錨固樁的檢算及施工

趙 鳳

1 錨固樁在鐵路既有線橋涵接長中的應(yīng)用

隨著鐵路技術(shù)和經(jīng)濟(jì)的發(fā)展,既有的單線鐵路和小半徑區(qū)段已經(jīng)不能滿足經(jīng)濟(jì)的發(fā)展,電氣化雙線鐵路和高速重載鐵路已經(jīng)成為主流,這樣在對(duì)既有線路電氣化改造和重載鐵路改造中需要對(duì)既有的橋涵加長。路基大多數(shù)采用強(qiáng)風(fēng)化的巖石碎塊作為填料,路基強(qiáng)度高、剛度大,但土體粘聚力差,在高速重載列車運(yùn)行時(shí)產(chǎn)生的強(qiáng)烈振感下,開挖暴露面如沒有強(qiáng)有力的防護(hù),路基本體極易坍塌,加之一般橋涵施工周期2周～4周,在此期間內(nèi),土體側(cè)向變形一直在發(fā)展,對(duì)擋護(hù)結(jié)構(gòu)一直在增加,而重載鐵路的軌道下沉量不應(yīng)大于2 mm,所以不允許防護(hù)結(jié)構(gòu)發(fā)生位移或偏轉(zhuǎn)。

錨固樁是工程中用來對(duì)有滑坡可能的高路塹進(jìn)行預(yù)加固的一種方式,樁身錨入地面一定深度,在土壓力的作用下,樁身懸臂端頂部只產(chǎn)生很小的水平位移,就有效遏止了土體變形的發(fā)展。橋涵接長中采用錨固樁也是將樁身錨入基底以下,樁身懸臂端承受路基土體側(cè)向壓力以及列車經(jīng)過時(shí)產(chǎn)生的側(cè)向壓力。在計(jì)算土壓力時(shí),按主動(dòng)土壓力公式進(jìn)行計(jì)算,主動(dòng)土壓是防護(hù)結(jié)構(gòu)發(fā)生一定變形時(shí)的極限土壓力;而錨固樁限制了土體側(cè)向變形發(fā)展也就是減小了土的壓力。

2 錨固樁的檢算

2.1 原則及理論依據(jù)

錨固樁是將樁身錨入基底以下,樁身懸臂端承受路基土體側(cè)向壓力以及列車經(jīng)過時(shí)產(chǎn)生的側(cè)向壓力。在計(jì)算土壓力時(shí),按主動(dòng)土壓力公式進(jìn)行計(jì)算,主動(dòng)土壓是防護(hù)結(jié)構(gòu)發(fā)生一定變形時(shí)的極限土壓力;而錨固樁限制了土體側(cè)向變形發(fā)展也就是減小了土的壓力。錨固原則為錨入基底以下長度大于外露長度的0.85倍,按鋼筋混凝土樁設(shè)計(jì)。在這里我們以大秦鐵路某橋涵接長施工來舉例說明錨固樁的檢算過程,防護(hù)樁施工采用錨固式防護(hù)樁進(jìn)行施工。在一般情況下,防護(hù)樁按φ 1.20 m的混凝土樁設(shè)置,混凝土強(qiáng)度C20,采用Ⅱ級(jí)鋼筋。挖孔樁施工,C30鋼筋混凝土護(hù)壁,綁扎鋼筋后澆筑混凝土。

2.2 檢算過程

2.2.1 防護(hù)樁Z1檢算

本次按最大樁身外露5.8 m計(jì)算,具體布置及樁身長度見圖1。

1)主動(dòng)土壓力計(jì)算:

φ=30,r=18 kN/m3。

Ea=1/2×r×ka×h2=0.5×18×[tan(45°-φ/2)]2×5.82=100.9 kN/m。

作用寬度取1.7 m,p=100.9×1.7=171.5 kN。

作用點(diǎn)距基底h/3。

彎矩 M1=171.5×5.8/3=331.6 kN?m。

剪力Q1=171.5 kN。

2)列車活載產(chǎn)生側(cè)向壓力。

按中荷載計(jì)算(擴(kuò)散按45°考慮,道碴厚度取35 cm,枕木長度2.6 m):

