偃師特大橋濕陷性黃土地基處理

李義發(fā)

(中鐵第四勘察設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司　武漢　430063)

偃師特大橋濕陷性黃土地基處理

李義發(fā)

(中鐵第四勘察設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司武漢430063)

摘要針對(duì)濕陷性黃土的特殊性質(zhì)，闡述了濕陷性機(jī)理和工程危害。根據(jù)偃師特大橋橋址的工程地質(zhì)條件，結(jié)合上部結(jié)構(gòu)的形式和受力特點(diǎn)，參考已有的濕陷性黃土地基處理方法，介紹了偃師特大橋濕陷性黃土地基的樁基處理措施。

關(guān)鍵詞濕陷性黃土特大橋處理方法

我國是世界上黃土分布面積最廣、厚度最大、成因類型最復(fù)雜、地層層序最完整的國家。我國科技人員經(jīng)過長(zhǎng)期的研究和實(shí)踐，在黃土地基處理、地質(zhì)災(zāi)害防治等方面取得了很多研究成果，為濕陷性黃土區(qū)鐵路工程的設(shè)計(jì)和施工積累了經(jīng)驗(yàn)[1]。受技術(shù)經(jīng)濟(jì)條件的限制，早期修建的黃土區(qū)鐵路建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)普遍較低，在施工和運(yùn)營中出現(xiàn)了一些問題。鐵路客運(yùn)專線建設(shè)對(duì)濕陷性黃土地區(qū)鐵路工程技術(shù)提出了更高的要求，如何針對(duì)濕陷性黃土的特殊工程性質(zhì)采取可靠的工程措施以確保基礎(chǔ)工程的安全穩(wěn)定，是濕陷性黃土地區(qū)客運(yùn)專線建設(shè)必須解決的技術(shù)難題。

1濕陷性黃土概述

1.1　濕陷性機(jī)理

關(guān)于黃土濕陷機(jī)理，有多重見解，主要有2大類：一是加固凝聚力降低或消失的假說，其理論基礎(chǔ)是認(rèn)為水膜楔入作用和膠結(jié)物溶解作用下，加固凝聚力破壞，同時(shí)結(jié)構(gòu)也破壞；二是粘土顆粒膨脹和土粒間抗剪強(qiáng)度突然降低的假說，它指出粘土顆粒表面吸附水的增多導(dǎo)致粘土發(fā)生膨脹，必然也將使顆粒骨架分開，結(jié)構(gòu)強(qiáng)度破壞而產(chǎn)生濕陷[2]。無論哪一種假說都從不同側(cè)面說明了黃土產(chǎn)生濕陷的原因是黃土內(nèi)部固有的特殊因素和外界適當(dāng)?shù)臈l件共同作用的結(jié)果。內(nèi)部因素主要指它的特殊粒狀架空結(jié)構(gòu)及特殊組成部分，外界條件是指水和力的作用。

1.2　工程危害

濕陷黃土是一種非飽和的欠壓密土, 具有大孔和垂直節(jié)理,在天然濕度下, 其壓縮性低, 強(qiáng)度高, 但遇水浸濕時(shí), 土的強(qiáng)度顯著降低, 在附加壓力或在附加壓力與土的自重壓力下引起的濕陷形, 是一種下沉量大、下沉速度快的失穩(wěn)變形。黃土的濕陷性可能產(chǎn)生較大的工后沉降，不僅影響線路的穩(wěn)定平順, 也會(huì)引起結(jié)構(gòu)的附加內(nèi)力，降低結(jié)構(gòu)的承載能力，危害列車的高速、安全運(yùn)行。

1.3　濕陷等級(jí)

濕陷性黃土地基的濕陷等級(jí)，可根據(jù)地基總濕陷量Δs和計(jì)算自重濕陷量Δzs綜合，按表1[3]判定。

表1　濕陷性黃土地基的濕陷等級(jí)

2鐵路橋梁樁基礎(chǔ)設(shè)計(jì)要點(diǎn)

