斯里蘭卡鐵路柱樁設計

王 青 太

(中鐵第五勘察設計院集團有限公司，北京 102600)

斯里蘭卡鐵路柱樁設計

王 青 太

(中鐵第五勘察設計院集團有限公司，北京 102600)

介紹了斯里蘭卡和英國標準中，關于柱樁基礎設計的相關內容，對其進行了總結和歸納，并分析了國內外柱樁設計的異同，以提高鐵路柱樁設計效率和準確率。

柱樁，承載能力，設計

1 概述

隨著中國土木工程設計走出國門，進入更加廣闊的國際市場，面對更加激烈的競爭環(huán)境，要求設計人員在熟練運用國內規(guī)范的同時，積極了解、學習國外規(guī)范。在斯里蘭卡鐵路設計中，深入研究了斯里蘭卡規(guī)范和英國標準中，關于柱樁基礎設計的內容，并提出幾點建議，總結整理如下。

2 柱樁基礎設計

以斯里蘭卡鐵路某橋1號橋墩為例，分析、總結斯里蘭卡項目柱樁設計思路及內容。

2.1 檢算依據(jù)及內容

業(yè)主要求，本線使用的規(guī)范為斯里蘭卡規(guī)范及英國標準(BS)。

2.1.1 活載圖示

設計活載：采用業(yè)主文件指定荷載，詳見圖1。

2.1.2 樁基承載能力檢算

根據(jù)BS 8004，2.3.2.4.4和BS 5400—2，4.7.1條規(guī)定，采用BS 5400—2中規(guī)定的荷載組合(取γfL=1且γf3=1)檢算樁基礎的承載能力需滿足下述要求。

1)在組合1(恒載+附加恒載+活載)，設計荷載作用下，單樁設計軸向力不大于單樁容許承載力。2)在組合2(組合1+風載)，設計荷載作用下，單樁設計軸向力不大于1.25倍單樁容許承載力。

2.1.3 樁身材料強度檢算

根據(jù)BS 8004，7.4.4.3.條規(guī)定，在BS 5400—2，4.1.2節(jié)所述設計荷載作用下，檢算樁身材料強度值，具體規(guī)定為：混凝土在荷載作用下，樁身截面平均壓應力值不能超過混凝土28 d立方體抗壓強度值的25%。

2.1.4 樁身截面承載能力檢算

由BS 5400—2中規(guī)定的ULS設計荷載，計算得到樁身內力，檢算下述內容：

1)選取主軸方向最大、最小彎矩和最大、最小軸力對應的內力組，檢算樁身正截面承載能力滿足要求。2)選取最大剪力值，檢算樁身斜截面抗剪承載能力滿足要求。

2.2 樁基布置

2.2.1 設計依據(jù)

根據(jù)BS 8004，7.3.4.2條，樁基礎最小樁間距確定如下：對于柱樁，樁身表面距離應不小于樁身的最小寬度。

2.2.2 1號橋墩樁基礎布置形式

材料：承臺及鉆孔樁均采用C30混凝土。

橋梁跨度及式樣：跨度20 m等跨道砟橋面后張預應力混凝土梁；梁全長20.6 m；每孔梁重G=1 574.5 kN，線路設備重90.08 kN/m。

線路資料：單線，位于R=1 200 m曲線上。

橋墩形式：采用圓端形實體橋墩。

地質條件：橋址區(qū)地層簡單，下伏片麻巖，微風化片麻巖為良好的地基持力層，故基礎采用圓形端承樁，鉆孔灌注形成，以微風化片麻巖為樁端持力層。

1號橋墩樁基礎，采用四根圓形端承樁，樁徑1.0 m，順橋向兩列布置，間距2.8 m，橫橋向兩列布置，間距3.8 m，樁中心至承臺邊緣距離取1.05 m。樁長6 m。1號橋墩樁基礎布置見圖2。

2.3 樁基承載力的設計荷載

根據(jù)BS 8004，2.3.2.4.4和BS 5400—2，4.7.1條規(guī)定，采用BS 5400—2中規(guī)定的荷載組合(取γfL=1且γf3=1)，作為檢算樁基礎承載力的設計荷載。

采用“m”法模擬樁土相互作用，分析計算得到單樁樁頭軸向設計荷載，見表1。

2.4 樁基承載能力檢算

2.4.1 檢算原理及公式

根據(jù)斯里蘭卡—15，6.2節(jié)規(guī)定，柱樁單樁容許承載力公式如下：

Pallowable=qall×Ab+fu·As/2。

其中，Pallowable為單樁容許抗壓承載能力，kN；qall為巖石容許承載力，kPa；Ab為樁底面積，m2；fu為樁側土極限摩阻力，kPa；As為樁身側表面積，m2。

