浅析桥梁基坑防护桩施工设计

张浪

（中铁二十四局新余公司）

浅析桥梁基坑防护桩施工设计

张浪

（中铁二十四局新余公司）

结合合福铁路上饶信江特大桥基坑防护桩施工设计实例，通过对桩身结构的计算，分析在不同工况下防护桩结构的有效性，为今后类似工程提供参考。

桥梁基础；防护桩；有效性

桥梁基础施工是桥梁工程重要一环，无论是扩大基础，还是桩基础，都必须进行基坑开挖。一般条件下，根据地质情况，基坑开挖采用不同的坡率放坡开挖。但在某些不允许放坡开挖的特殊条件下，基坑开挖前必须先进行防护。为人所熟知的有钢板桩防护，水泥搅拌桩防护等等。但是，在对安全可靠性要求较高的条件下，采用钻孔桩防护效果较好。施工前对钻孔桩防护设计尤为重要，关系到防护桩的安全性和可靠性。本文以合福铁路上饶信江特大桥24#承台基坑防护设计为例予以解析。

1　工程慨况

合福信江特大桥上跨上饶车站，24#墩正好位于车站站台上，承台边缘距运营线线路中心最近距离为6.5m，承台开挖深度为地面下4.0m。如果按照常规方法，先施工钻孔桩，然后开挖承台，势必影响两侧股道路基稳定和列车运行安全。为了既不影响施工，又保证行车安全，根据现场实际情况，决定采用C20钻孔防护桩进行防护。

2　钻孔桩防护措施方案

由于紧邻营业线，又是连续梁主墩，为防止桩基施工时对既有线路基的扰动，保证承台基坑开挖坑壁稳定性，初步拟定在承台四周采用钻孔桩进行防护。根据现场钻机情况，拟定桩径为0.8m；为确保承台开挖后钻孔桩有足够的锚固长度，根据承台高度和锚固长度要求，拟定桩长为7m，承台开挖后钻孔桩的锚固长度为3.5m；钢筋笼采用10根φ16钢筋作为主筋，φ8钢筋作为箍筋，间距300mm，加强筋直径为φ16，间距2000mm。

3　承台防护桩防护方案验算

通过分析，需考虑火车动载作用（通行200km/h动车）以及防护桩基和承台施工两种工况下的24#墩承台防护桩的有效防护作用。根据地质资料显示，地面第一层为人工填土层，厚度1.5～4.2m。第二层全风化泥质砂岩夹沙砾岩，厚度2.2～7.6m，承载力σ0=200kPa。第三层为强风化泥质砂岩夹沙砾岩，厚度1.2～6.9m，承载力σ0=300kPa。第四层为弱风化泥质砂岩夹沙砾岩，承载力σ0=450kPa。土层其他物理力学指标考虑如下：第一层人工填土层的重度为18kN/m3，内摩擦角为35°；第二、三、四层泥质砂岩夹沙砾岩的重度分别为21kN/m3、22kN/m3、22kN/m3，内摩擦角均为40°。

3.1无动载工况

首先考虑无动载工况下，对24#墩承台防护桩的有效防护作用进行计算。基于弹性法和经典法，计算的土压力、位移、弯矩、剪力结果如图1～2所示。

图1　基于弹性法计算的防护桩内力位移图<一>

图2　基于经典法计算的防护桩内力位移图<一>

表2　配筋验算结果<一>

建议配置如表3钢筋。

表3

抗倾覆安全系数：

式中：Mp——被动土压力及支点力对防护桩底的抗倾覆弯矩；

Ma——主动土压力对防护桩底的倾覆弯矩。

Ks=1.988≥1.200，满足规范要求。

嵌固深度计算过程：

按《建筑基坑支护技术规程》（JGJ120-99）悬臂式支护结构计算嵌固深度hd值，规范公式如下：

嵌固深度系数：β=1.200

重要性系数：γ0=1.100

被动土层：hp=0.850m，ΣEpj=313.996kPa

主动土层：ha=2.201m，ΣEai=90.873kPa

得到hd=2.550m，hd实际采用值为：3.500m＞2.550m满足规范要求。

3.2火车动载工况

承台防护桩离线路最近距离为6.584m，因此按靠近线路的最不利防护桩进行验算。火车动载作用时，考虑荷载横向分布为100kN/m2，横向宽度为2.5m。考虑火车200km/h时速的动力系数为1.5。

在火车动载工况下，对24#墩承台防护桩的有效防护作用进行计算。基于弹性法和经典法，计算的土压力、位移、弯矩、剪力结果如图3～4所示（表3～4）。

图3　基于弹性法计算的防护桩内力位移图<二>

图4　基于经典法计算的防护桩内力位移图<二>

表3　内力取值<二>

抗倾覆安全系数：

表4　配筋验算结果<二>

式中：Mp——被动土压力及支点力对防护桩底的抗倾覆弯矩；

Ma——主动土压力对防护桩底的倾覆弯矩。

Ks=1.914≥1.200，满足规范要求。

嵌固深度计算过程：

按《建筑基坑支护技术规程》（JGJ120-99）悬臂式支护结构计算嵌固深度hd值，规范公式如下：

嵌固深度系数：β=1.200

重要性系数：γ0=1.100

被动土层：hp=0.867m，ΣEpj=326.431kPa

主动土层：ha=2.096m，ΣEai=99.813kPa

得到hd=2.600m，hd实际采用值为：3.500m＞2.600m满足规范要求。

3.3防护桩基和承台施工工况

通过增大土层重度来考虑防护桩基和承台施工对承台防护桩的效应，增大系数取为1.05。对承台防护桩的有效防护作用进行计算，分别基于弹性法和经典法，计算的土压力、位移、弯矩、剪力结果如图5～6所示（表5～6）。

图5　基于弹性法计算的防护桩内力位移图<三>

图6　基于经典法计算的防护桩内力位移图<三>

抗倾覆安全系数：

表5　内力取值<三>

表6　配筋验算结果<三>

式中：Mp——被动土压力及支点力对防护桩底的抗倾覆弯矩。

Ma——主动土压力对防护桩底的倾覆弯矩。

Ks=1.985≥1.200，满足规范要求。

嵌固深度计算过程：

按《建筑基坑支护技术规程》（JGJ120-99）悬臂式支护结构计算嵌固深度hd值，规范公式如下：

嵌固深度系数：β=1.200

重要性系数：γ0=1.100

被动土层：hp=0.850m，ΣEpj=328.949kPa

主动土层：ha=2.202m，ΣEai=95.327kPa

得到hd=2.550m，hd实际采用值为：3.500m＞2.550m满足规范要求。

通过以上计算，防护桩结构的有效性得到了证实，能够满足各种工况下施工的要求。

4　结束语

采用钻孔桩作为基坑防护，安全可靠。但在实际运用当中，如何选用合理的结构，需通过分析钻孔桩在各种工况下的受力条件，根据计算结果不断的对结构进行优化和改进，最终达到既经济又合理的结果。

[1]《建筑基坑支护技术规程》（JGJ120-99）.

U445.55

A

1673-0038（2015）04-0136-03

2015-1-9