2.1　端承樁和摩擦樁的選擇

鐵路橋梁樁基礎(chǔ)中的常用類型有摩擦樁及端承樁2種。端承樁與摩擦樁的選擇主要根據(jù)地質(zhì)和受力情況確定,端承樁容許承載力高,沉降量小,安全可靠。當(dāng)基巖面較淺時(shí),首選端承樁基礎(chǔ),樁長(zhǎng)較短、承載力富余值高、圬工量小[4]。當(dāng)基本承載力較高的新鮮巖面埋置較深時(shí)，則可采用摩擦樁，但在同一個(gè)墩臺(tái)的樁基礎(chǔ)中不宜同時(shí)采用端承樁和摩擦樁,以避免整個(gè)基礎(chǔ)產(chǎn)生不均勻沉降，導(dǎo)致歪斜、失穩(wěn)，進(jìn)而造成永久性病害及安全隱患,嚴(yán)重威脅正常運(yùn)營。選擇樁基礎(chǔ)類型時(shí)應(yīng)依據(jù)地質(zhì)報(bào)告及橋址處鉆孔巖心鑒定表對(duì)墩臺(tái)位置處的地質(zhì)條件進(jìn)行準(zhǔn)確的判斷,大致確定用摩擦樁還是端承樁。鑒于個(gè)別基礎(chǔ)底部巖層屬于強(qiáng)風(fēng)化層,按摩擦樁設(shè)計(jì)的安全性要明顯優(yōu)于端承樁,故大致確定樁型后還應(yīng)準(zhǔn)確判定樁底持力層為土質(zhì)還是巖層,若為巖層還應(yīng)按照巖層有無風(fēng)化、風(fēng)化等級(jí)、軟硬程度、巖石軸心抗壓強(qiáng)度數(shù)值等,最終選擇出采用摩擦樁還是端承樁。

2.2　樁基負(fù)摩擦力問題

濕陷性黃土中的樁基，當(dāng)?shù)鼗畷r(shí)樁周土?xí)l(fā)生濕陷，樁土之間形成相對(duì)位移，地基土的沉降常大于樁身的變形，在樁周表面產(chǎn)生向下的負(fù)摩擦力,見圖1，與設(shè)計(jì)荷載疊加，增大了樁基的豎向荷載，影響結(jié)構(gòu)的使用安全[5]。

圖1　樁的正負(fù)摩阻力

負(fù)摩擦力既與樁土間的相對(duì)濕陷量大小有關(guān)，還受地基浸水范圍、浸水時(shí)間和浸水方式的影響，一般通過現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)確定。自重濕陷性黃土浸水后濕陷強(qiáng)烈，樁基的負(fù)摩擦力問題尤為突出。在確定自重濕陷性黃土場(chǎng)地的樁基承載力時(shí),除不計(jì)算濕陷性土層范圍內(nèi)的樁周正摩擦力外,還要扣除樁側(cè)的負(fù)摩擦力。為提高樁基的安全性，負(fù)摩擦力的計(jì)算深度,通常取整個(gè)濕陷性土層的厚度。

3偃師特大橋濕陷性黃土地基處理

3.1　工程概況

偃師特大橋位于河南省洛陽市及偃師市境內(nèi)，起點(diǎn)為DK90+819.59，終點(diǎn)為DK119+395.37，全長(zhǎng)28 575.78 m。

橋址處分布的砂質(zhì)黃土局部具濕陷性，濕陷系數(shù)范圍值為0.017～0.070，局部具自重濕陷性，最大濕陷厚度18 m。DK91+012～DK97+000段為自重濕陷性場(chǎng)地，濕陷等級(jí)為中等～很嚴(yán)重(II級(jí)～I(xiàn)V級(jí))；DK97+000～DK104+000段為濕陷性場(chǎng)地，濕陷等級(jí)為輕微～中等(I級(jí)～

II級(jí))，局部為非濕陷性場(chǎng)地；DK104+000～DK110+278為自重濕陷性場(chǎng)地，濕陷等級(jí)為輕微～中等(II級(jí)～I(xiàn)II級(jí))，局部為非濕陷性場(chǎng)地。橋址區(qū)地下水位以下黃土不具濕陷性。

3.2　偃師特大橋基礎(chǔ)設(shè)計(jì)

