淺談高速鐵路的基礎(chǔ)設(shè)計與路面施工技術(shù)

劉亞男

摘 要：隨著中國在“十二五”期間加大對基礎(chǔ)設(shè)施的建設(shè)力度和加快發(fā)展中西部經(jīng)濟(jì)的宏偉戰(zhàn)略計劃，發(fā)展高鐵是拉動內(nèi)需，帶動地區(qū)發(fā)展，擴(kuò)大生產(chǎn)力的有效途徑，是加強(qiáng)城市間聯(lián)系和交流的最直接方式。武廣高鐵、成渝高鐵通車帶來的巨大經(jīng)濟(jì)效應(yīng)就是最好的例子。高鐵的迅速發(fā)展，出現(xiàn)了很多技術(shù)難題，但對于深埋地下的下部基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)，更是設(shè)計工作的難點(diǎn)中難點(diǎn)，直接關(guān)系到機(jī)車運(yùn)營的安全。我通過在云桂線、長昆線兩條高速鐵路多個橋梁工點(diǎn)的設(shè)計，對橋梁基礎(chǔ)設(shè)計提出一些思考和總結(jié)。隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，水泥混凝土路面也越來越多。本方將從路面施工質(zhì)量的主要因素入手，介紹了原材料、機(jī)械設(shè)備以及施工工藝等實際質(zhì)量控制，深入細(xì)節(jié)，對施工質(zhì)量控制方法進(jìn)行了系統(tǒng)研究。研究表明，從原材料質(zhì)量控制開始，正確的加工方式、合理的機(jī)械配置、成熟的施工工藝，結(jié)合良好的管理模式，是構(gòu)筑水泥混凝土路面質(zhì)量控制系統(tǒng)的必要元素。

關(guān)鍵詞：橋梁設(shè)計；墩臺基礎(chǔ)；設(shè)計規(guī)定；混凝土、質(zhì)量控制

1、橋梁設(shè)計的基本要求

首先，橋梁絕對高程是受整條鐵路線路控制的，而線路的絕對高程是根據(jù)鐵路線路的自然及人文環(huán)境條件所確定的。在山區(qū)中的橋梁要穿越高山峽谷，受自然環(huán)境的影響較大；在城市中的橋梁要滿足使用功能和周圍格局相協(xié)調(diào)的，這就是橋梁設(shè)計的大框架。橋梁的絕對高程確定了，橋梁的孔跨布置、墩臺高度也隨之確定了。梁的標(biāo)準(zhǔn)尺寸有32米、24米兩種規(guī)格，

或者采用大跨度的連續(xù)梁結(jié)構(gòu)，合理的跨度組合是確定孔跨布置的依據(jù)。合理的墩臺高度是指承臺的埋深既不使承臺暴露的大氣中遭到自然界的侵蝕，又能盡量的減少基坑的開挖工作量。接著就要確定下部基礎(chǔ)的形式，或采用明挖擴(kuò)大基礎(chǔ)，或采用樁基礎(chǔ)。當(dāng)下部結(jié)構(gòu)設(shè)計完畢，即是上部架梁（預(yù)制或現(xiàn)澆）、鋪軌，以及附屬設(shè)施的鋪設(shè)、安裝。

2、墩臺基礎(chǔ)設(shè)計的一般規(guī)定

橋梁基礎(chǔ)類型一般采用擴(kuò)大基礎(chǔ)或樁基。基礎(chǔ)基坑開挖深度小于6m且基本承載力≥0.6MPa

的巖石地基，無地下水或地下水較少，方可采用明挖擴(kuò)大基礎(chǔ)，否則采用樁基礎(chǔ)。明挖基礎(chǔ)采用雙層或三層式擴(kuò)大基礎(chǔ)，各層構(gòu)造尺寸應(yīng)滿足《鐵路橋涵地基和基礎(chǔ)設(shè)計規(guī)范》（TB10002.5-2005）第5.3.2條規(guī)定。陡坡地段一般采用樁基礎(chǔ)，以減少基坑開挖深度。樁基地基為軟質(zhì)巖，基本承載力σo≤0.4MPa或極限抗壓強(qiáng)度R≤4MPa，采用摩擦樁，大于上述值采用柱樁。柱樁樁長應(yīng)綜合考慮地質(zhì)條件和施工條件根據(jù)計算確定。對樁徑d=1.0m、d=1.25m的樁基礎(chǔ)，當(dāng)墩高小于20m時，最小樁長不得小于6m，當(dāng)墩高大于等于20m時，最小樁長不得小于8m；對于樁徑≥1.5m的，樁長依據(jù)計算確定。

