浅谈铁路桥梁基础设计

蔡少飞

摘要：近年来为了解决铁路运输的压力，中国铁路建设投入不断加大，铁路跨越的地区越来越复杂，因此铁路桥梁的基础设计成为铁路设计中尤为重要的一部分。

关键字：铁路桥梁明挖基础桩基础特殊地质基础设计

中图分类号：U448文献标识码： A

由于铁路建设的飞速发展，铁路跨越地区的地质也越来越复杂，但是铁路基础的设计也是需要遵循一些基本原则的。铁路桥梁基础设计最基本的原则是同一基础必须置于同一地层上，防止由于地基软硬不均匀产生不均匀沉降。本文从明挖基础、桩基础及特殊地质基础设计等方面浅谈了铁路桥梁基础设计。

1、明挖基础

非岩石地基采用明挖基础应慎重，无明显优势时，一般不采用。

1) 当地质条件适宜，有少量（或无）地下水，且基础深≤6m时，可选用明挖扩大基础。

2) 基础为岩石地基，采用明挖基础时，当风化层不厚时，应将基底置于新鲜岩石中；当风化层较厚时，可将基底置于风化岩石内，此时可以考虑深宽修正。当为泥岩时应及时灌注混凝土。

3) 非岩石地基，明挖基础计算允许承载力时，要注意下卧层检算，作深宽修正时，深度按控制点取值。同时考虑桥址附近地下水开采情况，计算地下水位下降引起的基础沉降。

2、桩基础

1) 基本承载力σ0≥600kPa的岩石才可按嵌入式柱桩设计；基本承载力500kPa≤σ0≤600kPa的弱风化岩石，可按摩擦桩和柱桩分别计算取其通过者，当难以判断是摩擦桩还是柱桩时可参考柱桩配筋。当地基条件明确为摩擦桩时，按照摩擦桩理论配筋。

2）桩侧极限摩阻力

桩侧极限摩阻力fi根据地质报告中土性状态描述，按《铁路桥涵地基和基础设计规范》（TB10002.5-2005）表6.2.2-5取值，对摩擦桩，表层土极限摩阻力可取下限值，深层土极限摩阻力可取上限值。

3）岩石单轴抗压强度R值，按地质专业提供取用。C0值可由R值内插计算。

4）柱桩的嵌岩深度

柱桩的嵌岩深度不小于0.5m，并满足《铁路桥涵地基和基础设计规范》第6.2.3条要求。嵌岩深度尚应考虑岩面倾斜影响。

实际设计时，当桩长较长时嵌岩深度宜取小值，长桩按摩擦桩计算可通过者，也可考虑支立于岩面；当桩长较短时宜适大加大嵌岩深度。

5）陡坡地段墩台基础布置（包括基底和桩底标高）必须结合横断面考虑横向地形影响。陡坡上桥墩桩基础桩，当桩身向山坡前方变位时（水平力指向坡外），桩身外侧至山坡地面线水平净距小于3m者，桩身按自由长度计，当桩身向山坡后方变位时（水平力指向坡内），自由长度应按地面线计。桩基计算应按两个方向上分别计算，取其不利者进行设计。桩身自由长度应根据墩台辅助断面确定。

6）在岩石陡坡地段，基础埋置深度应考虑岩石节理、承载力、有无不利的走向、倾角等因素。基础外缘至岩层安全边线的最小水平距离对于硬质岩，视节理发育程度及地面地形陡缓而定，一般不小于2～3m；对于软质岩，视其风华程度及地形条件而定，一般不小于3～5m。

3、特殊地质基础设计注意事项

1）湿陷性黄土

a) 位于各级湿陷性黄土地区的桥梁，其墩台基础一般置于非湿陷性土层中。当采用桩基时，应穿过湿陷性黄土层，将桩置于稳定可靠非湿陷性土层中。非自重湿陷性黄土层，不计摩阻力；I、II级自重湿陷性黄土层，其负摩阻力取-10KPa；III、IV级自重湿陷性黄土层，其负摩阻力取-15KPa。湿陷性土层范围地基土水平抗力系数的比例系数m按饱和状态下湿陷性黄土取值，范围在2500～6000Kpa/m2之间，一般非自重湿陷土层取5000Kpa/m2，Ⅰ、Ⅱ级自重湿陷土层取4500Kpa/m2，Ⅲ、Ⅳ级自重湿陷土层取2500Kpa/m2。湿陷性黄土取负摩阻力时不与地震力组合，地震检算是摩阻力取0。

b) 基坑开挖时，应在基坑底面以上预留0.10m土层，进行夯实至设计高程。湿陷性黄土地区桥墩台基坑回填采用原土回填至承台顶后采用夯填3：7灰土分层密实夯填至天然地面以上0.3m，并做好排水坡避免桥墩地表积水。湿陷性黄土地区桥梁，全桥布置图需补充3：7灰土回填示意图。

c) 湿陷性黄土地区桩基配筋根据计算确定，并不小于湿陷性黄土层的厚度。

d) 桥头锥体铺砌均采用浆砌片石；锥体范围内应对基底进行处理。

e) 重视排水系统设计，了解水的来路、去处，凡水流经处，均应采取防护措施，保证不存水、不渗水。

f) 桥址附近出现的陷穴，应采用三七灰土夯填或挖除的方法进行处理。

2）地震液化土

当地层中含有地震液化层或在软土地基上时，墩台基础应采用桩基础，且应进入稳定土层内不小于1m～2m。桩身钢筋应伸至液化层或软土层以下。

基础穿过可液化层时，可按《震规》附录三考虑部分液化土的弹性抗力、摩阻力和内摩擦角。根据地质报告按《震规》计算各层液化土的折减系数。

3）地下水侵蚀

侵蚀性环境，应根据《铁路混凝土结构耐久性设计规范》5.3.1、5.3.2条分灌注桩及其他结构确定混凝土标号。

4）水库地区

线路经过部分地段位于水库上、下游，当桥位位于坝址下游时，如水库设计标准高于铁路标准时，直接采用水库百年下泄流量叠加区间流量。如水库设计标准低于铁路标准但校核标准高于铁路标准时，可不考虑水库的调蓄作用，按天然状况计算。否则还需考虑水库溃坝的影响；当桥位位于水库上游时，流量按本河流量计算，但水位需考虑回水影响。

5） 泥石流区

泥石流沟宜采用桥梁通过，桥梁孔径综合考虑流量、地形条件、沟槽宽度、泥石流性质、流势及发展变化规律等因素确定。

在泥石流流通区，桥孔不得压缩，桥孔尽量跨越山区泥石流堆积区。

对于跨越泥石流沟必须在沟中设置桥墩的桥梁，根据泥石流的特性考虑在桥梁上游设置泥石流拦挡坝和停淤场。

对于设置在泥石流沟中的桥墩应考虑在百年设计水位+1m高度范围内，采用提高混凝土标号，墩身设置护面钢筋和增大主筋直径及保护层等措施，以提高墩身抗泥石流冲击的能力。

参考文献：

1．《铁路桥涵设计基本规范》（TB10002·1—2005）

2．《铁路桥涵地基和基础设计规范》（TB10002·5—2005）

3．《铁路混凝土结构耐久性设计规范》（TB10005-2010、J1167-2011）

4.《建筑地基基础设计规范》(GB50007-2011)

5.《铁路工程抗震设计规范（2009年版）》（GB50111-2006）