斯里蘭卡鐵路摩擦樁設(shè)計(jì)

王青太

(中鐵第五勘察設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司，北京 102600)

1 概述

目前，海外項(xiàng)目日益增多，要求設(shè)計(jì)人員在熟練運(yùn)用國(guó)內(nèi)規(guī)范的同時(shí)，掌握相關(guān)的國(guó)外規(guī)范。在斯里蘭卡鐵路設(shè)計(jì)中，深入研究了斯里蘭卡規(guī)范和英國(guó)標(biāo)準(zhǔn)，關(guān)于摩擦樁基礎(chǔ)設(shè)計(jì)的內(nèi)容提出幾點(diǎn)建議，整理總結(jié)如下。

2 摩擦樁基礎(chǔ)設(shè)計(jì)

以斯里蘭卡鐵路某橋5 號(hào)橋墩為例，分析、總結(jié)斯里蘭卡項(xiàng)目摩擦樁設(shè)計(jì)思路及內(nèi)容。

2.1 樁基布置

2.1.1 設(shè)計(jì)依據(jù)

根據(jù)BS 8004，7.3.4.2 條，樁基礎(chǔ)最小樁間距確定如下:對(duì)于摩擦樁，樁的中心距離應(yīng)不小于3 倍樁身最小寬度。

2.1.2 5 號(hào)橋墩樁基礎(chǔ)布置形式

材料:承臺(tái)及鉆孔樁均采用C30 混凝土。橋梁跨度及式樣:跨度20 m 等跨道砟橋面后張預(yù)應(yīng)力混凝土梁;梁全長(zhǎng)20.6 m;每孔梁重G=1 574.5 kN，線路設(shè)備重83.404 kN/m。線路資料:單線，位于直線上。橋墩形式:采用圓端形實(shí)體橋墩，凈墩高h(yuǎn)=1 m。地質(zhì)條件:橋址區(qū)地層簡(jiǎn)單，下伏片麻巖，中風(fēng)化片麻巖為良好的地基持力層。5 號(hào)橋墩樁基礎(chǔ)，采用四根圓形摩擦樁，樁徑1.0 m，順橋向兩列布置，間距2.8 m，橫橋向兩列布置，間距3.8 m，樁中心至承臺(tái)邊緣距離取1.05 m。樁長(zhǎng)31 m。5 號(hào)橋墩樁基礎(chǔ)布置見(jiàn)圖1。

圖1 5 號(hào)橋墩樁基礎(chǔ)布置圖

2.2 樁基承載力的設(shè)計(jì)荷載

根據(jù)BS 8004，2.3.2.4.4 和BS 5400—2，4.7.1 條規(guī)定，采用BS 5400—2 中規(guī)定的荷載組合(取γfL=1 且γf3=1)，作為檢算樁基礎(chǔ)承載力的設(shè)計(jì)荷載。

采用“m”法模擬樁土相互作用，分析計(jì)算得到單樁樁頭軸向設(shè)計(jì)荷載，見(jiàn)表1。

表1 單樁樁頭力設(shè)計(jì)荷載

2.3 樁基承載能力檢算

2.3.1 檢算原理及公式

根據(jù)斯里蘭卡-15，6.2 節(jié)規(guī)定，摩擦樁單樁容許承載力公式如下:

1)根據(jù)BS 8004，7.5.3 規(guī)定，由土樣實(shí)驗(yàn)所得參數(shù)計(jì)算樁基承載能力。計(jì)算公式如下:

式中:Q——單樁容許承載能力，kN;

q——地基土極限承載力，kPa;

Ab——基礎(chǔ)底面積，m2;

f——樁側(cè)平均極限摩阻力，kPa;

As——樁身面積，m2。

2)根據(jù)斯里蘭卡-15 號(hào)文，6.1 條規(guī)定，樁基承載能力取下列兩個(gè)公式計(jì)算結(jié)果的較小值:

式中:Pall——單樁容許承載能力，kN;

qu——樁底土極限強(qiáng)度，kPa;

Ab——樁底面積，m2;

fu——極限側(cè)摩阻，kPa;

