頂進框架橋樁基受力分析及樁長檢算

章有德 孫 杰

(中鐵工程設計咨詢集團有限公司濟南設計院， 山東濟南 250022)

頂進框架橋樁基受力分析及樁長檢算

章有德 孫 杰

(中鐵工程設計咨詢集團有限公司濟南設計院， 山東濟南 250022)

以鄒城市富唐路K1+853.9頂進1-16.0 m框架橋線路防護樁基設計為例，對樁基進行受力分析，明確了嵌入段樁基對樁底產生的豎向力應等于嵌入段樁基自重與樁身所占同體積土之差；另外，明確樁身受力后，對樁長進行檢算，利用橋梁通軟件對樁基進行配筋，完成樁基設計。

頂進框架橋 鉆孔樁 受力分析 樁長檢算

1 概述

鄒城市富唐路K1+853.9頂進1-16.0 m鋼筋混凝土框架橋，線路加固采用D型便梁防護，下部采用φ160 cm鉆孔樁，樁頂設蓋梁，單側吃土頂進施工。施工樁基前先架設D24、D16型鋼便梁；然后按1∶1放坡開挖作業平臺，平臺頂距便梁縱梁底不小于4.0 m凈空，方便施工機械進入，按照設計樁長進行鉆孔施工。

鉆孔樁基設計過程中考慮了列車荷載、便梁自重、橋面恒載、列車制動力、開挖面樁后土壓力，樁自重以及水浮力等。頂進過程中，采用吃土頂進，樁后土壓力較大，故在設計中應考慮樁后土壓滿載情況下計算樁長及配筋。另外，明確了土中嵌入段樁基豎向承載力的計算方法，即嵌入段樁基對樁底產生的豎向力等于嵌入段樁基與同體積土重之差。

2 工程概況及工程地質

2.1 工程概況

2.2 工程地質

巖土施工工程分級及物理力學參數見表1。

表1 巖土施工工程分級及物理力學參數值

根據該區地下水的賦存條件，可分為第四系孔隙潛水和承壓水。

該區地下水的類型為第四系孔隙潛水，勘探期間地下水埋深0.30～1.90 m，主要受大氣降水的補給，水位隨季節變化而變化，變化幅度約1.0 m。

3 樁基受力分析及設計檢算

3.1 樁基受力分析

本工程共需12根鉆孔樁，取其中一根樁A為例進行分析(如圖1)，樁頂接蓋梁，蓋梁頂受D16便梁、D24便梁共同作用；便梁受列車荷載作用，列車荷載采用中-活載，取雙孔重載加載模式[4]；線路恒載為5 kN/m，樁后土壓力按滿載計算，如圖1所示。

圖1 計算圖示

計算參數見表2。

表2 計算參數

作用于樁A蓋梁頂豎向力F=(活載支座反力R1×1.238+活載支座反力R2×1.273)+(線路恒載+每孔梁自重)/2

PLC技術在實際應用過程中主要包括四個階段的內容。通過利用PLC技術可以對機械電氣控制裝置進行全面性的控制，保障設備運行的安全性和穩定性。例如：機械控制設備在運行過程中出現了故障，利用PLC技術可以在第一時間將故障的主要原因診斷出來，并將相關數據發送到計算機中，根據所規定的控制指令對設備運行過程中的故障進行及時的解決，以此來保障設備運行的安全性[2]。

F=(1130.24×1.238+797.26×1.273)+(5×24.5+469+5×16.4+239.9)/2=2 872 kN

經計算樁后土壓力豎向分力E豎=106.58 kN，水平分力E水=338.01 kN，合力作用點距沖刷線處距離h=3.33 m。

制動力Q=(1130.24+797.26)×0.1=192.82 kN

蓋梁作用于樁頂豎向力N=1.5×2.2×27.8×25/6=382.25 kN(蓋梁長27.8 m，共6根樁)

沖刷線處的總彎矩M=E水×h+Q×10=338.01×3.33+192.82×10=3054.91 kN·m

注：由于樁A為位于兩股線間的樁，樁基蓋梁頂所受豎向力及水平力為兩片D24便梁以及兩片D16便梁共同作用。

3.2 樁基長度檢算

鉆孔樁基容許承載力

式中,[P]為樁的容許承載力/kN；U為樁身截面面積/m；按成孔樁徑計算；fi為各土層的極限摩阻力/kPa；li為各土層厚度/m；A為樁底支撐面積/m2；按設計樁徑計算；[σ]為樁底地基土的容許承載力/kPa；m0為樁底支承力折減系數。本工程樁底土質較好，不易坍塌，清底良好，故取0.7[3]。

