摘要：鐵路橋梁樁基設(shè)計(jì)直接關(guān)系到鐵路橋梁施工質(zhì)量和工程造價(jià)。本文主要就鐵路橋梁樁基設(shè)計(jì)中的一些問題進(jìn)行初步探討。

　　關(guān)鍵詞：鐵路工程師論文發(fā)表,發(fā)表論文期刊網(wǎng),鐵路,橋梁樁基設(shè)計(jì),問題

　　根據(jù)2008年國(guó)務(wù)院調(diào)整的《中長(zhǎng)期鐵路網(wǎng)規(guī)劃》，到2020年全國(guó)鐵路營(yíng)業(yè)里程達(dá)到12萬km以上，建設(shè)客運(yùn)專線1.6萬km以上。2010年底全國(guó)鐵路營(yíng)業(yè)里程達(dá)到9󰀁1萬km，我國(guó)已投入運(yùn)營(yíng)的高速鐵路8358km。因此，可以預(yù)見未來10年我國(guó)高速鐵路建設(shè)任務(wù)重大、高速鐵路營(yíng)業(yè)里程日新月異。高速鐵路由于具有高速度、高舒適性、高安全性、高密度連續(xù)運(yùn)營(yíng)等特點(diǎn)，對(duì)其土建工程提出了極其嚴(yán)格的要求。由于速度大幅提高，高速列車對(duì)橋梁結(jié)構(gòu)的動(dòng)力作用遠(yuǎn)大于普通鐵路橋梁，橋梁出現(xiàn)較大撓度會(huì)直接影響橋上軌道平順性，造成結(jié)構(gòu)物承受很大沖擊力，旅客舒適度受到嚴(yán)重影響，軌道狀態(tài)不能保持穩(wěn)定，甚至危及列車運(yùn)行安全。這些都對(duì)橋梁結(jié)構(gòu)的剛度和整體性提出了嚴(yán)格的要求。因此，其設(shè)計(jì)是否得當(dāng)，對(duì)工程造價(jià)、質(zhì)量、工期及使用影響很大。本文主要對(duì)橋梁設(shè)計(jì)過程中應(yīng)注意的問題做了初步的探討。

　　一、應(yīng)正確區(qū)分端承樁和摩擦樁等樁基類型

　　在鐵路橋梁設(shè)計(jì)中，凡嵌巖樁必為端承樁，凡端承樁均不考慮土層側(cè)阻力。實(shí)際上，大量現(xiàn)場(chǎng)結(jié)果表明：樁側(cè)阻力、端阻力的發(fā)揮性狀與上覆土層的性質(zhì)和厚度、樁長(zhǎng)徑比、嵌入基巖性質(zhì)和嵌巖深徑比、樁底沉渣厚度等因素有關(guān)。

　　一般情況下，上覆土層的側(cè)阻力是可以發(fā)揮的，而且隨著長(zhǎng)徑比l/d的增大，側(cè)阻力也相應(yīng)增大;只有短粗的人工挖孔嵌巖樁，端阻力先于土層側(cè)阻力發(fā)揮，端阻力對(duì)樁的承載力起主要作用，屬端承樁。對(duì)l/d>15-20的泥漿護(hù)壁鉆(沖)孔嵌巖樁，無論是嵌入風(fēng)化巖還是完整基巖中，樁側(cè)阻力均先于端阻力發(fā)揮，表現(xiàn)出明顯的摩擦型。對(duì)于l/d≥40，且覆蓋土層不屬于軟弱土，嵌巖樁端的承載作用較小，此時(shí)樁基受力狀態(tài)為摩擦樁，樁端嵌入強(qiáng)風(fēng)化或中風(fēng)化巖層中即可。在某些地區(qū)，泥質(zhì)軟巖嵌巖灌注樁l/d>45時(shí)，嵌巖段總阻力占總荷載比例小于20%;l/d>60時(shí)，嵌巖段端阻力占總荷載比例小于5%。究其原因，一方面由于嵌巖樁樁身的彈性壓縮，導(dǎo)致樁頂沉降，這個(gè)彈性壓縮量引發(fā)了樁周土體的剪應(yīng)力，也即是土對(duì)樁的摩阻力。另一方面，鉆孔樁的孔底殘留的沉渣，形成一個(gè)可壓縮的軟墊，至使樁底也會(huì)產(chǎn)生沉降，這一沉降和上述樁本身的壓縮導(dǎo)致樁身與土體、嵌巖段樁身與巖體產(chǎn)生相對(duì)位移，從而產(chǎn)生側(cè)阻力。而這種樁身彈性壓縮和樁底沉降是隨著長(zhǎng)徑比l/d的增大而增大的，因而導(dǎo)致摩擦力和側(cè)阻力的增大。