As——樁身表面積，m2。

綜合考慮上述的規(guī)范條文和參考資料，本設(shè)計(jì)采用斯里蘭卡-15 號(hào)文，規(guī)定的公式估算單根摩擦樁容許承載力。即:

式中:Pall——容許承載能力，kN;

qu——樁底土極限強(qiáng)度，kPa;

Ab——樁底面積，m2;

fu——極限側(cè)摩阻，kPa;

As——樁身表面積，m2。

2.3.2 5 號(hào)橋墩土層參數(shù)

樁基礎(chǔ)土層參數(shù)見(jiàn)表2。

表2 樁基礎(chǔ)土層參數(shù)

2.3.3 5 號(hào)橋墩單樁容許承載能力

抗壓承載能力，檢算判別條件為:

其中，QP為單樁抗壓承載能力，kN;Wpile為樁身自重，kN;P 為樁頭力設(shè)計(jì)值，kN。

根據(jù)前述內(nèi)容，5 號(hào)橋墩樁基礎(chǔ)承載能力檢算結(jié)果見(jiàn)表3。

2.4 樁身材料強(qiáng)度檢算

表3 5 號(hào)橋墩樁基礎(chǔ)承載能力檢算結(jié)果 kN

2.4.1 樁身材料強(qiáng)度檢算結(jié)果

由本算單相關(guān)內(nèi)容得到單樁樁頭控制豎向設(shè)計(jì)荷載和樁身等效截面參數(shù)，以及樁身強(qiáng)度檢算結(jié)果(見(jiàn)表4)。

表4 樁身強(qiáng)度檢算結(jié)果

2.4.2 檢算結(jié)果

由本算單相關(guān)內(nèi)容知，5 號(hào)橋墩樁基礎(chǔ)，采用四根圓形摩擦樁，樁徑1.0 m，順橋向兩列布置，樁間距2.8 m，橫橋向兩列布置，樁間距3.8 m，設(shè)計(jì)合理且滿足相關(guān)規(guī)范要求。

3 摩擦樁設(shè)計(jì)異同

3.1 相同點(diǎn)

樁基設(shè)計(jì)荷載均采用組合系數(shù)為“1”的荷載組合;單樁容許承載力公式及原理，與國(guó)標(biāo)基本相同;單樁抗壓設(shè)計(jì)承載能力檢算公式相同，均為“摩擦樁樁頂承受的軸向壓力加上樁身自重與樁身入土部分所占同體積土中之差，不得大于單樁容許承載力”。

3.2 不同點(diǎn)

摩擦樁樁中心最小樁間距要求，國(guó)標(biāo)為“大于等于2.5 倍樁徑”，斯里蘭卡規(guī)范為“大于等于3 倍樁徑”;樁身截面承載力檢算，英標(biāo)原理為極限狀態(tài)法，國(guó)標(biāo)原理為容許應(yīng)力法。

4 總結(jié)及建議

1)由文中分析知，摩擦樁設(shè)計(jì)中，國(guó)標(biāo)和斯里蘭卡規(guī)范較為相似，故在設(shè)計(jì)工作中，可先用國(guó)內(nèi)成熟的鐵路設(shè)計(jì)軟件，按國(guó)標(biāo)相關(guān)要求設(shè)計(jì)，再按斯里蘭卡規(guī)范檢算復(fù)核設(shè)計(jì)結(jié)果，可大幅提高設(shè)計(jì)效率和正確率。

2)摩擦樁截面承載力檢算，按斯里蘭卡規(guī)范要求設(shè)計(jì)，得到配筋結(jié)果比國(guó)標(biāo)現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)偏大。

［1］BS 5400—4，混凝土橋設(shè)計(jì)規(guī)范［S］.

［2］BS 8004，基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范［S］.

［3］ICTAD/DEV/15，斯里蘭卡樁基規(guī)范［S］.

［4］JTG D62—2004，公路鋼筋混凝土及預(yù)應(yīng)力混凝土橋涵設(shè)計(jì)規(guī)范［S］.

［5］TB 10002.3—2005，鐵路橋涵鋼筋混凝土和預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范［S］.

［6］王青太.BS 5400 規(guī)范中大偏心受壓短柱極限承載能力計(jì)算［J］.山西建筑，2011，37(29):48-50.