斯里兰卡铁路摩擦桩设计

王青太

(中铁第五勘察设计院集团有限公司，北京 102600)

1 概述

目前，海外项目日益增多，要求设计人员在熟练运用国内规范的同时，掌握相关的国外规范。在斯里兰卡铁路设计中，深入研究了斯里兰卡规范和英国标准，关于摩擦桩基础设计的内容提出几点建议，整理总结如下。

2 摩擦桩基础设计

以斯里兰卡铁路某桥5 号桥墩为例，分析、总结斯里兰卡项目摩擦桩设计思路及内容。

2.1 桩基布置

2.1.1 设计依据

根据BS 8004，7.3.4.2 条，桩基础最小桩间距确定如下:对于摩擦桩，桩的中心距离应不小于3 倍桩身最小宽度。

2.1.2 5 号桥墩桩基础布置形式

材料:承台及钻孔桩均采用C30 混凝土。桥梁跨度及式样:跨度20 m 等跨道砟桥面后张预应力混凝土梁;梁全长20.6 m;每孔梁重G=1 574.5 kN，线路设备重83.404 kN/m。线路资料:单线，位于直线上。桥墩形式:采用圆端形实体桥墩，净墩高h=1 m。地质条件:桥址区地层简单，下伏片麻岩，中风化片麻岩为良好的地基持力层。5 号桥墩桩基础，采用四根圆形摩擦桩，桩径1.0 m，顺桥向两列布置，间距2.8 m，横桥向两列布置，间距3.8 m，桩中心至承台边缘距离取1.05 m。桩长31 m。5 号桥墩桩基础布置见图1。

图1 5 号桥墩桩基础布置图

2.2 桩基承载力的设计荷载

根据BS 8004，2.3.2.4.4 和BS 5400—2，4.7.1 条规定，采用BS 5400—2 中规定的荷载组合(取γfL=1 且γf3=1)，作为检算桩基础承载力的设计荷载。

采用“m”法模拟桩土相互作用，分析计算得到单桩桩头轴向设计荷载，见表1。

表1 单桩桩头力设计荷载

2.3 桩基承载能力检算

2.3.1 检算原理及公式

根据斯里兰卡-15，6.2 节规定，摩擦桩单桩容许承载力公式如下:

1)根据BS 8004，7.5.3 规定，由土样实验所得参数计算桩基承载能力。计算公式如下:

式中:Q——单桩容许承载能力，kN;

q——地基土极限承载力，kPa;

Ab——基础底面积，m2;

f——桩侧平均极限摩阻力，kPa;

As——桩身面积，m2。

2)根据斯里兰卡-15 号文，6.1 条规定，桩基承载能力取下列两个公式计算结果的较小值:

式中:Pall——单桩容许承载能力，kN;

qu——桩底土极限强度，kPa;

Ab——桩底面积，m2;

fu——极限侧摩阻，kPa;

As——桩身表面积，m2。

综合考虑上述的规范条文和参考资料，本设计采用斯里兰卡-15 号文，规定的公式估算单根摩擦桩容许承载力。即:

式中:Pall——容许承载能力，kN;

qu——桩底土极限强度，kPa;

Ab——桩底面积，m2;

fu——极限侧摩阻，kPa;

As——桩身表面积，m2。

2.3.2 5 号桥墩土层参数

桩基础土层参数见表2。

表2 桩基础土层参数

2.3.3 5 号桥墩单桩容许承载能力

抗压承载能力，检算判别条件为:

其中，QP为单桩抗压承载能力，kN;Wpile为桩身自重，kN;P 为桩头力设计值，kN。

根据前述内容，5 号桥墩桩基础承载能力检算结果见表3。

2.4 桩身材料强度检算

表3 5 号桥墩桩基础承载能力检算结果 kN

2.4.1 桩身材料强度检算结果

由本算单相关内容得到单桩桩头控制竖向设计荷载和桩身等效截面参数，以及桩身强度检算结果(见表4)。

表4 桩身强度检算结果

2.4.2 检算结果

由本算单相关内容知，5 号桥墩桩基础，采用四根圆形摩擦桩，桩径1.0 m，顺桥向两列布置，桩间距2.8 m，横桥向两列布置，桩间距3.8 m，设计合理且满足相关规范要求。

3 摩擦桩设计异同

3.1 相同点

桩基设计荷载均采用组合系数为“1”的荷载组合;单桩容许承载力公式及原理，与国标基本相同;单桩抗压设计承载能力检算公式相同，均为“摩擦桩桩顶承受的轴向压力加上桩身自重与桩身入土部分所占同体积土中之差，不得大于单桩容许承载力”。

3.2 不同点

摩擦桩桩中心最小桩间距要求，国标为“大于等于2.5 倍桩径”，斯里兰卡规范为“大于等于3 倍桩径”;桩身截面承载力检算，英标原理为极限状态法，国标原理为容许应力法。

4 总结及建议

1)由文中分析知，摩擦桩设计中，国标和斯里兰卡规范较为相似，故在设计工作中，可先用国内成熟的铁路设计软件，按国标相关要求设计，再按斯里兰卡规范检算复核设计结果，可大幅提高设计效率和正确率。

2)摩擦桩截面承载力检算，按斯里兰卡规范要求设计，得到配筋结果比国标现行标准偏大。

［1］BS 5400—4，混凝土桥设计规范［S］.

［2］BS 8004，基础设计规范［S］.

［3］ICTAD/DEV/15，斯里兰卡桩基规范［S］.

［4］JTG D62—2004，公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范［S］.

［5］TB 10002.3—2005，铁路桥涵钢筋混凝土和预应力混凝土结构设计规范［S］.

［6］王青太.BS 5400 规范中大偏心受压短柱极限承载能力计算［J］.山西建筑，2011，37(29):48-50.