　　由此可見，端承樁和摩擦樁的區(qū)分，不能單純從是否嵌巖來區(qū)分，要考慮上覆土層的性質(zhì)和厚度、樁長(zhǎng)徑比、嵌入基巖性質(zhì)、嵌巖深徑比和樁底沉渣厚度等因素。

　　二、應(yīng)科學(xué)計(jì)算樁基承載力

　　樁基承載力的計(jì)算是橋梁設(shè)計(jì)的重要內(nèi)容。支承在基巖上或嵌入基巖內(nèi)的鉆(挖)樁，其單樁軸向受壓容許承載力[[P]，可按下式計(jì)算：

　　[P]=(c1A+c2U h)Ra

　　Ra——天然濕度的巖石單軸極限抗壓強(qiáng)度

　　h——樁嵌入基巖深度，不包括風(fēng)化層。

　　U——樁嵌入基巖部分的橫截面周長(zhǎng)，按設(shè)計(jì)直徑計(jì)算。

　　A——樁底截面面積

　　c1、c2——根據(jù)清孔情況、巖石破碎程度等因素確定的系數(shù)。 、

　　公式表明：嵌巖樁的單樁軸向受壓容許承載力[P]，僅取決于樁底處巖石的強(qiáng)度和嵌入基巖的深度，以及清孔情況、巖石破碎程度等因素。根據(jù)規(guī)范描述，通常認(rèn)為只要是嵌巖樁，就是端承樁，就適用于這個(gè)公式。實(shí)際上，只有在嵌巖樁在清孔絕對(duì)干凈，樁底處于理想支撐，樁底巖石完整且強(qiáng)度很高時(shí)，樁的豎向位移很微小，樁基才表現(xiàn)為典型的端承樁，公式的使用是無可爭(zhēng)議的。實(shí)際工程中，只有當(dāng)樁基長(zhǎng)徑比較小，土層側(cè)阻力占比例不大時(shí)，樁基主要表現(xiàn)為端承樁的特征，公式才可使用。

　　工程試驗(yàn)證明，當(dāng)巖面較平整，樁的嵌巖深度h>2d時(shí)，樁側(cè)嵌固力約占總荷載50%以上。隨著嵌固深度增加，承載力也隨之增大。但嵌固深度h>3d時(shí)，承載力增長(zhǎng)不大。公式中沒有對(duì)h規(guī)定限值，也沒有隨h值增大而設(shè)定相關(guān)的折減系數(shù)。因此，在樁基設(shè)計(jì)實(shí)踐中，當(dāng)樁基承載力需要通過較大的嵌巖深度來提高時(shí)，不妨考慮加大樁徑。

　　三、準(zhǔn)確確定嵌巖深度及樁端持力層厚度

　　在鐵路橋梁工程樁基設(shè)計(jì)中，經(jīng)常會(huì)遇到兩軟弱巖層之間穿越強(qiáng)度很高的一定厚度的巖層(夾層)，或者有些地區(qū)溶洞比較發(fā)育。如果這種夾層厚度不夠承載厚度要求，鉆孔樁就需要穿越夾層，以達(dá)到持力層，這對(duì)施工機(jī)械和施工進(jìn)度都是極大的考驗(yàn)。

　　對(duì)樁底基巖厚度的確定，主要有三個(gè)條件：

　　(1)不考慮樁身周圍覆蓋土層側(cè)阻力，嵌巖灌注樁周邊嵌入完整和較完整的未風(fēng)化、微風(fēng)化、中風(fēng)化硬質(zhì)巖體的最小深度，按構(gòu)造要求0.5m;

　　(2)要求樁底以下3倍樁徑范圍內(nèi)無軟弱夾層、斷裂帶、洞隙分布;

