客运专线铁路桥梁桩基础补桩方案研究

2015-02-11中铁工程设计咨询集团有限公司北京100055StudyontheSchemeofBridgePileFoundationinPassengerDedicatedLineZHENGHui

铁道勘察 2015年6期

关键词：铁路桥梁桩基础桥墩

郑　辉(中铁工程设计咨询集团有限公司，北京　100055)Study on the Scheme of Bridge Pile Foundation in Passenger Dedicated LineZHENG Hui

客运专线铁路桥梁桩基础补桩方案研究

郑辉(中铁工程设计咨询集团有限公司，北京100055)Study on the Scheme of Bridge Pile Foundation in Passenger Dedicated LineZHENG Hui

摘要铁路桥梁的桩基础在施工过程中经常发生断桩或废桩现象，严重影响铁路基础安全。对摩擦桩基础设计和补桩设计原则进行说明，并以东北新建客运专线铁路某实际工点为算例进行演示。介绍常用的补桩方案，对各方案优缺点进行分析，确定最后的施工方案。

关键词铁路桥梁桩基础摩擦桩补桩设计

1概述

随着中国高速铁路的快速发展，铁路桥梁占线路长度的比例越来越大，桩基的使用数量大幅增加，桩基的种类也越来越多。受地质条件复杂多变，作业队伍参差不齐，以及管理和技术等方面原因，桩基础在施工过程中会产生断桩、缩径、夹泥、混凝土强度不够等桩基质量缺陷问题，导致断桩或成桩质量低劣，造成废桩的情况也时有发生，需采取措施及时补救。

桩基础废桩的常用处理方法有接桩方案和补桩方案，本文重点介绍补桩方案。补桩设计增加桩根数并改变原承台设计尺寸，导致承台顶桥墩中心与桩基中心不一致，计算过程需考虑偏心造成的影响。计算过程繁琐、复杂，对设计和施工造成了一定的困难。本文系根据施工配合工作中遇到的客运专线铁路桥梁的桩基础补桩设计，对常见基础的补桩设计方案进行计算、分析和总结。

2铁路桥梁摩擦桩设计

2.1　桩基础设计原则

桩基础作为铁路桥梁常用基础，桩基的直径主要由受力大小、桩基形式和施工条件等因素确定，常用桩径直径一般为1.0 m、1.25 m、1.5 m，需要时可采用2.0～3.0 m。桩基的排列可采用行列式或梅花式，钻孔灌注摩擦桩的中心距不应小于2.5倍成孔桩径。

各类桩的承台板边缘至最外一排的净距，当桩径d≤1 m时，不得小于0.5d，且不得小于0.25 m；当桩径d>1 m时，不得小于0.3d，且不得小于0.5 m。对于钻孔灌注桩，d为设计桩径。铁路桥梁基础一般采用钻孔灌注桩。

2.2　摩擦桩的容许承载力计算

单桩的轴向容许承载力分别按桩身材料强度和岩土的阻力进行计算，取其较小者。当采用岩土阻力确定桩的容许承载力时，可按式(1)进行计算，并宜通过试桩验证。

(1)

式中[P]——桩的容许承载力/kN；

U——桩身截面周长/m；

fi——各土层的极限摩阻力/kPa；

li——各土层的厚度；

A——桩底支承面积/m2；

[α]——桩底地基土的容许承载力/kPa；

m0——桩底支承力折减系数。

3补桩设计原则

常用跨度简支梁桥单线桥桥墩基础至少4根桩基，双线桥桥墩基础至少8根桩基。需进行补桩设计时，多数情况发生在该桥桥墩部分桩基础已灌注完成，这就要求必须根据施工现场实际情况进行补桩设计。补桩设计一般遵循以下原则：

(1)补桩设计不宜改变原桩基础布置，应根据断桩位置结合其他桩位，选择合理补桩位置进行补桩设计。

(2)补桩后原设计桩基的桩长、钢筋配筋面积及单桩桩底承载力不宜超过原设计值。

(3)补桩的桩径、混凝土强度等级、成桩方式等要与原设计一致。

(4)补桩位置应与断桩位置较近，同时要保证承台纵向或横向两个中心至少有一个不变，减少因墩台偏心产生弯矩对基础的影响。

(5)补桩后，根据补桩位置，桥墩承台可采用不规则形状，减少承台的尺寸，减少结构自重。

(6)常用跨度简支梁桥桥墩基础布置大都满足刚性角要求，原承台钢筋一般按构造要求进行布置。补桩后承台尺寸加大，若不满足刚性角要求时，宜采用加台方式来满足刚性角要求或根据计算要求进行重新配筋。

