淺析橋梁基坑防護樁施工設計

張浪

（中鐵二十四局新余公司）

淺析橋梁基坑防護樁施工設計

張浪

（中鐵二十四局新余公司）

結合合福鐵路上饒信江特大橋基坑防護樁施工設計實例，通過對樁身結構的計算，分析在不同工況下防護樁結構的有效性，為今后類似工程提供參考。

橋梁基礎；防護樁；有效性

橋梁基礎施工是橋梁工程重要一環，無論是擴大基礎，還是樁基礎，都必須進行基坑開挖。一般條件下，根據地質情況，基坑開挖采用不同的坡率放坡開挖。但在某些不允許放坡開挖的特殊條件下，基坑開挖前必須先進行防護。為人所熟知的有鋼板樁防護，水泥攪拌樁防護等等。但是，在對安全可靠性要求較高的條件下，采用鉆孔樁防護效果較好。施工前對鉆孔樁防護設計尤為重要，關系到防護樁的安全性和可靠性。本文以合福鐵路上饒信江特大橋24#承臺基坑防護設計為例予以解析。

1　工程慨況

合福信江特大橋上跨上饒車站，24#墩正好位于車站站臺上，承臺邊緣距運營線線路中心最近距離為6.5m，承臺開挖深度為地面下4.0m。如果按照常規方法，先施工鉆孔樁，然后開挖承臺，勢必影響兩側股道路基穩定和列車運行安全。為了既不影響施工，又保證行車安全，根據現場實際情況，決定采用C20鉆孔防護樁進行防護。

2　鉆孔樁防護措施方案

由于緊鄰營業線，又是連續梁主墩，為防止樁基施工時對既有線路基的擾動，保證承臺基坑開挖坑壁穩定性，初步擬定在承臺四周采用鉆孔樁進行防護。根據現場鉆機情況，擬定樁徑為0.8m；為確保承臺開挖后鉆孔樁有足夠的錨固長度，根據承臺高度和錨固長度要求，擬定樁長為7m，承臺開挖后鉆孔樁的錨固長度為3.5m；鋼筋籠采用10根φ16鋼筋作為主筋，φ8鋼筋作為箍筋，間距300mm，加強筋直徑為φ16，間距2000mm。

3　承臺防護樁防護方案驗算

通過分析，需考慮火車動載作用（通行200km/h動車）以及防護樁基和承臺施工兩種工況下的24#墩承臺防護樁的有效防護作用。根據地質資料顯示，地面第一層為人工填土層，厚度1.5～4.2m。第二層全風化泥質砂巖夾沙礫巖，厚度2.2～7.6m，承載力σ0=200kPa。第三層為強風化泥質砂巖夾沙礫巖，厚度1.2～6.9m，承載力σ0=300kPa。第四層為弱風化泥質砂巖夾沙礫巖，承載力σ0=450kPa。土層其他物理力學指標考慮如下：第一層人工填土層的重度為18kN/m3，內摩擦角為35°；第二、三、四層泥質砂巖夾沙礫巖的重度分別為21kN/m3、22kN/m3、22kN/m3，內摩擦角均為40°。

3.1無動載工況

首先考慮無動載工況下，對24#墩承臺防護樁的有效防護作用進行計算?；趶椥苑ê徒浀浞?，計算的土壓力、位移、彎矩、剪力結果如圖1～2所示。

圖1　基于彈性法計算的防護樁內力位移圖<一>

圖2　基于經典法計算的防護樁內力位移圖<一>

表2　配筋驗算結果<一>

建議配置如表3鋼筋。

表3

抗傾覆安全系數：

式中：Mp——被動土壓力及支點力對防護樁底的抗傾覆彎矩；

Ma——主動土壓力對防護樁底的傾覆彎矩。

Ks=1.988≥1.200，滿足規范要求。

嵌固深度計算過程：

按《建筑基坑支護技術規程》（JGJ120-99）懸臂式支護結構計算嵌固深度hd值，規范公式如下：

嵌固深度系數：β=1.200

重要性系數：γ0=1.100

被動土層：hp=0.850m，ΣEpj=313.996kPa

主動土層：ha=2.201m，ΣEai=90.873kPa

得到hd=2.550m，hd實際采用值為：3.500m＞2.550m滿足規范要求。

3.2火車動載工況

承臺防護樁離線路最近距離為6.584m，因此按靠近線路的最不利防護樁進行驗算。火車動載作用時，考慮荷載橫向分布為100kN/m2，橫向寬度為2.5m?？紤]火車200km/h時速的動力系數為1.5。

在火車動載工況下，對24#墩承臺防護樁的有效防護作用進行計算?；趶椥苑ê徒浀浞ǎ嬎愕耐翂毫?、位移、彎矩、剪力結果如圖3～4所示（表3～4）。

圖3　基于彈性法計算的防護樁內力位移圖<二>

圖4　基于經典法計算的防護樁內力位移圖<二>

表3　內力取值<二>

抗傾覆安全系數：

表4　配筋驗算結果<二>

式中：Mp——被動土壓力及支點力對防護樁底的抗傾覆彎矩；

Ma——主動土壓力對防護樁底的傾覆彎矩。

Ks=1.914≥1.200，滿足規范要求。

嵌固深度計算過程：

按《建筑基坑支護技術規程》（JGJ120-99）懸臂式支護結構計算嵌固深度hd值，規范公式如下：

嵌固深度系數：β=1.200

重要性系數：γ0=1.100

被動土層：hp=0.867m，ΣEpj=326.431kPa

主動土層：ha=2.096m，ΣEai=99.813kPa

得到hd=2.600m，hd實際采用值為：3.500m＞2.600m滿足規范要求。

3.3防護樁基和承臺施工工況

通過增大土層重度來考慮防護樁基和承臺施工對承臺防護樁的效應，增大系數取為1.05。對承臺防護樁的有效防護作用進行計算，分別基于彈性法和經典法，計算的土壓力、位移、彎矩、剪力結果如圖5～6所示（表5～6）。

圖5　基于彈性法計算的防護樁內力位移圖<三>

圖6　基于經典法計算的防護樁內力位移圖<三>

抗傾覆安全系數：

表5　內力取值<三>

表6　配筋驗算結果<三>

式中：Mp——被動土壓力及支點力對防護樁底的抗傾覆彎矩。

Ma——主動土壓力對防護樁底的傾覆彎矩。

Ks=1.985≥1.200，滿足規范要求。

嵌固深度計算過程：

按《建筑基坑支護技術規程》（JGJ120-99）懸臂式支護結構計算嵌固深度hd值，規范公式如下：

嵌固深度系數：β=1.200

重要性系數：γ0=1.100

被動土層：hp=0.850m，ΣEpj=328.949kPa

主動土層：ha=2.202m，ΣEai=95.327kPa

得到hd=2.550m，hd實際采用值為：3.500m＞2.550m滿足規范要求。

通過以上計算，防護樁結構的有效性得到了證實，能夠滿足各種工況下施工的要求。

4　結束語

采用鉆孔樁作為基坑防護，安全可靠。但在實際運用當中，如何選用合理的結構，需通過分析鉆孔樁在各種工況下的受力條件，根據計算結果不斷的對結構進行優化和改進，最終達到既經濟又合理的結果。

[1]《建筑基坑支護技術規程》（JGJ120-99）.

U445.55

A

1673-0038（2015）04-0136-03

2015-1-9