偃师特大桥湿陷性黄土地基处理

李义发

(中铁第四勘察设计院集团有限公司　武汉　430063)

偃师特大桥湿陷性黄土地基处理

李义发

(中铁第四勘察设计院集团有限公司武汉430063)

摘要针对湿陷性黄土的特殊性质，阐述了湿陷性机理和工程危害。根据偃师特大桥桥址的工程地质条件，结合上部结构的形式和受力特点，参考已有的湿陷性黄土地基处理方法，介绍了偃师特大桥湿陷性黄土地基的桩基处理措施。

关键词湿陷性黄土特大桥处理方法

我国是世界上黄土分布面积最广、厚度最大、成因类型最复杂、地层层序最完整的国家。我国科技人员经过长期的研究和实践，在黄土地基处理、地质灾害防治等方面取得了很多研究成果，为湿陷性黄土区铁路工程的设计和施工积累了经验[1]。受技术经济条件的限制，早期修建的黄土区铁路建设标准普遍较低，在施工和运营中出现了一些问题。铁路客运专线建设对湿陷性黄土地区铁路工程技术提出了更高的要求，如何针对湿陷性黄土的特殊工程性质采取可靠的工程措施以确保基础工程的安全稳定，是湿陷性黄土地区客运专线建设必须解决的技术难题。

1湿陷性黄土概述

1.1　湿陷性机理

关于黄土湿陷机理，有多重见解，主要有2大类：一是加固凝聚力降低或消失的假说，其理论基础是认为水膜楔入作用和胶结物溶解作用下，加固凝聚力破坏，同时结构也破坏；二是粘土颗粒膨胀和土粒间抗剪强度突然降低的假说，它指出粘土颗粒表面吸附水的增多导致粘土发生膨胀，必然也将使颗粒骨架分开，结构强度破坏而产生湿陷[2]。无论哪一种假说都从不同侧面说明了黄土产生湿陷的原因是黄土内部固有的特殊因素和外界适当的条件共同作用的结果。内部因素主要指它的特殊粒状架空结构及特殊组成部分，外界条件是指水和力的作用。

1.2　工程危害

湿陷黄土是一种非饱和的欠压密土, 具有大孔和垂直节理,在天然湿度下, 其压缩性低, 强度高, 但遇水浸湿时, 土的强度显著降低, 在附加压力或在附加压力与土的自重压力下引起的湿陷形, 是一种下沉量大、下沉速度快的失稳变形。黄土的湿陷性可能产生较大的工后沉降，不仅影响线路的稳定平顺, 也会引起结构的附加内力，降低结构的承载能力，危害列车的高速、安全运行。

1.3　湿陷等级

湿陷性黄土地基的湿陷等级，可根据地基总湿陷量Δs和计算自重湿陷量Δzs综合，按表1[3]判定。

表1　湿陷性黄土地基的湿陷等级

2铁路桥梁桩基础设计要点

2.1　端承桩和摩擦桩的选择

铁路桥梁桩基础中的常用类型有摩擦桩及端承桩2种。端承桩与摩擦桩的选择主要根据地质和受力情况确定,端承桩容许承载力高,沉降量小,安全可靠。当基岩面较浅时,首选端承桩基础,桩长较短、承载力富余值高、圬工量小[4]。当基本承载力较高的新鲜岩面埋置较深时，则可采用摩擦桩，但在同一个墩台的桩基础中不宜同时采用端承桩和摩擦桩,以避免整个基础产生不均匀沉降，导致歪斜、失稳，进而造成永久性病害及安全隐患,严重威胁正常运营。选择桩基础类型时应依据地质报告及桥址处钻孔岩心鉴定表对墩台位置处的地质条件进行准确的判断,大致确定用摩擦桩还是端承桩。鉴于个别基础底部岩层属于强风化层,按摩擦桩设计的安全性要明显优于端承桩,故大致确定桩型后还应准确判定桩底持力层为土质还是岩层,若为岩层还应按照岩层有无风化、风化等级、软硬程度、岩石轴心抗压强度数值等,最终选择出采用摩擦桩还是端承桩。

2.2　桩基负摩擦力问题

湿陷性黄土中的桩基，当地基浸水时桩周土会发生湿陷，桩土之间形成相对位移，地基土的沉降常大于桩身的变形，在桩周表面产生向下的负摩擦力,见图1，与设计荷载叠加，增大了桩基的竖向荷载，影响结构的使用安全[5]。

