晋西北湿陷性黄土区铁路桥梁桩基础设计研究

郑旺

摘 要：湿陷性黄土在一定压力受到水浸时，自身土体结构遭遇严重损坏，从而产生显著的下沉问题，基于这一情况地貌也容易出现纵横的沟壑。在平纵横布置桥梁过程中，这一情况直接影响了设计桥梁桩基的难易程度，从而威胁项目的安全性。本文通过分析晋西北湿陷性黄土区铁路桥梁桩基础设计，得到确保项目经济性的最佳设计方案，为今后类似项目设计提供参考。

关键词：晋西北；湿陷性黄土区；桥梁桩基础设计

引言：

晋西北大部分地区都被黄土覆盖，相应比例已经达到90%，湿陷性黄土在低温环境中表现出较高的强度和较低的压缩性，遇水则会明显降低，并发生较大的变化。因此在这一地区上的建筑项目容易发生沉陷等事故，对该地区铁路桥梁桩基础设计研究具有一定的实际意义。

一、晋西北湿陷性黄土特点

（一）湿陷性

具体是指结构性较强的欠压密土，水浸入黄土以后由于外部荷载或者是自重的影响出现下沉即为湿陷。这个现场属于一个相对复杂的物理化学过程，较为公认的机理是水浸黄土之后，胶结物质表现出一系列反应，降低了结构强度。其中黄土内部形成的孔隙直径比附近颗粒直径大产生的架空结构就是湿陷条件，密切联系着孔隙比、含水率等因素。加之大量存在的天然孔隙，也会相应提升含水率，发生更加明显的湿陷性。

（二）判定标准

利用室内压缩法对湿陷系数有效检测，从而对这一特点客观评价。结合相关标准，当系数≥0.015时，即可判断其属于湿陷性黄土，反之则不属于。对湿陷量和自重湿陷量科学计算，可以得到相应类型，分别是轻微、中级、严重与很严重。

（三）湿陷性对桩基带来的影响

可以根据重要程度、结构特点以及水浸湿以后造成的危害情况分析湿陷性黄土对桥梁桩基造成的影响。结果说明，当对其地基处置以后，结束操作后依然出现一定程度的不均匀沉降。若在整体设计中忽略甚至未全面思考这一地区特点，必将损坏桩端地基，使桩身缺乏稳定性，影响建筑物今后的正常应用[1]。

二、黄土湿陷与负摩阻力

（一）湿陷性黄土项目特点

1.敏感性

在湿度较低区域黄土湿陷表现出显著的强度，同时压缩性偏低。若与水结合则会出现明显的变形，相应降低强度。目前，主要是从湿陷发生原理、影响因素和选择指标等进行研究，并提供合理的评估方式，结合不同的评估指数，采取相应的施工手段。近些年来深入分析了敏感特点，从单一的增湿变化到间歇性的变形强度；基于各个方面的特点，更加精准地分析了这一特点。通过这部分研究，可以更加全面掌握项目建设中湿陷性黄土的特点[2]。因此，通过全面研究各类指标以后，总结出其集中表现为敏感性特点，并简单分析这一土地的整体特点。

2.沉降性

实际操作中，由于竖向对单桩造成的负荷，桩体表现出的压缩变形也十分显著。而桩底部产生的土质由于施加较强应力而改变，对应土地也会产生变化，这些变化出现极强的沉降特点。这样的沉降现象，主要取决于桩身长度、相对的压缩特点、负荷形成时间等。

（二）计算负摩阻力

由于铁路桥梁建筑物对沉降要求较高，在晋西北湿陷性黄土地区设计桩基础，关键是直接穿过湿陷性土层向非湿陷性土层扩展。在黄土与软土地基之间形成了桩基础，若出现土壤湿陷或者是固结问题，地基必将对桩身产生下沉影响，这也是对桩身有效下拉的力量，此时需要对桩侧土形成的负摩阻力整体分析[3]。怎样对这一数值有效明确，需要十分复杂的分析，初步利用相关公式或现场试验开展计算。结合软弱黏土层中桩轴负摩擦力进行计算：

其中，f代表阻力强度，qu代表该土层的抗压强度，Kn代表压力系数，Υ代表平均摩擦力，h代表压缩层厚度，φ代表内摩擦角度。

三、实际设计分析

晋西北地区的铁路桥梁项目由于需要贯穿黄土区域，出现很多湿陷黄土类型。为了保证统一性设计，整理所在区域的设计数据，需要全面考虑黄土不同类型的参考数值。结合项目所在地区的地质特点，结合有关参数，根据铁路实际运营情况，可以有效控制桥梁桩基础沉降，保证获得安全的结构。

由于桥墩受力相对单一，水平方向压力不大，桩身配筋与桩长不会影响到设计方案。以桥台作为分析对象，对比两种自由桩长确定方案的计算结果。

基础设计6根桩，采取1.25m桩径[4]。根据行列安排桩基，其中纵横向桩距为3.5m。承台横纵向分别是9.3m和5.8m，厚2.5m。

方案一：黄土层中的自由桩选择最外侧到达边坡稳定线超过6m的水平距离。明确自由桩长度是3.39m，桩身长度是39m，配筋面积111.54cm2。

方案二：根据计算弹性附着力标准做出以下设计：将起点设计在坡脚，绘制边坡稳定线，将承台底线和前排桩之间的交叉点作为嵌固桩基点，经过这一点产生的水平线即是固着桩基础的线。密切围绕嵌固点将水平线顺时针旋转，之后相交边坡稳定线于一点，经过这一点绘制平行于承台底端的线。结合计算公式，对自由桩长度明确即4.26m，桩身长度是40m，钢筋面135.98cm2。

通过本次设计了解到，针对相同类型的土质，在保证边坡线稳定的情况下，方案一是结合运营多年积累的經验确定的自由桩长度。方案二确定承台底部至水平线距离为自由桩长度。

结合多次设计可知，两种不同方案的自由桩长都出现过较大问题。由于这项工程规模较大，通常设计时考虑采取一种方案明确自由桩长，采取另一种方案对其进行检验，一定程度保证了桩长与配筋。

在情况相对特殊时，结合以上分析对自由桩长度计算明确以后，配筋和桩顶位移相对较大不能顺利通过时，可以把重力挡土墙设计在台前，进一步提高土地的可靠性。并且从挡墙顶部计算边坡线，有效缩短自由桩长度，这样的解决方式的有效率较高。

四、结束语

湿陷性黄土层容易损坏桩端地基，引起桩身稳定性不足问题，也容易造成桥墩的不均匀沉降现象，一定程度威胁了使用的安全性。因此，在设计过程中，需要科学布置平、立面，进一步确保桥梁项目的安全性。此外，还要对参数有效规范，最大程度提升经济水平。

参考文献：

[1]冯忠居，冯瑞玲，赵占厂.黄土湿陷性对桥梁桩基承载力的影响[J].交通运输工程学报，2015（9）：23-24.

[2]白琦成.郑西线湿陷性黄土地区桥梁基桩负摩阻力计算探讨[J].铁道技术监督，2015（3）：89-90.

[3]代云山.浅析山区铁路桥梁墩台开挖边坡支挡结构的优化设计[J].科学之友，2016（2）：12.

[4]方根男.桩基设计中桩侧土的负摩阻力问题[J].铁道标准设计，2016（3）：112.