斯里蘭卡鐵路摩擦樁設計

王青太

(中鐵第五勘察設計院集團有限公司，北京 102600)

1 概述

目前，海外項目日益增多，要求設計人員在熟練運用國內規范的同時，掌握相關的國外規范。在斯里蘭卡鐵路設計中，深入研究了斯里蘭卡規范和英國標準，關于摩擦樁基礎設計的內容提出幾點建議，整理總結如下。

2 摩擦樁基礎設計

以斯里蘭卡鐵路某橋5 號橋墩為例，分析、總結斯里蘭卡項目摩擦樁設計思路及內容。

2.1 樁基布置

2.1.1 設計依據

根據BS 8004，7.3.4.2 條，樁基礎最小樁間距確定如下:對于摩擦樁，樁的中心距離應不小于3 倍樁身最小寬度。

2.1.2 5 號橋墩樁基礎布置形式

材料:承臺及鉆孔樁均采用C30 混凝土。橋梁跨度及式樣:跨度20 m 等跨道砟橋面后張預應力混凝土梁;梁全長20.6 m;每孔梁重G=1 574.5 kN，線路設備重83.404 kN/m。線路資料:單線，位于直線上。橋墩形式:采用圓端形實體橋墩，凈墩高h=1 m。地質條件:橋址區地層簡單，下伏片麻巖，中風化片麻巖為良好的地基持力層。5 號橋墩樁基礎，采用四根圓形摩擦樁，樁徑1.0 m，順橋向兩列布置，間距2.8 m，橫橋向兩列布置，間距3.8 m，樁中心至承臺邊緣距離取1.05 m。樁長31 m。5 號橋墩樁基礎布置見圖1。

圖1 5 號橋墩樁基礎布置圖

2.2 樁基承載力的設計荷載

根據BS 8004，2.3.2.4.4 和BS 5400—2，4.7.1 條規定，采用BS 5400—2 中規定的荷載組合(取γfL=1 且γf3=1)，作為檢算樁基礎承載力的設計荷載。

采用“m”法模擬樁土相互作用，分析計算得到單樁樁頭軸向設計荷載，見表1。

表1 單樁樁頭力設計荷載

2.3 樁基承載能力檢算

2.3.1 檢算原理及公式

根據斯里蘭卡-15，6.2 節規定，摩擦樁單樁容許承載力公式如下:

1)根據BS 8004，7.5.3 規定，由土樣實驗所得參數計算樁基承載能力。計算公式如下:

式中:Q——單樁容許承載能力，kN;

q——地基土極限承載力，kPa;

Ab——基礎底面積，m2;

f——樁側平均極限摩阻力，kPa;

As——樁身面積，m2。

2)根據斯里蘭卡-15 號文，6.1 條規定，樁基承載能力取下列兩個公式計算結果的較小值:

式中:Pall——單樁容許承載能力，kN;

qu——樁底土極限強度，kPa;

Ab——樁底面積，m2;

fu——極限側摩阻，kPa;

As——樁身表面積，m2。

綜合考慮上述的規范條文和參考資料，本設計采用斯里蘭卡-15 號文，規定的公式估算單根摩擦樁容許承載力。即:

式中:Pall——容許承載能力，kN;

qu——樁底土極限強度，kPa;

Ab——樁底面積，m2;

fu——極限側摩阻，kPa;

As——樁身表面積，m2。

2.3.2 5 號橋墩土層參數

樁基礎土層參數見表2。

表2 樁基礎土層參數

2.3.3 5 號橋墩單樁容許承載能力

抗壓承載能力，檢算判別條件為:

其中，QP為單樁抗壓承載能力，kN;Wpile為樁身自重，kN;P 為樁頭力設計值，kN。

根據前述內容，5 號橋墩樁基礎承載能力檢算結果見表3。

2.4 樁身材料強度檢算

表3 5 號橋墩樁基礎承載能力檢算結果 kN

2.4.1 樁身材料強度檢算結果

由本算單相關內容得到單樁樁頭控制豎向設計荷載和樁身等效截面參數，以及樁身強度檢算結果(見表4)。

表4 樁身強度檢算結果

2.4.2 檢算結果

由本算單相關內容知，5 號橋墩樁基礎，采用四根圓形摩擦樁，樁徑1.0 m，順橋向兩列布置，樁間距2.8 m，橫橋向兩列布置，樁間距3.8 m，設計合理且滿足相關規范要求。

3 摩擦樁設計異同

3.1 相同點

樁基設計荷載均采用組合系數為“1”的荷載組合;單樁容許承載力公式及原理，與國標基本相同;單樁抗壓設計承載能力檢算公式相同，均為“摩擦樁樁頂承受的軸向壓力加上樁身自重與樁身入土部分所占同體積土中之差，不得大于單樁容許承載力”。

3.2 不同點

摩擦樁樁中心最小樁間距要求，國標為“大于等于2.5 倍樁徑”，斯里蘭卡規范為“大于等于3 倍樁徑”;樁身截面承載力檢算，英標原理為極限狀態法，國標原理為容許應力法。

4 總結及建議

1)由文中分析知，摩擦樁設計中，國標和斯里蘭卡規范較為相似，故在設計工作中，可先用國內成熟的鐵路設計軟件，按國標相關要求設計，再按斯里蘭卡規范檢算復核設計結果，可大幅提高設計效率和正確率。

2)摩擦樁截面承載力檢算，按斯里蘭卡規范要求設計，得到配筋結果比國標現行標準偏大。

［1］BS 5400—4，混凝土橋設計規范［S］.

［2］BS 8004，基礎設計規范［S］.

［3］ICTAD/DEV/15，斯里蘭卡樁基規范［S］.

［4］JTG D62—2004，公路鋼筋混凝土及預應力混凝土橋涵設計規范［S］.

［5］TB 10002.3—2005，鐵路橋涵鋼筋混凝土和預應力混凝土結構設計規范［S］.

［6］王青太.BS 5400 規范中大偏心受壓短柱極限承載能力計算［J］.山西建筑，2011，37(29):48-50.