图1　桩的正负摩阻力

负摩擦力既与桩土间的相对湿陷量大小有关，还受地基浸水范围、浸水时间和浸水方式的影响，一般通过现场试验确定。自重湿陷性黄土浸水后湿陷强烈，桩基的负摩擦力问题尤为突出。在确定自重湿陷性黄土场地的桩基承载力时,除不计算湿陷性土层范围内的桩周正摩擦力外,还要扣除桩侧的负摩擦力。为提高桩基的安全性，负摩擦力的计算深度,通常取整个湿陷性土层的厚度。

3偃师特大桥湿陷性黄土地基处理

3.1　工程概况

偃师特大桥位于河南省洛阳市及偃师市境内，起点为DK90+819.59，终点为DK119+395.37，全长28 575.78 m。

桥址处分布的砂质黄土局部具湿陷性，湿陷系数范围值为0.017～0.070，局部具自重湿陷性，最大湿陷厚度18 m。DK91+012～DK97+000段为自重湿陷性场地，湿陷等级为中等～很严重(II级～IV级)；DK97+000～DK104+000段为湿陷性场地，湿陷等级为轻微～中等(I级～

II级)，局部为非湿陷性场地；DK104+000～DK110+278为自重湿陷性场地，湿陷等级为轻微～中等(II级～III级)，局部为非湿陷性场地。桥址区地下水位以下黄土不具湿陷性。

3.2　偃师特大桥基础设计

全桥除个别地段地质条件好采用扩大基础外，其余均采用直径1.0~1.5 m钻孔桩基础。桩基础主筋(竖向筋)的配筋率不小于0.5%。承台底3倍桩径范围内的箍筋采用HRB335级钢筋，直径不小于12 mm，间距为10 cm。桩基纵向钢筋应设置定位钢筋,沿桩身每2 m处设置,每个截面8处,均匀布置。采用HRB335级钢筋,直径不小于16 mm。当摩擦桩桩长小于等于30 m，按通长配筋;摩擦桩桩长大于30 m，配筋长度按计算确定，但配筋长度不小于30 m,1/3的主筋通长配筋。主筋直径20 mm。

在湿陷性黄土中采用桩基础，桩基础应穿过湿陷性土层伸入非湿陷性土层内适当深度，应计算湿陷性土层对桩身产生的负摩擦。位于湿陷性黄土地区的桩基，摩擦桩桩基的配筋长度L1应为：

(1)

式中：α为基础变形系数，h为湿陷性黄土的厚度。湿陷性黄土各项指标取值见表2。

表2　湿陷性黄土取值

端承桩或持力层为岩石、卵石时，桩基通长配筋。在湿陷性黄土场地的桥梁，要做好桥下的排水设计。基础全部采用钻孔桩施工，钻孔桩的施工工艺和钢护筒的长度需根据地质特点，采用特殊的技术措施。

4结语

本文介绍了湿陷性黄土的湿陷性机理、工程危害和湿陷性等级划分标准。针对偃师特大桥的湿陷性黄土地基采用了桩基处理方法。从桩基形式的选择、桩基的配筋、桩基的负摩擦力3个方面阐述了桩基设计的要点。对偃师特大桥的桩基配筋进行优化以满足受力，也能对相同地质条件下的铁路客运专线桩基设计提供参考。

参考文献

[1]钱征宇.湿陷性黄土地区铁路的主要技术问题及其工程措施[J]．中国铁路，2006(2)：28-32．

[2]柳墩利.高速铁路湿陷性黄土地基处理试验研究[D].北京：中国铁道科学研究院，2012．

[3]TB10002.5-2005铁路桥涵地基和基础设计规范[S]．北京：中国铁道出版社，2005．

[4]姬伟力.高速铁路桥梁钻孔桩基础设计[J].铁道标准设计，2014，58(1)：76-79．

[5]何颐华,闵连太.湿陷性黄土地基桩的负摩擦力问题[J].建筑结构学报，1982(6)：69-77．

Treatment for Collapsible Loess Foundation of Yanshi Extra Large Bridge

LiYifa

(China Railway Siyuan Survey and Design Group Co., Ltd., Wuhan 430063, China)

Abstract：According to the special properties of collapsible loess, the mechanism of collapsible loess and its engineering hazard are expounded in this paper. On the basis of the geological conditions of Yanshi extra large bridge, combing with the style and the loads of the upper structure, referring to the existing treatment methods of collapsible loess foundation, the pile treatment for collapsible loess foundation of Yanshi extra large bridge is introduced.

Key words:collapsible loess; extra large bridge; treatment

收稿日期：2014-12-22

DOI 10.3963/j.issn.1671-7570.2015.03.014