濕陷性黃土場地樁基設計

孫志浩

(中鐵第五勘察設計院集團有限公司)

濕陷性黃土場地樁基設計

孫志浩

(中鐵第五勘察設計院集團有限公司)

以包蘭鐵路某濕陷性黃土地基處橋墩為例，探討濕陷性黃土地基樁基礎的負摩阻力產生的機理，不同樁間距及濕陷性黃土的負摩擦區不同取值對樁基設計的影響，并對濕陷性黃土場地內樁基礎提出了相應的設計原則。

包蘭鐵路;樁基;濕陷性黃土

1 工程概況

包蘭鐵路擴能改造工程，設計標準為國鐵Ⅰ級，200 km/h，雙線客貨共線鐵路。鐵路所在范圍內，多處橋梁處于濕陷性黃土區域。本文選取其中某橋作為設計依據。某鐵路橋橋址處表層為第四系上更新統砂質黃土具有濕陷性，下層為中密細砂土，屬Ⅱ級(中等)自重濕陷性場地，場地土類型為中軟土，Ⅱ類場地類別。地震動峰值加速度為0.15 g(地震基本烈度Ⅶ度)，地震動反應譜特征周期為三區。本橋采用鉆孔灌注樁基礎，按照摩擦樁進行設計。

2 樁側負摩擦力產生機理

濕陷性黃土場地樁側土層由于受水侵蝕，土結構迅速破壞，產生顯著附加下沉，因而土層對樁身作用向下的負摩擦力，也稱負摩阻力，從而增大樁基礎中基樁所承受的軸向荷載。如果樁底為非堅硬土，樁側整個軟弱土層內不會均是負摩阻力，而是上部是負摩阻力，下部是正摩阻力，正負摩阻力之間會有一個中性點。此中性點為樁軸向力最大位置。樁側負摩擦力與自重濕陷量得大小有關，土的自重濕陷性越強，地面的沉降速度越大，樁側負摩擦力值也越大。

3 樁間距的影響

一般地基樁基礎設計時，樁間距的不同會對橋樁基承載力產生不同的影響。濕陷性場地內樁基承載力隨樁間距如何變化，很少有文章提及，下面通過計算并對計算結果列出表格進行分析比較。

按照《濕陷性黃土地區建筑規范》(GB50025－2004)關于濕陷性黃土地區關于Ⅱ級自重濕陷性黃土場地地質參數的取值，摩阻力取－10 kPa，地基比例系數取3 000。

按照《鐵路橋涵地基和基礎設計規范》(TB10002.5－2005)要求，鉆孔(挖孔)灌注摩擦樁的的中心距不應小于2.5倍的成孔樁徑。同時根據以往設計經驗樁間距不大于4倍的設計樁徑。橋墩采用1 m鉆孔灌注樁，樁間距變化范圍為2.8～4.0 m，表1給出了該范圍內樁基承載力隨樁間距不同而產生的變化。

表1 黃土折減后樁基承載力

通過表1可以看出:隨著樁間距的逐漸增加，樁基礎承載力呈現先減小后增大的拋物線形變化。折減之后較不折減的濕陷性黃土樁基礎的承載力有所增加，但是變化很小。

4 濕陷性折減范圍取值對樁基計算的影響

根據樁側負摩擦力產生機理，設計時樁側負摩擦力區域范圍的取值對樁基礎會產生較大影響。通過采用不同的折減深度，對樁基的樁長和承載力進行計算。

L0/L為從0.3到0.4時樁基承載力迅速減小，這是由于結構的控制工況發生了變化，當L0/L≤0.3時地震力起控制作用，結構產生較大的內力，導致樁基具有很大的承載力。當L0/L≥0.4時結構由于自由樁長的增大變得較柔性，從而很大程度上減小了地震力作用，繼而導致樁基承載力的下降。

按照《建筑樁基計算規范》中密以上細砂的L0/L的取值為0.7 ～0.8，通過計算可知，當取 0.7 時與取 1.0 的兩者樁長相差達7.6%，承載力僅相差5‰，(相對于較小者)，當取0.8時與取1.0時兩者樁長相差達5.0%，承載力僅相差2.4‰。因此，當濕陷性黃土層厚度在15 m以內，進行樁基設計時，為安全考慮，全黃土層均進行折減。

5 濕陷性場地樁基設計原則

(1)樁基設計時宜采用灌注樁。打入樁施工時會擠壓樁側的土層，被擠壓的土形成較厚的硬殼粘結在樁身。當樁側土產生負摩擦力時，摩擦力會作用在緊緊粘貼在樁身的硬殼上，因此相比同樣樁徑的灌注樁，打入樁具有更大的負摩擦力。

(2)從源頭抓起，避免或減少水流入、滲入濕陷性黃土地基。地基受水侵害主要來自地表水的下滲和地下水的上升。防止地表水下滲，可以適當筑高基頂面處地面高度，產生順坡，使樁基附近不會積水，此外，還應采用漿砌片石進行鋪砌，避免地表水的滲入。地下水的上升目前沒有制止方法，工程上一般采用矽化或者電矽化法對地基礎進行加固，增加基礎的強度和整體穩定性。

(3)基礎應避免在雨季施工。若必須在雨季施工，應做好防洪、排水，以免基坑泡水。同時應設置排水設施，即使有水浸入，可及時排掉，避免基坑長時泡水，產生大量沉陷。

(4)地面以下墩身、承臺、樁基澆筑混凝土及養生時應嚴格控制水量，避免過多的水浸入基坑。

6 結語

濕陷性黃土地區的橋梁基礎設計具有很多影響因素，本文僅從樁間距及中性點的位置兩方面進行分析，通過比較了解到:(1)濕陷性場地基礎的承載力與普通場地樁承載力隨樁間距的變化規律相同，且濕陷性與非濕陷性場地二種情況下樁基承載力相差很小。(2)樁長隨負摩擦力區域范圍的增加而增大，15 m以內濕陷性黃土樁基的長度按《建筑樁基計算規范》中對濕陷性黃土部分折減與按全濕陷性黃土均折減相差較大，設計中建議采用全折減。最后給出濕陷性場地樁基設計原則，希望給濕陷性黃土地區樁基礎設計提供參考。

［1］陜西省計劃委員會.濕陷性黃土地區建筑規范(GB 50025－2004)［S］.北京:中國建筑工業出版社，2004.

［2］鐵道第三勘察設計院.鐵道橋涵地基和基礎設計規范(TB10002.5－2005)［S］.北京:中國鐵道出版社，2010.

U442.55

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1008－3383(2011)07－0184－01

2011－04－18

孫志浩(1984－)，男，助理工程師。