顶进框架桥桩基受力分析及桩长检算

章有德 孙 杰

(中铁工程设计咨询集团有限公司济南设计院， 山东济南 250022)

顶进框架桥桩基受力分析及桩长检算

章有德 孙 杰

(中铁工程设计咨询集团有限公司济南设计院， 山东济南 250022)

以邹城市富唐路K1+853.9顶进1-16.0 m框架桥线路防护桩基设计为例，对桩基进行受力分析，明确了嵌入段桩基对桩底产生的竖向力应等于嵌入段桩基自重与桩身所占同体积土之差；另外，明确桩身受力后，对桩长进行检算，利用桥梁通软件对桩基进行配筋，完成桩基设计。

顶进框架桥 钻孔桩 受力分析 桩长检算

1 概述

邹城市富唐路K1+853.9顶进1-16.0 m钢筋混凝土框架桥，线路加固采用D型便梁防护，下部采用φ160 cm钻孔桩，桩顶设盖梁，单侧吃土顶进施工。施工桩基前先架设D24、D16型钢便梁；然后按1∶1放坡开挖作业平台，平台顶距便梁纵梁底不小于4.0 m净空，方便施工机械进入，按照设计桩长进行钻孔施工。

钻孔桩基设计过程中考虑了列车荷载、便梁自重、桥面恒载、列车制动力、开挖面桩后土压力，桩自重以及水浮力等。顶进过程中，采用吃土顶进，桩后土压力较大，故在设计中应考虑桩后土压满载情况下计算桩长及配筋。另外，明确了土中嵌入段桩基竖向承载力的计算方法，即嵌入段桩基对桩底产生的竖向力等于嵌入段桩基与同体积土重之差。

2 工程概况及工程地质

2.1 工程概况

2.2 工程地质

岩土施工工程分级及物理力学参数见表1。

表1 岩土施工工程分级及物理力学参数值

根据该区地下水的赋存条件，可分为第四系孔隙潜水和承压水。

该区地下水的类型为第四系孔隙潜水，勘探期间地下水埋深0.30～1.90 m，主要受大气降水的补给，水位随季节变化而变化，变化幅度约1.0 m。

3 桩基受力分析及设计检算

3.1 桩基受力分析

本工程共需12根钻孔桩，取其中一根桩A为例进行分析(如图1)，桩顶接盖梁，盖梁顶受D16便梁、D24便梁共同作用；便梁受列车荷载作用，列车荷载采用中-活载，取双孔重载加载模式[4]；线路恒载为5 kN/m，桩后土压力按满载计算，如图1所示。

图1 计算图示

计算参数见表2。

表2 计算参数

作用于桩A盖梁顶竖向力F=(活载支座反力R1×1.238+活载支座反力R2×1.273)+(线路恒载+每孔梁自重)/2

PLC技术在实际应用过程中主要包括四个阶段的内容。通过利用PLC技术可以对机械电气控制装置进行全面性的控制，保障设备运行的安全性和稳定性。例如：机械控制设备在运行过程中出现了故障，利用PLC技术可以在第一时间将故障的主要原因诊断出来，并将相关数据发送到计算机中，根据所规定的控制指令对设备运行过程中的故障进行及时的解决，以此来保障设备运行的安全性[2]。

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

经计算桩后土压力竖向分力E竖=106.58 kN，水平分力E水=338.01 kN，合力作用点距冲刷线处距离h=3.33 m。

制动力Q=(1130.24+797.26)×0.1=192.82 kN

盖梁作用于桩顶竖向力N=1.5×2.2×27.8×25/6=382.25 kN(盖梁长27.8 m，共6根桩)

冲刷线处的总弯矩M=E水×h+Q×10=338.01×3.33+192.82×10=3054.91 kN·m

注：由于桩A为位于两股线间的桩，桩基盖梁顶所受竖向力及水平力为两片D24便梁以及两片D16便梁共同作用。

3.2 桩基长度检算

钻孔桩基容许承载力

式中,[P]为桩的容许承载力/kN；U为桩身截面面积/m；按成孔桩径计算；fi为各土层的极限摩阻力/kPa；li为各土层厚度/m；A为桩底支撑面积/m2；按设计桩径计算；[σ]为桩底地基土的容许承载力/kPa；m0为桩底支承力折减系数。本工程桩底土质较好，不易坍塌，清底良好，故取0.7[3]。