全橋除個(gè)別地段地質(zhì)條件好采用擴(kuò)大基礎(chǔ)外，其余均采用直徑1.0~1.5 m鉆孔樁基礎(chǔ)。樁基礎(chǔ)主筋(豎向筋)的配筋率不小于0.5%。承臺(tái)底3倍樁徑范圍內(nèi)的箍筋采用HRB335級(jí)鋼筋，直徑不小于12 mm，間距為10 cm。樁基縱向鋼筋應(yīng)設(shè)置定位鋼筋,沿樁身每2 m處設(shè)置,每個(gè)截面8處,均勻布置。采用HRB335級(jí)鋼筋,直徑不小于16 mm。當(dāng)摩擦樁樁長(zhǎng)小于等于30 m，按通長(zhǎng)配筋;摩擦樁樁長(zhǎng)大于30 m，配筋長(zhǎng)度按計(jì)算確定，但配筋長(zhǎng)度不小于30 m,1/3的主筋通長(zhǎng)配筋。主筋直徑20 mm。

在濕陷性黃土中采用樁基礎(chǔ)，樁基礎(chǔ)應(yīng)穿過濕陷性土層伸入非濕陷性土層內(nèi)適當(dāng)深度，應(yīng)計(jì)算濕陷性土層對(duì)樁身產(chǎn)生的負(fù)摩擦。位于濕陷性黃土地區(qū)的樁基，摩擦樁樁基的配筋長(zhǎng)度L1應(yīng)為：

(1)

式中：α為基礎(chǔ)變形系數(shù)，h為濕陷性黃土的厚度。濕陷性黃土各項(xiàng)指標(biāo)取值見表2。

表2　濕陷性黃土取值

端承樁或持力層為巖石、卵石時(shí)，樁基通長(zhǎng)配筋。在濕陷性黃土場(chǎng)地的橋梁，要做好橋下的排水設(shè)計(jì)?；A(chǔ)全部采用鉆孔樁施工，鉆孔樁的施工工藝和鋼護(hù)筒的長(zhǎng)度需根據(jù)地質(zhì)特點(diǎn)，采用特殊的技術(shù)措施。

4結(jié)語

本文介紹了濕陷性黃土的濕陷性機(jī)理、工程危害和濕陷性等級(jí)劃分標(biāo)準(zhǔn)。針對(duì)偃師特大橋的濕陷性黃土地基采用了樁基處理方法。從樁基形式的選擇、樁基的配筋、樁基的負(fù)摩擦力3個(gè)方面闡述了樁基設(shè)計(jì)的要點(diǎn)。對(duì)偃師特大橋的樁基配筋進(jìn)行優(yōu)化以滿足受力，也能對(duì)相同地質(zhì)條件下的鐵路客運(yùn)專線樁基設(shè)計(jì)提供參考。

參考文獻(xiàn)

[1]錢征宇.濕陷性黃土地區(qū)鐵路的主要技術(shù)問題及其工程措施[J]．中國鐵路，2006(2)：28-32．

[2]柳墩利.高速鐵路濕陷性黃土地基處理試驗(yàn)研究[D].北京：中國鐵道科學(xué)研究院，2012．

[3]TB10002.5-2005鐵路橋涵地基和基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范[S]．北京：中國鐵道出版社，2005．

[4]姬偉力.高速鐵路橋梁鉆孔樁基礎(chǔ)設(shè)計(jì)[J].鐵道標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)，2014，58(1)：76-79．

[5]何頤華,閔連太.濕陷性黃土地基樁的負(fù)摩擦力問題[J].建筑結(jié)構(gòu)學(xué)報(bào)，1982(6)：69-77．

Treatment for Collapsible Loess Foundation of Yanshi Extra Large Bridge

LiYifa

(China Railway Siyuan Survey and Design Group Co., Ltd., Wuhan 430063, China)

Abstract：According to the special properties of collapsible loess, the mechanism of collapsible loess and its engineering hazard are expounded in this paper. On the basis of the geological conditions of Yanshi extra large bridge, combing with the style and the loads of the upper structure, referring to the existing treatment methods of collapsible loess foundation, the pile treatment for collapsible loess foundation of Yanshi extra large bridge is introduced.

Key words:collapsible loess; extra large bridge; treatment

收稿日期：2014-12-22

DOI 10.3963/j.issn.1671-7570.2015.03.014