　　(3)在樁端應(yīng)力擴(kuò)散范圍內(nèi)無巖體臨空面。對(duì)于一般夾層，只要滿足前兩個(gè)條件即可作為持力層。對(duì)巖溶地區(qū)樁基，由于巖體形狀奇特多變，巖溶洞隙的分布毫無規(guī)律，現(xiàn)有勘探手段難以事先查明它的準(zhǔn)確位置及大小，導(dǎo)致工期延長(zhǎng)、工程費(fèi)用增加�；�于計(jì)算所需的邊界條件十分復(fù)雜，而巖溶地基比一般巖石地基影響因素更多，以前通常要求樁端下有4m、5m或5倍樁徑持力層厚度，對(duì)于不同樁徑、不同的單樁承載力，如果同樣要求基樁端面以下有5m完整基巖，兩者的可靠度是不盡相同的。為使樁基設(shè)計(jì)經(jīng)濟(jì)合理?應(yīng)根據(jù)經(jīng)驗(yàn)值和試算數(shù)值相結(jié)合的方法來確定嵌巖深度及樁端持力層厚度。

　　四、采取合理的樁基配筋布置

　　基樁各截面的配筋，理論上應(yīng)根據(jù)樁基內(nèi)力進(jìn)行計(jì)算布置。樁基內(nèi)力可采用“m”法或其他有可靠依據(jù)的方法計(jì)算。按“m”法計(jì)算樁基時(shí)，樁身彎矩有四個(gè)特點(diǎn)：

　　(1)彎矩分布規(guī)律近于一條自頂向下衰減的波形曲線，且衰減很快。

　　(2)樁身最大彎矩發(fā)生在第一個(gè)非完整波形內(nèi)，一般在地面以下約3m位置。

　　(3)樁身彎矩在第一個(gè)彎矩零點(diǎn)以下很小，可以忽略不計(jì)，其下樁身主要起傳遞豎向力作用。(4)第一個(gè)彎矩零點(diǎn)位置在樁入土深度h=4/αh處。

　　在設(shè)計(jì)中通常有兩種鋼筋布置方式。一種是根據(jù)最大彎矩處進(jìn)行配筋。從樁頂一直伸到最大彎矩一半處下一定錨固長(zhǎng)位置，減少一半配筋再一直伸至彎矩為零下一定錨固長(zhǎng)位置，再下為素混凝土段，對(duì)于軟基，樁主筋最好穿過軟土層。另一種是將基樁主筋一半部分一直伸到樁底。從樁體受力和節(jié)省工程費(fèi)用以及發(fā)生事故處理的難度來看，前一種更合理。這是因?yàn)椋�由于樁基較長(zhǎng)一段不設(shè)鋼筋，比后者節(jié)省了部分鋼筋，底部斷樁時(shí)，鋼筋籠拔出后，可原孔再鉆，減少扁擔(dān)樁發(fā)生機(jī)率。但是，第二種配筋方式可以減小施工難度，樁基灌注混凝土?xí)r，鋼筋籠的定位是十分重要的，鋼筋布置到樁底，易于固定鋼筋籠。

　　五、橋梁在設(shè)計(jì)時(shí)安全性和耐久性的問題

　　1、安全性和耐久性差的原因

　　1.1設(shè)計(jì)時(shí)的方案不合理

　　對(duì)于工程的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)出經(jīng)濟(jì)合理的方案是結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的最重要的任務(wù)，在對(duì)結(jié)構(gòu)的解析以及各結(jié)構(gòu)連接設(shè)計(jì)時(shí)，要依據(jù)國(guó)家規(guī)定的安全性要求和一些安全指標(biāo)來保證設(shè)計(jì)時(shí)的安全性。但是，在對(duì)橋梁進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，許多專業(yè)的人員只是一味去滿足規(guī)范上和一些規(guī)定對(duì)結(jié)構(gòu)的安全度的需求，而忽略了結(jié)構(gòu)的材料、耐久性等特點(diǎn)，和在設(shè)計(jì)施工時(shí)出現(xiàn)的一些人為的因素，如果忽略了這些因素，對(duì)橋梁的安全性將會(huì)有很大的隱患。比如說，有的結(jié)構(gòu)在計(jì)算時(shí)受力方向不是很明確，就會(huì)導(dǎo)致橋梁的某些部位收到的壓力過大。對(duì)于某些混凝土，它的強(qiáng)度不是很好，某些鋼筋的直徑太細(xì)、截面太薄等等，這些因素都會(huì)影響到結(jié)構(gòu)的安全性和耐久性�，F(xiàn)如今我們建造好的鐵路橋梁雖然都符合了規(guī)范所要求的強(qiáng)度，但是一般使用5-10年就會(huì)出現(xiàn)各種各樣的問題。

