錨固樁的檢算及施工

趙 鳳

1 錨固樁在鐵路既有線橋涵接長(zhǎng)中的應(yīng)用

隨著鐵路技術(shù)和經(jīng)濟(jì)的發(fā)展,既有的單線鐵路和小半徑區(qū)段已經(jīng)不能滿(mǎn)足經(jīng)濟(jì)的發(fā)展,電氣化雙線鐵路和高速重載鐵路已經(jīng)成為主流,這樣在對(duì)既有線路電氣化改造和重載鐵路改造中需要對(duì)既有的橋涵加長(zhǎng)。路基大多數(shù)采用強(qiáng)風(fēng)化的巖石碎塊作為填料,路基強(qiáng)度高、剛度大,但土體粘聚力差,在高速重載列車(chē)運(yùn)行時(shí)產(chǎn)生的強(qiáng)烈振感下,開(kāi)挖暴露面如沒(méi)有強(qiáng)有力的防護(hù),路基本體極易坍塌,加之一般橋涵施工周期2周～4周,在此期間內(nèi),土體側(cè)向變形一直在發(fā)展,對(duì)擋護(hù)結(jié)構(gòu)一直在增加,而重載鐵路的軌道下沉量不應(yīng)大于2 mm,所以不允許防護(hù)結(jié)構(gòu)發(fā)生位移或偏轉(zhuǎn)。

錨固樁是工程中用來(lái)對(duì)有滑坡可能的高路塹進(jìn)行預(yù)加固的一種方式,樁身錨入地面一定深度,在土壓力的作用下,樁身懸臂端頂部只產(chǎn)生很小的水平位移,就有效遏止了土體變形的發(fā)展。橋涵接長(zhǎng)中采用錨固樁也是將樁身錨入基底以下,樁身懸臂端承受路基土體側(cè)向壓力以及列車(chē)經(jīng)過(guò)時(shí)產(chǎn)生的側(cè)向壓力。在計(jì)算土壓力時(shí),按主動(dòng)土壓力公式進(jìn)行計(jì)算,主動(dòng)土壓是防護(hù)結(jié)構(gòu)發(fā)生一定變形時(shí)的極限土壓力;而錨固樁限制了土體側(cè)向變形發(fā)展也就是減小了土的壓力。

2 錨固樁的檢算

2.1 原則及理論依據(jù)

錨固樁是將樁身錨入基底以下,樁身懸臂端承受路基土體側(cè)向壓力以及列車(chē)經(jīng)過(guò)時(shí)產(chǎn)生的側(cè)向壓力。在計(jì)算土壓力時(shí),按主動(dòng)土壓力公式進(jìn)行計(jì)算,主動(dòng)土壓是防護(hù)結(jié)構(gòu)發(fā)生一定變形時(shí)的極限土壓力;而錨固樁限制了土體側(cè)向變形發(fā)展也就是減小了土的壓力。錨固原則為錨入基底以下長(zhǎng)度大于外露長(zhǎng)度的0.85倍,按鋼筋混凝土樁設(shè)計(jì)。在這里我們以大秦鐵路某橋涵接長(zhǎng)施工來(lái)舉例說(shuō)明錨固樁的檢算過(guò)程,防護(hù)樁施工采用錨固式防護(hù)樁進(jìn)行施工。在一般情況下,防護(hù)樁按φ 1.20 m的混凝土樁設(shè)置,混凝土強(qiáng)度C20,采用Ⅱ級(jí)鋼筋。挖孔樁施工,C30鋼筋混凝土護(hù)壁,綁扎鋼筋后澆筑混凝土。

2.2 檢算過(guò)程

2.2.1 防護(hù)樁Z1檢算

本次按最大樁身外露5.8 m計(jì)算,具體布置及樁身長(zhǎng)度見(jiàn)圖1。

1)主動(dòng)土壓力計(jì)算:

φ=30,r=18 kN/m3。

Ea=1/2×r×ka×h2=0.5×18×[tan(45°-φ/2)]2×5.82=100.9 kN/m。

作用寬度取1.7 m,p=100.9×1.7=171.5 kN。

作用點(diǎn)距基底h/3。

彎矩 M1=171.5×5.8/3=331.6 kN?m。

剪力Q1=171.5 kN。

2)列車(chē)活載產(chǎn)生側(cè)向壓力。

按中荷載計(jì)算(擴(kuò)散按45°考慮,道碴厚度取35 cm,枕木長(zhǎng)度2.6 m):