3、混凝土

樁基承臺厚度含承臺+墊塊厚度）原則上按2倍樁徑選取。一般按墩底邊緣起按35°擴(kuò)散，

混凝土承臺應(yīng)滿足剛性角要求，如果樁間距較大時，可采用增設(shè)墊塊來滿足剛性角要求或采用鋼筋混凝土承臺。采用鋼筋混凝土承臺時，墩臺身距樁基礎(chǔ)邊緣擴(kuò)散角不大于45°。增設(shè)墊塊后并在剛性角滿足要求的前提條件下，墊塊最小襟邊應(yīng)落于墩底外緣和樁頂外緣的連線與承臺頂面的焦點(diǎn)之外并取整。

（1） 橋梁基礎(chǔ)錯臺設(shè)計，當(dāng)基巖承載力σo>0.6MPa結(jié)合地基條件（地質(zhì)構(gòu)造、巖性、產(chǎn)狀等），將切割錯臺線的傾角控制在25°～30°間，錯臺寬度一般不應(yīng)小于1m。當(dāng)巖石基底面傾斜較大而導(dǎo)致基礎(chǔ)一角懸空時可采用加設(shè)墊塊方法。墊塊厚度一般選用1.5m為宜，墊塊長度一般為基底長度的1/2，墊塊較厚需錯臺時，墊塊長度為基底長度的2/3設(shè)置。

（2） 橋梁基礎(chǔ)埋深除按《鐵路橋涵地基和基礎(chǔ)設(shè)計規(guī)范》（TB10002.5-2005）第1.0.9條規(guī)定辦理及滿足地質(zhì)專業(yè)提出的要求外，并應(yīng)滿足：在巖石陡坡地段，基底外側(cè)至巖石安全坡線的最小水平距離：對堅質(zhì)巖石（σo≥0.6Mpa）不小于2.0m，對于軟質(zhì)巖石（σo=0.4～0.6Mpa）不小于

3m，并應(yīng)視其風(fēng)化破碎程度、巖層傾向，地形條件等決定必要的安全距離；對于一般無水的土質(zhì)基底應(yīng)通過檢算決定，一般不應(yīng)小于3m～5m，并注意陡坡是否存在沖刷塌坍危險（以土壤安息角或岸坡穩(wěn)定線控制）。

（3）樁基布置形式：根據(jù)橋跨、墩高、地質(zhì)、地震力等計算確定合理的樁基布置形式，對于墩高相差不大的橋梁，全橋樁基布置宜盡量一致；墩高相差較大的橋梁使樁基協(xié)調(diào)，滿足承載力、線剛度的要求、滿足施工經(jīng)濟(jì)的要求。

（4） 在巖溶發(fā)育地區(qū)處理方式：

1、對于基底下伏溶洞的處理，樁基穿越溶洞并滿足樁底以下底板厚度不小于8m。

2、對有溶洞的樁基礎(chǔ)，一般采用鉆孔樁，對填充溶洞或半填充溶洞，拋填粘土夾片石處理按溶洞體積的2/3計量。其中粘土占1/3計，片石占2/3計。

3、對于采用鉆孔樁的空溶洞，宜采用鋼護(hù)筒跟進(jìn)成孔，計列鋼護(hù)筒個數(shù)（2m/個），若洞壁斜度較大，應(yīng)考慮部分拋填片石數(shù)量。

（5） 位于河槽中的橋梁墩臺基礎(chǔ)，應(yīng)考慮洪水沖刷，確定合理的基礎(chǔ)埋置深度或設(shè)置成高樁承臺。位于水中基礎(chǔ)施工應(yīng)根據(jù)其河道、施工水位、流速及場地等情況分別采用筑島圍堰，鋼板樁圍堰、吊箱鋼圍堰等水中基礎(chǔ)施工方法。

4、墩臺基礎(chǔ)所處的自然條件

由于自然環(huán)境的千變?nèi)f化形成了地貌和地質(zhì)的千差萬別，這就給確定合理的墩臺高度帶來了很大的麻煩，必須經(jīng)過的多方的比較和計算確保在滿足要求的情況下做到最經(jīng)濟(jì)，且便于施工。當(dāng)承臺處于河道、水庫、魚塘、峽谷中時，還要考慮行洪、通航、泥石流、山體滑坡、危巖落石的影響，需要進(jìn)行全方位的可行性方案的評估。墩臺可能位于：山地、農(nóng)田、房屋、道路、河道等環(huán)境中，這是地面的情況，地下可能有溶洞、暗河、斷層、軟弱下臥層等一些列復(fù)雜的地質(zhì)情況，這些給設(shè)計帶來了相當(dāng)大的困難。