经参阅以往设计资料及一些参考文献，有些计算桩底竖向力时，将嵌入土中桩的自重全部纳入为竖向力，忽略了土对桩侧的接触摩擦力，使桩底竖向力比实际偏大。实际上，铁路地基规范对桩底竖向力计算已有详细的对比、推导说明，即嵌入段桩基对桩底产生的竖向力等于嵌入段桩基与同体积土重之差，也提到如何计算摩擦桩的轴向受压承载力的问题，各方一直有争议，故规范也没有明确指出此法适用范围和条件。本人认为此理论较符合实际情况，经多个工地实践证明，算得桩长桩基结构稳定，无病害发生。

拟定桩长26 m，冲刷线以上自由段长度7.5 m，嵌入段长度为18.5 m，冲刷线位于第4层粉质黏土层上。穿透第4层粉质黏土厚度为4.92 m，穿透第5层中粗砂厚度为4.2 m，穿透第6层黏土厚度为9.38 m；桩底承受的竖向合力P=N0+P1-P2，其中N0包括列车荷载竖向力F，土压力竖向分力E竖，盖梁自重，自由段桩自重，另外还应减去桩产生的浮力F浮。经计算,P=3 646.34 kN，桩基容许承载力[P]=3 681.66 kN，故拟定桩长满足要求。本计算以承载力控制桩长，由于本工程仅为临时防护工程，裂缝及位移不作为控制因素，但在计算中也应作为考虑，故桩长增加1 m富余量，桩长为27 m。

另外也可采用桥梁通软件计算，输入计算参数，计算桩长为26.62 m。

通过以上两种方式计算桩长，对比结果，相互吻合，故桩长采用27 m。

3.3 桩基配筋设计

经计算，冲刷线处的总弯矩M=3 054.91 kN·m，冲刷线处的水平力E=338.01 kN，利用桥梁通软件计算出桩身所受最大弯矩Mmax=3 696.8 kN·m，桩身主筋至少配35根φ25 mm钢筋[2]。

4 结束语

本工程桥上共5股线路，共需架设5孔D24便梁，10孔D16m便梁，12根钻孔桩，以钻孔桩为支点架设便梁，顶进框架，钻孔桩在整个线路防护过程中起到了关键性作用。在施工过程中，除按设计成孔配筋以外，应对桩进行实时监控，如桩顶水平位移、竖向沉降等，确保钻孔桩各指标满足规范要求[5-9]。

[1] 铁道第三勘察设计院.TB 10002.5—2005 J464—2005铁路桥涵地基和基础设计规范[S].北京：中国铁道出版社，2009

[2] 中铁工程设计咨询集团有限公司.TB 10002.3—2005 J462—2005铁路桥涵钢筋混凝土和预应力混凝土结构设计规范[S].北京：中国铁道出版社，2009

[3] 铁道第三勘察设计院.桥涵地基与基础[M].北京：中国铁道出版社，2002

[4] 铁道第三勘察设计院.TB 10002.1—2005 J460—2005铁路桥涵设计基本规范[S].北京：中国铁道出版社，2009

[5] 毛坤海，龚宏华.箱涵顶进线路加固中便梁支点(桩基)优化设计[J].铁道建筑，2011(2):55-56

[6] 郭新伟.跨京津城际框架墩桩基础设计与施工防护[J].西部探矿工程，2009(8):170-171

[7] 郭国棉.框架桥顶进施工时既有铁路架空加固技术[J].国防交通工程与技术，2009(1):53-55

[8] 马福臣.D24型便梁在4.0 m线间距区段的应用与计算[J].铁道勘察，2013(3):62-64

[9] 王金艳.素混凝土钻孔桩在松软地基处理中的应用[J].铁道勘察，2012(4)：42-43

TheForceAnalysisandthePileLengthCalculationofPushingFrameBridgeforPileFoundation

ZHANG You-de SUN Jie

2014-02-12

章有德(1981—)，男，2009年毕业于石家庄铁道学院岩土工程专业，工程师。

1672-7479(2014)03-0054-02

U442； U445.462

： A