2.4.2 1號橋墩土層參數(shù)

樁基礎土層參數(shù)見表2。

表1 單樁樁頭力設計荷載

表2 樁基礎土層參數(shù)

2.4.3 1號橋墩單樁容許承載能力

1)單樁抗壓容許承載能力檢算：

Pallowable≥P+Wpile。

其中，Pallowable為單樁容許抗壓承載能力，kN；P為樁頭設計荷載值，kN；Wpile為樁身自重，kN。

2)檢算結果。根據(jù)前述內容，1號橋墩樁基礎承載能力檢算結果見表3。

表3 1號橋墩樁基礎承載能力檢算結果 kN

由檢算結果知，1號橋墩樁基礎承載能力滿足要求。

2.5 樁身材料強度檢算

2.5.1 樁身材料強度檢算結果

由本算單相關內容得到單樁樁頭控制豎向設計荷載，和樁身等效截面參數(shù)，得到樁身強度檢算結果見表4。

表4 樁身強度檢算結果

故1號橋墩樁基礎，樁身材料強度滿足相關規(guī)范要求。

2.5.2 檢算結果

由本算單相關內容知，1號橋墩樁基礎，采用四根圓形端承樁，樁徑1.0 m，順橋向兩列布置，樁間距2.8 m，橫橋向兩列布置，樁間距3.8 m，樁中心至承臺邊緣距離取1.05 m。設計合理，且滿足相關規(guī)范要求。

3 國內外柱樁設計異同

3.1 相同點

1)樁基設計承載能力，設計荷載均采用組合系數(shù)為1的荷載組合。2)單樁抗壓設計承載能力檢算公式相同，均為“柱樁樁頂承受的軸向壓力加樁身自重不得大于單樁容許承載力”。3)柱樁最小樁間距要求，均為“大于等于兩倍樁徑”。

3.2 不同點

1)樁身截面承載力檢算，英標原理為極限狀態(tài)法，國標原理為容許應力法。2)單樁容許承載力公式與國標有較大不同，斯里蘭卡規(guī)范計入，入土深度范圍內樁側所有的摩阻力，而國標只計入嵌巖部分樁側摩阻力。

4 總結及建議

1)由文中分析知，柱樁設計中，國標和斯里蘭卡規(guī)范較為相似，故在設計工作中，可先用國內成熟的鐵路設計軟件，按國標相關要求設計，再按斯里蘭卡規(guī)范檢算復核設計結果，可大幅提高設計效率和正確率。

2)柱樁截面承載力檢算，按斯里蘭卡規(guī)范要求設計，得到配筋結果比國標現(xiàn)行標準偏大，故需更加嚴謹對待。

3)通過斯里蘭卡項目設計，個人有些許感觸，對于全新的規(guī)范、不同的技術標準(斯里蘭卡規(guī)范，英國標準)，不要完全摒棄國標，作為設計人員應以國標為基礎，舉一反三、觸類旁通，從基本原理入手，找到共同之處，把握住關鍵問題，這樣會起到事半功倍的效果。

[1] BS 5400—4，混凝土橋設計規(guī)范[S].

[2] BS 8004，基礎設計規(guī)范[S].

[3] ICTAD/DEV/15，斯里蘭卡樁基規(guī)范[S].

[4] JTG D62—2004，公路鋼筋混凝土及預應力混凝土橋涵設計規(guī)范[S].

[5] TB 10002.3—2005，鐵路橋涵鋼筋混凝土和預應力混凝土結構設計規(guī)范[S].

[6] 王青太.BS 5400規(guī)范中大偏心受壓短柱極限承載能力計算[J].山西建筑，2011,37(29):48-50.

The column piles design of Sri Lanka railway

Wang Qingtai

(ChinaRailwayFifthSurveyandDesignInstituteGroupLimitedCompany,Beijing102600,China)

The contents of the design of the column piles of Sri Lanka and UK standard is introduced, a summary and induction is made and analyzed the similarities and differences of domestic and foreign column piles design, the efficiency and accuracy of design is improved.

column piles, bearing capacity, design

2015-04-29

王青太(1984- )，男，碩士，工程師

1009-6825(2015)19-0054-02

TU473.1

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