5、水泥混凝土路面施工質(zhì)量的控制因素

（1 ）準(zhǔn)備工作

施工復(fù)測對被交道、收費(fèi)站道路中心樁位置、水準(zhǔn)點(diǎn)基點(diǎn)樁及其他測量資料進(jìn)行復(fù)測對控制樁進(jìn)行加固。原材料的準(zhǔn)備集料：質(zhì)地堅硬、清潔、無風(fēng)化針片狀顆粒、含泥量、有機(jī)質(zhì)含量符合規(guī)范要求集料級配符合設(shè)計及規(guī)范要求水泥安定性、細(xì)度模數(shù)、初終凝時間等各項指標(biāo)符合設(shè)計及規(guī)范要求石料：質(zhì)地堅硬、清潔、密實、無風(fēng)化極限抗壓強(qiáng)度等各項物理力學(xué)指標(biāo)符合設(shè)計規(guī)定幾何尺寸等外觀指標(biāo)符合規(guī)范要求。

（2）混凝土配合比

將計劃用于每一處機(jī)械化施工和小型配套機(jī)具施工的混凝土路面的水泥、碎（礫）石、砂、外加劑等材料，在用于工程之前5天，委托中心試驗室按有關(guān)規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)方法要求進(jìn)行原材料試驗和混合料組成配合比設(shè)計，配合比設(shè)計應(yīng)包括混凝土彎拉和抗壓強(qiáng)度、集料級配要求、水灰比、稠度、水泥用量、質(zhì)量控制等細(xì)節(jié)。及時將配合比設(shè)計報告單和總說明報送監(jiān)理工程師認(rèn)可?；炷僚浜媳仍O(shè)計經(jīng)批準(zhǔn)后，立即進(jìn)行試拌。

（3）抽樣檢驗

按有關(guān)規(guī)范要求頻率做抽樣檢驗，制作抗壓和彎拉試件各二組，分別作7天、28天的抗壓、彎拉強(qiáng)度試驗。

（4）混凝土澆筑

1、基層準(zhǔn)備：

在鋪筑水泥混凝土面層前，應(yīng)將基層上的浮石、雜物、塵土等全部

清除，保持表面整潔，并整理排水設(shè)施?；鶎尤缬熊囖H、松軟及其他不符規(guī)定要求的部位。均應(yīng)翻挖、清除，并以同類混合料填補(bǔ)，其壓實厚度不得小于8cm，重新整型、碾壓，并符合密實度的要求。

2、施工機(jī)械準(zhǔn)備：

根據(jù)工程規(guī)模、施工質(zhì)量和進(jìn)度要求，配置合適的施工機(jī)械，其技術(shù)性能應(yīng)滿足混凝土路面施工的要求。并應(yīng)將工地配置的各種施工機(jī)械的名稱、機(jī)型、規(guī)格、數(shù)量等，列表報監(jiān)理工程師認(rèn)可。

3、模板以鋼板材料制成，并配有合適的裝置以保證模板連接牢固可靠，使在澆注混凝土?xí)r能經(jīng)受搗實和飾面設(shè)備的沖擊和振動。模板安裝應(yīng)順直，無扭曲；相鄰鋼模應(yīng)平頭鎖接方式緊密聯(lián)接，不得漏漿；模板接縫在任何方向都應(yīng)不能活動。模板高度應(yīng)與混凝土路面厚度相同，誤差為+0，-5mm。 用于脹縫和施工縫的模板，根據(jù)傳力桿和拉桿的設(shè)計位置放樣鉆孔。模板接縫在任何方向都應(yīng)不能活動。模板高度應(yīng)與混凝土路面厚度相同，誤差為+0，-5mm。用于脹縫和施工縫的模板，根據(jù)傳力桿和拉桿的設(shè)計位置放樣鉆孔。模板在整個長度完全緊壓在基層上，并正確地按完成后的路面邊緣要求的坡度和縱向安置。模板要徹底清掃干凈，并在每次澆注混凝土之前涂隔離劑。

4、鋼筋設(shè)置：

鋼筋網(wǎng)片、角隅鋼筋、邊緣鋼筋的安設(shè)，均要符合有關(guān)規(guī)范的規(guī)定。

6、小結(jié)

通過以上各部分內(nèi)容的介紹，對于常規(guī)橋梁基礎(chǔ)設(shè)計有了一定的了解。橋梁設(shè)計的時候要綜合以上各種因素，考慮周全，才能設(shè)計出優(yōu)秀的工程。高速橋梁下部基礎(chǔ)設(shè)計是橋梁結(jié)構(gòu)安全的重要保障，只有下部結(jié)構(gòu)設(shè)計安全、合理，才能保證列車運(yùn)行的安全。