

［1］陜西省計(jì)劃委員會(huì).濕陷性黃土地區(qū)建筑規(guī)范(GB 50025－2004)［S］.北京:中國(guó)建筑工業(yè)出版社，2004.

［2］鐵道第三勘察設(shè)計(jì)院.鐵道橋涵地基和基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范(TB10002.5－2005)［S］.北京:中國(guó)鐵道出版社，2010.

U442.55

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1008－3383(2011)07－0184－01

2011－04－18

孫志浩(1984－)，男，助理工程師。