經參閱以往設計資料及一些參考文獻，有些計算樁底豎向力時，將嵌入土中樁的自重全部納入為豎向力，忽略了土對樁側的接觸摩擦力，使樁底豎向力比實際偏大。實際上，鐵路地基規范對樁底豎向力計算已有詳細的對比、推導說明，即嵌入段樁基對樁底產生的豎向力等于嵌入段樁基與同體積土重之差，也提到如何計算摩擦樁的軸向受壓承載力的問題，各方一直有爭議，故規范也沒有明確指出此法適用范圍和條件。本人認為此理論較符合實際情況，經多個工地實踐證明，算得樁長樁基結構穩定，無病害發生。

擬定樁長26 m，沖刷線以上自由段長度7.5 m，嵌入段長度為18.5 m，沖刷線位于第4層粉質黏土層上。穿透第4層粉質黏土厚度為4.92 m，穿透第5層中粗砂厚度為4.2 m，穿透第6層黏土厚度為9.38 m；樁底承受的豎向合力P=N0+P1-P2，其中N0包括列車荷載豎向力F，土壓力豎向分力E豎，蓋梁自重，自由段樁自重，另外還應減去樁產生的浮力F浮。經計算,P=3 646.34 kN，樁基容許承載力[P]=3 681.66 kN，故擬定樁長滿足要求。本計算以承載力控制樁長，由于本工程僅為臨時防護工程，裂縫及位移不作為控制因素，但在計算中也應作為考慮，故樁長增加1 m富余量，樁長為27 m。

另外也可采用橋梁通軟件計算，輸入計算參數，計算樁長為26.62 m。

通過以上兩種方式計算樁長，對比結果，相互吻合，故樁長采用27 m。

3.3 樁基配筋設計

經計算，沖刷線處的總彎矩M=3 054.91 kN·m，沖刷線處的水平力E=338.01 kN，利用橋梁通軟件計算出樁身所受最大彎矩Mmax=3 696.8 kN·m，樁身主筋至少配35根φ25 mm鋼筋[2]。

4 結束語

本工程橋上共5股線路，共需架設5孔D24便梁，10孔D16m便梁，12根鉆孔樁，以鉆孔樁為支點架設便梁，頂進框架，鉆孔樁在整個線路防護過程中起到了關鍵性作用。在施工過程中，除按設計成孔配筋以外，應對樁進行實時監控，如樁頂水平位移、豎向沉降等，確保鉆孔樁各指標滿足規范要求[5-9]。

[1] 鐵道第三勘察設計院.TB 10002.5—2005 J464—2005鐵路橋涵地基和基礎設計規范[S].北京：中國鐵道出版社，2009

[2] 中鐵工程設計咨詢集團有限公司.TB 10002.3—2005 J462—2005鐵路橋涵鋼筋混凝土和預應力混凝土結構設計規范[S].北京：中國鐵道出版社，2009

[3] 鐵道第三勘察設計院.橋涵地基與基礎[M].北京：中國鐵道出版社，2002

[4] 鐵道第三勘察設計院.TB 10002.1—2005 J460—2005鐵路橋涵設計基本規范[S].北京：中國鐵道出版社，2009

[5] 毛坤海，龔宏華.箱涵頂進線路加固中便梁支點(樁基)優化設計[J].鐵道建筑，2011(2):55-56

[6] 郭新偉.跨京津城際框架墩樁基礎設計與施工防護[J].西部探礦工程，2009(8):170-171

[7] 郭國棉.框架橋頂進施工時既有鐵路架空加固技術[J].國防交通工程與技術，2009(1):53-55

[8] 馬福臣.D24型便梁在4.0 m線間距區段的應用與計算[J].鐵道勘察，2013(3):62-64

[9] 王金艷.素混凝土鉆孔樁在松軟地基處理中的應用[J].鐵道勘察，2012(4)：42-43

TheForceAnalysisandthePileLengthCalculationofPushingFrameBridgeforPileFoundation

ZHANG You-de SUN Jie

2014-02-12

章有德(1981—)，男，2009年畢業于石家莊鐵道學院巖土工程專業，工程師。

1672-7479(2014)03-0054-02

U442； U445.462

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