　　1.2設(shè)計(jì)時(shí)理論不完善

　　國(guó)內(nèi)的設(shè)計(jì)人員，對(duì)橋梁鐵路進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，大多只考慮強(qiáng)度而忽略了鐵路橋梁結(jié)構(gòu)的耐久性。考慮強(qiáng)度的極限值而忽略了使用時(shí)的極限值，而對(duì)于鐵路橋梁來說，使用時(shí)的質(zhì)量是最重要的。只看重對(duì)結(jié)構(gòu)的建造，而忽略了對(duì)結(jié)構(gòu)的維護(hù)。在實(shí)際的設(shè)計(jì)時(shí)，大家對(duì)于結(jié)構(gòu)的耐久性的設(shè)計(jì)只是被當(dāng)為一種概念而受到大家的注意。同時(shí)，在這一領(lǐng)域，也沒有對(duì)使用年限提出準(zhǔn)確的要求，對(duì)結(jié)構(gòu)也沒有進(jìn)行專業(yè)的耐久性方面的設(shè)計(jì)。這些思想上的偏差，就直接影響到工程的質(zhì)量和使用情況等。

　　2、提高鐵路橋梁的安全性和耐久性的設(shè)計(jì)方法

　　2.1要提高設(shè)計(jì)人員對(duì)那就行設(shè)計(jì)的重視，設(shè)計(jì)時(shí)還要兼顧混凝土的耐久性的要求。而提高鐵路橋梁耐久性的最基本的就是要提高工程所使用的混凝土的耐久性。同時(shí)，還要考慮應(yīng)該怎樣設(shè)計(jì)來提高耐久性，要如何選用施工人員容易操作的方式來提高耐久性。

　　2.2對(duì)于鋼筋的保護(hù)層要加大厚度，加強(qiáng)配筋的強(qiáng)度，盡可能的阻止混凝土出現(xiàn)裂痕。如果橋梁是混凝土結(jié)構(gòu)的，提高它的耐久性的最基本的方法就是增加保護(hù)層的厚度，同時(shí)也是為了防止鋼筋生銹，在強(qiáng)度上產(chǎn)生變化。然而對(duì)于裂痕的避免，就要按照相關(guān)的規(guī)定安全操作，盡量控制和減少施工及操作時(shí)產(chǎn)生的裂痕，同時(shí)還要采用某些構(gòu)造措施，盡可能的避免在使用時(shí)產(chǎn)生的裂痕。

　　2.3對(duì)橋梁的表面要加裝防水保護(hù)層。比如說，采用在混凝土中混入水泥結(jié)晶材料，都會(huì)起到很好的防水成效。同時(shí)還應(yīng)該安裝泄水管道，設(shè)計(jì)時(shí)要注意泄水管接縫處的密封性，防止水進(jìn)入梁內(nèi)，對(duì)橋梁產(chǎn)生極大影響。

　　2.4盡量的避免橋梁超負(fù)荷使用。如果橋梁超載，將會(huì)造成橋梁的疲勞感，而且會(huì)對(duì)橋梁的內(nèi)部產(chǎn)生不可恢復(fù)的破壞，這些對(duì)橋梁的安全系數(shù)都會(huì)有影響。所以，對(duì)于橋梁在使用時(shí)，我們要盡可能地避免橋梁的超載，有關(guān)的相關(guān)部門要加強(qiáng)管理，制定一些相關(guān)的法律規(guī)定。

　　六、結(jié)束語

　　近幾年，我國(guó)對(duì)鐵路橋梁的建設(shè)也越來越快，使我國(guó)的交通系統(tǒng)也迅速發(fā)展起來。所以我們更要重視鐵路橋梁的安全性和耐久性。只要我們?cè)趯?duì)橋梁進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)要不斷地創(chuàng)新和總結(jié)經(jīng)驗(yàn)，避免我國(guó)的鐵路橋梁出現(xiàn)問題，保證人們的安全。

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