分布于路基上壓力為:q=5×220÷[(2.6+0.35×2)×(6+2×0.35)]=49.8 kN/m2。

傳遞于樁身壓力為k2a×q=16.4 kN/m2,考慮列車動(dòng)力作用取15 kN/m2。

作用寬度取1.7 m,p=0.333 333×49.8×5.8×1.7=163.7 kN。

作用點(diǎn)距基底為h/2。

彎矩 M2=p×h/2=474.7 kN?m。

剪力Q2=163.7 kN。

總彎矩 ∑M=M1+M2=806.3 kN?m。

總剪力 ∑Q=Q1+Q2=335.2 kN。

3)配筋計(jì)算。

由于考慮施工方便,施工采用圓樁,計(jì)算時(shí)將樁身簡化為100 cm×100 cm的樁身,保護(hù)層為3 cm,h0=970 mm。

系數(shù) as=M/fcbh02=806 300 000/(9.6×1 000×9702)=0.089。

系數(shù)§=1-(1-2as)1/2=0.09。

配筋率ρ=§(fc/fy)=0.09×(9.6÷300)=0.002 8。

鋼筋截面積 AS=ρ×b×h0=2 793.6 mm2,取 6φ 25,AS=2 943 mm2,間距8 cm,采用通長配筋。

遠(yuǎn)離線路一側(cè)配置2根φ 14 mm鋼筋,間距50 cm,兩側(cè)空余處布置12根φ 14 mm鋼筋,間距20 cm。樁身抗剪計(jì)算:樁身抗剪能力:

混凝土抗剪滿足要求。

按構(gòu)造配筋φ 8@200 mm。

混凝土樁身與既有橋身間有40 cm空隙,為防止列車高速運(yùn)行時(shí)邊坡土體垮塌,采用15 cm厚鋼筋混凝土予以封閉,鋼筋錨入樁身內(nèi)30 cm。

2.2.2 防護(hù)樁Z2檢算

由于防護(hù)樁外露平均高度僅為2 m,土壓力較小,列車活載側(cè)向壓力按45°擴(kuò)散,樁身距活載分布邊緣1.25 m,側(cè)向壓力高度為0.75 m。樁身錨入深度4 m,可按構(gòu)造配筋,靠線路側(cè)布置3根φ 14,遠(yuǎn)離線路側(cè)為 2 根 φ 12。

3 錨固樁的施工

3.1 定位

定位時(shí)如地下線纜不能遷移時(shí)則對(duì)樁位進(jìn)行調(diào)整,如調(diào)整度為5 cm左右,可不需重新檢驗(yàn)。如調(diào)整量較大,則必須重新調(diào)整。

3.2 挖孔

按一般的挖孔樁進(jìn)行開挖,開挖中對(duì)樁孔周邊土體采用現(xiàn)澆混凝土進(jìn)行護(hù)壁,護(hù)壁厚度10 cm,配筋為環(huán)形φ 8@200,豎向筋4φ 6不變,如線路中心距離小于 3 m,護(hù)壁應(yīng)加厚 12 cm,配筋為φ 10@200豎向筋不變,護(hù)壁混凝土采用C20混凝土現(xiàn)場(chǎng)拌制,混凝土中加入早強(qiáng)劑。護(hù)壁澆筑后內(nèi)模間加入十字木撐,以防止孔壁坍塌,水位線以下開挖時(shí)如滲水比較小,可采用機(jī)械排水,邊挖邊抽水,如滲水較大,可采用管井降水,將水位降至孔底以下。

3.3 樁身施工

樁身按錨固面處彎矩配置受彎鋼筋。由于由錨固面至樁頂彎矩遞減為0,所以樁身受彎鋼筋采用部分鋼筋分段配筋,以節(jié)省材料。樁身混凝土受剪一般情況下均滿足要求,但為防止樁身混凝土澆筑時(shí)的意外情況及增強(qiáng)抗剪性能按φ 8@200構(gòu)造配筋。

樁身鋼筋采用地面加工焊接孔內(nèi)綁扎,樁身混凝土采用拌合站混凝土,汽車泵導(dǎo)入孔內(nèi)機(jī)械振搗密實(shí)。

3.4 樁間土防護(hù)

防護(hù)樁樁身間距凈距50 cm～70 cm。由于樁身為圓形,夾制了樁后土體。澆筑樁身混凝土前,由樁身內(nèi)伸出φ 14鋼筋,該鋼筋錨入樁身50 cm。澆筑樁身混凝土?xí)r必須將此鋼筋剔除,清理干凈,與樁身混凝土結(jié)合為一體。為提高樁間土穩(wěn)定性,雨期采用防水材料,對(duì)樁間土進(jìn)行覆蓋,以防雨水浸泡土體。

4 安全監(jiān)測(cè)

防護(hù)樁混凝土澆筑10 d后,方可開始開挖橋涵基坑,安全監(jiān)察人員應(yīng)經(jīng)常對(duì)防護(hù)樁及防護(hù)樁路基進(jìn)行監(jiān)測(cè)并記錄入本,現(xiàn)場(chǎng)需準(zhǔn)備編織袋、方木、鋼管等搶險(xiǎn)物資,以滿足應(yīng)急之需。

5 結(jié)語

錨固樁的施工方法較多,這里僅介紹了挖孔樁的施工方法,而且根據(jù)地質(zhì)和水文條件的不同,在施工方法和工藝選擇上比較靈活。