4工程实例

4.1　情况概述

新建客运专线铁路吉图珲线某特大桥位于直线上，18号桥墩左右两侧均为32 m简支梁，墩高4 m，承台尺寸为4.9 m×10.2 m×2 m，采用8根φ1.0 m的摩擦桩，桩长38 m，桩底置于深厚的全风化花岗岩中，基本承载力250 kPa。施工单位在进行7号桩基施工时，混凝土灌注到距离承台底10 m左右时，不慎将导管拔出桩身，后经二次封底继续灌注至设计桩顶位置，造成接茬处桩身存在质量缺陷。7号桩施工之前，1号、2号、4号、5号、8号桩已施工完成。工点处设计情况及各层土钻探情况分别如图1及表1、表2。

注：桥墩所在处地面点高程定位0.0 m。

4.2　补桩方案

本桥18号桥墩7号桩桩身质量存在缺陷，设计过程中重点研究了不补桩、纵向补一根桩、横向补一根桩和横向补两根桩4种不同的情况并与原设计进行比较分析，确定出最优补救方案。各方案的桩位示意见图2。

本桥7号桩施工以前，1号、2号、4号、5号、8号桩已施工完成，因此在进行补桩设计时要确保原设计基础桩基位置、桩长、钢筋配筋均不变。各方案计算结果如表2所示。

通过对表2各方案数据比较分析可以得出以下结论：

(1)4种补桩方案控制桩号一般为8号桩和补桩，即补桩设计后控制桩号一般为废桩外侧桩或补桩。

(2)不补桩方案桩底最大轴向力增加较多，配筋面积增加较多，且8号墩基础已施工完毕，因此本方案不满足本桥墩基础补桩设计要求。

注：不补桩方案按7号桩桩长10 m进行计算。

(3)纵向补一根桩方案桩底最大轴向力增加为4 860.3 kN，且超过单桩容许承载力较多，因此本方案不满足本桥墩基础补桩设计要求。

(4)横向补一根桩和横向补2根桩方案均满足设计要求，补一根桩方案桩底最大轴向力较大，但是计算配筋面积较小，满足构造要求即可。横向补2根桩方案虽然桩底最大轴向力较小，但配筋面积较大，同时承台尺寸增加较大、桩数增加较多。

根据计算结果，考虑到施工工期和经济性，本桥18号墩补桩施工采用“横向补一根桩”方案，施工完成后经第三方检测，桩基达到规范要求。原设计承台满足刚性角要求，采用构造配筋，补桩后承台尺寸横桥向变化较大，需根据计算结构重新配筋。

4.3　桩基施工注意事项

(1)施工单位应加强作业人员培训，加强施工组织管理和质量监督，总结施工过程中造成废桩原因，减少人为失误。

(2)施工单位在松散砂土或流砂中施工基础时，应选用较大比重、粘度的泥浆。根据不同土质，调整泥浆比重，确保泥浆具有足够的稠度维护孔壁稳定。

(3)桩基施工时应加强孔壁防护，并将孔底余渣清除干净，及时下基。

(4)施工过程中，桩基础钻孔完成后，应及时清孔与灌注桩身混凝土，确保清底及成桩质量。

5结束语

目前该铁路已建成通车，补桩后桥墩的墩顶位移、基础工后沉降等均满足规范要求。桥梁基础施工过程中，施工单位应重视成桩质量，加强施工人员的培训，加强施工质量管理，尽量减少断桩和废桩情况发生。因大多数桩基已施工完成，补桩设计时未改变原桩基位置，若基础已施工完成根数较少或刚开始施工时，可进一步研究修改原桩基设计方案。在进行补桩设计时，应根据产生废桩的原因、位置、地质条件、施工、安全性和经济性等因素，确定合理的补桩方案。

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