客運專線鐵路橋梁樁基礎補樁方案研究

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

客運專線鐵路橋梁樁基礎補樁方案研究

鄭輝(中鐵工程設計咨詢集團有限公司，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在施工過程中經(jīng)常發(fā)生斷樁或廢樁現(xiàn)象，嚴重影響鐵路基礎安全。對摩擦樁基礎設計和補樁設計原則進行說明，并以東北新建客運專線鐵路某實際工點為算例進行演示。介紹常用的補樁方案，對各方案優(yōu)缺點進行分析，確定最后的施工方案。

關鍵詞鐵路橋梁樁基礎摩擦樁補樁設計

1概述

隨著中國高速鐵路的快速發(fā)展，鐵路橋梁占線路長度的比例越來越大，樁基的使用數(shù)量大幅增加，樁基的種類也越來越多。受地質(zhì)條件復雜多變，作業(yè)隊伍參差不齊，以及管理和技術等方面原因，樁基礎在施工過程中會產(chǎn)生斷樁、縮徑、夾泥、混凝土強度不夠等樁基質(zhì)量缺陷問題，導致斷樁或成樁質(zhì)量低劣，造成廢樁的情況也時有發(fā)生，需采取措施及時補救。

樁基礎廢樁的常用處理方法有接樁方案和補樁方案，本文重點介紹補樁方案。補樁設計增加樁根數(shù)并改變原承臺設計尺寸，導致承臺頂橋墩中心與樁基中心不一致，計算過程需考慮偏心造成的影響。計算過程繁瑣、復雜，對設計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專線鐵路橋梁的樁基礎補樁設計，對常見基礎的補樁設計方案進行計算、分析和總結。

2鐵路橋梁摩擦樁設計

2.1　樁基礎設計原則

樁基礎作為鐵路橋梁常用基礎，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小于2.5倍成孔樁徑。

各類樁的承臺板邊緣至最外一排的凈距，當樁徑d≤1 m時，不得小于0.5d，且不得小于0.25 m；當樁徑d>1 m時，不得小于0.3d，且不得小于0.5 m。對于鉆孔灌注樁，d為設計樁徑。鐵路橋梁基礎一般采用鉆孔灌注樁。

2.2　摩擦樁的容許承載力計算

單樁的軸向容許承載力分別按樁身材料強度和巖土的阻力進行計算，取其較小者。當采用巖土阻力確定樁的容許承載力時，可按式(1)進行計算，并宜通過試樁驗證。

(1)

式中[P]——樁的容許承載力/kN；

U——樁身截面周長/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補樁設計原則

常用跨度簡支梁橋單線橋橋墩基礎至少4根樁基，雙線橋橋墩基礎至少8根樁基。需進行補樁設計時，多數(shù)情況發(fā)生在該橋橋墩部分樁基礎已灌注完成，這就要求必須根據(jù)施工現(xiàn)場實際情況進行補樁設計。補樁設計一般遵循以下原則：

(1)補樁設計不宜改變原樁基礎布置，應根據(jù)斷樁位置結合其他樁位，選擇合理補樁位置進行補樁設計。

(2)補樁后原設計樁基的樁長、鋼筋配筋面積及單樁樁底承載力不宜超過原設計值。

(3)補樁的樁徑、混凝土強度等級、成樁方式等要與原設計一致。

(4)補樁位置應與斷樁位置較近，同時要保證承臺縱向或橫向兩個中心至少有一個不變，減少因墩臺偏心產(chǎn)生彎矩對基礎的影響。

(5)補樁后，根據(jù)補樁位置，橋墩承臺可采用不規(guī)則形狀，減少承臺的尺寸，減少結構自重。

(6)常用跨度簡支梁橋橋墩基礎布置大都滿足剛性角要求，原承臺鋼筋一般按構造要求進行布置。補樁后承臺尺寸加大，若不滿足剛性角要求時，宜采用加臺方式來滿足剛性角要求或根據(jù)計算要求進行重新配筋。

4工程實例

4.1　情況概述

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

注：橋墩所在處地面點高程定位0.0 m。

4.2　補樁方案

本橋18號橋墩7號樁樁身質(zhì)量存在缺陷，設計過程中重點研究了不補樁、縱向補一根樁、橫向補一根樁和橫向補兩根樁4種不同的情況并與原設計進行比較分析，確定出最優(yōu)補救方案。各方案的樁位示意見圖2。

本橋7號樁施工以前，1號、2號、4號、5號、8號樁已施工完成，因此在進行補樁設計時要確保原設計基礎樁基位置、樁長、鋼筋配筋均不變。各方案計算結果如表2所示。

通過對表2各方案數(shù)據(jù)比較分析可以得出以下結論：

(1)4種補樁方案控制樁號一般為8號樁和補樁，即補樁設計后控制樁號一般為廢樁外側樁或補樁。

(2)不補樁方案樁底最大軸向力增加較多，配筋面積增加較多，且8號墩基礎已施工完畢，因此本方案不滿足本橋墩基礎補樁設計要求。

注：不補樁方案按7號樁樁長10 m進行計算。

(3)縱向補一根樁方案樁底最大軸向力增加為4 860.3 kN，且超過單樁容許承載力較多，因此本方案不滿足本橋墩基礎補樁設計要求。

(4)橫向補一根樁和橫向補2根樁方案均滿足設計要求，補一根樁方案樁底最大軸向力較大，但是計算配筋面積較小，滿足構造要求即可。橫向補2根樁方案雖然樁底最大軸向力較小，但配筋面積較大，同時承臺尺寸增加較大、樁數(shù)增加較多。

根據(jù)計算結果，考慮到施工工期和經(jīng)濟性，本橋18號墩補樁施工采用“橫向補一根樁”方案，施工完成后經(jīng)第三方檢測，樁基達到規(guī)范要求。原設計承臺滿足剛性角要求，采用構造配筋，補樁后承臺尺寸橫橋向變化較大，需根據(jù)計算結構重新配筋。

4.3　樁基施工注意事項

(1)施工單位應加強作業(yè)人員培訓，加強施工組織管理和質(zhì)量監(jiān)督，總結施工過程中造成廢樁原因，減少人為失誤。

(2)施工單位在松散砂土或流砂中施工基礎時，應選用較大比重、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孔壁穩(wěn)定。

(3)樁基施工時應加強孔壁防護，并將孔底余渣清除干凈，及時下基。

(4)施工過程中，樁基礎鉆孔完成后，應及時清孔與灌注樁身混凝土，確保清底及成樁質(zhì)量。

5結束語

目前該鐵路已建成通車，補樁后橋墩的墩頂位移、基礎工后沉降等均滿足規(guī)范要求。橋梁基礎施工過程中，施工單位應重視成樁質(zhì)量，加強施工人員的培訓，加強施工質(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，補樁設計時未改變原樁基位置，若基礎已施工完成根數(shù)較少或剛開始施工時，可進一步研究修改原樁基設計方案。在進行補樁設計時，應根據(jù)產(chǎn)生廢樁的原因、位置、地質(zhì)條件、施工、安全性和經(jīng)濟性等因素，確定合理的補樁方案。

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中圖分類號：U442.5

文獻標識碼：B

文章編號：1672-7479(2015)06-0088-03

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

收稿日期：2015-11-13