分布于路基上壓力為:q=5×220÷[(2.6+0.35×2)×(6+2×0.35)]=49.8 kN/m2。

傳遞于樁身壓力為k2a×q=16.4 kN/m2,考慮列車(chē)動(dòng)力作用取15 kN/m2。

作用寬度取1.7 m,p=0.333 333×49.8×5.8×1.7=163.7 kN。

作用點(diǎn)距基底為h/2。

彎矩 M2=p×h/2=474.7 kN?m。

剪力Q2=163.7 kN。

總彎矩 ∑M=M1+M2=806.3 kN?m。

總剪力 ∑Q=Q1+Q2=335.2 kN。

3)配筋計(jì)算。

由于考慮施工方便,施工采用圓樁,計(jì)算時(shí)將樁身簡(jiǎn)化為100 cm×100 cm的樁身,保護(hù)層為3 cm,h0=970 mm。

系數(shù) as=M/fcbh02=806 300 000/(9.6×1 000×9702)=0.089。

系數(shù)§=1-(1-2as)1/2=0.09。

配筋率ρ=§(fc/fy)=0.09×(9.6÷300)=0.002 8。

鋼筋截面積 AS=ρ×b×h0=2 793.6 mm2,取 6φ 25,AS=2 943 mm2,間距8 cm,采用通長(zhǎng)配筋。

遠(yuǎn)離線路一側(cè)配置2根φ 14 mm鋼筋,間距50 cm,兩側(cè)空余處布置12根φ 14 mm鋼筋,間距20 cm。樁身抗剪計(jì)算:樁身抗剪能力:

混凝土抗剪滿(mǎn)足要求。

按構(gòu)造配筋φ 8@200 mm。

混凝土樁身與既有橋身間有40 cm空隙,為防止列車(chē)高速運(yùn)行時(shí)邊坡土體垮塌,采用15 cm厚鋼筋混凝土予以封閉,鋼筋錨入樁身內(nèi)30 cm。

2.2.2 防護(hù)樁Z2檢算

由于防護(hù)樁外露平均高度僅為2 m,土壓力較小,列車(chē)活載側(cè)向壓力按45°擴(kuò)散,樁身距活載分布邊緣1.25 m,側(cè)向壓力高度為0.75 m。樁身錨入深度4 m,可按構(gòu)造配筋,靠線路側(cè)布置3根φ 14,遠(yuǎn)離線路側(cè)為 2 根 φ 12。

3 錨固樁的施工

3.1 定位

定位時(shí)如地下線纜不能遷移時(shí)則對(duì)樁位進(jìn)行調(diào)整,如調(diào)整度為5 cm左右,可不需重新檢驗(yàn)。如調(diào)整量較大,則必須重新調(diào)整。

3.2 挖孔

按一般的挖孔樁進(jìn)行開(kāi)挖,開(kāi)挖中對(duì)樁孔周邊土體采用現(xiàn)澆混凝土進(jìn)行護(hù)壁,護(hù)壁厚度10 cm,配筋為環(huán)形φ 8@200,豎向筋4φ 6不變,如線路中心距離小于 3 m,護(hù)壁應(yīng)加厚 12 cm,配筋為φ 10@200豎向筋不變,護(hù)壁混凝土采用C20混凝土現(xiàn)場(chǎng)拌制,混凝土中加入早強(qiáng)劑。護(hù)壁澆筑后內(nèi)模間加入十字木撐,以防止孔壁坍塌,水位線以下開(kāi)挖時(shí)如滲水比較小,可采用機(jī)械排水,邊挖邊抽水,如滲水較大,可采用管井降水,將水位降至孔底以下。

3.3 樁身施工

樁身按錨固面處彎矩配置受彎鋼筋。由于由錨固面至樁頂彎矩遞減為0,所以樁身受彎鋼筋采用部分鋼筋分段配筋,以節(jié)省材料。樁身混凝土受剪一般情況下均滿(mǎn)足要求,但為防止樁身混凝土澆筑時(shí)的意外情況及增強(qiáng)抗剪性能按φ 8@200構(gòu)造配筋。

樁身鋼筋采用地面加工焊接孔內(nèi)綁扎,樁身混凝土采用拌合站混凝土,汽車(chē)泵導(dǎo)入孔內(nèi)機(jī)械振搗密實(shí)。

3.4 樁間土防護(hù)

防護(hù)樁樁身間距凈距50 cm～70 cm。由于樁身為圓形,夾制了樁后土體。澆筑樁身混凝土前,由樁身內(nèi)伸出φ 14鋼筋,該鋼筋錨入樁身50 cm。澆筑樁身混凝土?xí)r必須將此鋼筋剔除,清理干凈,與樁身混凝土結(jié)合為一體。為提高樁間土穩(wěn)定性,雨期采用防水材料,對(duì)樁間土進(jìn)行覆蓋,以防雨水浸泡土體。

4 安全監(jiān)測(cè)

防護(hù)樁混凝土澆筑10 d后,方可開(kāi)始開(kāi)挖橋涵基坑,安全監(jiān)察人員應(yīng)經(jīng)常對(duì)防護(hù)樁及防護(hù)樁路基進(jìn)行監(jiān)測(cè)并記錄入本,現(xiàn)場(chǎng)需準(zhǔn)備編織袋、方木、鋼管等搶險(xiǎn)物資,以滿(mǎn)足應(yīng)急之需。

5 結(jié)語(yǔ)

錨固樁的施工方法較多,這里僅介紹了挖孔樁的施工方法,而且根據(jù)地質(zhì)和水文條件的不同,在施工方法和工藝選擇上比較靈活。