摘要：鐵路橋梁樁基設計直接關系到鐵路橋梁施工質量和工程造價。本文主要就鐵路橋梁樁基設計中的一些問題進行初步探討。

　　關鍵詞：鐵路工程師論文發表,發表論文期刊網,鐵路,橋梁樁基設計,問題

　　根據2008年國務院調整的《中長期鐵路網規劃》，到2020年全國鐵路營業里程達到12萬km以上，建設客運專線1.6萬km以上。2010年底全國鐵路營業里程達到9󰀁1萬km，我國已投入運營的高速鐵路8358km。因此，可以預見未來10年我國高速鐵路建設任務重大、高速鐵路營業里程日新月異。高速鐵路由于具有高速度、高舒適性、高安全性、高密度連續運營等特點，對其土建工程提出了極其嚴格的要求。由于速度大幅提高，高速列車對橋梁結構的動力作用遠大于普通鐵路橋梁，橋梁出現較大撓度會直接影響橋上軌道平順性，造成結構物承受很大沖擊力，旅客舒適度受到嚴重影響，軌道狀態不能保持穩定，甚至危及列車運行安全。這些都對橋梁結構的剛度和整體性提出了嚴格的要求。因此，其設計是否得當，對工程造價、質量、工期及使用影響很大。本文主要對橋梁設計過程中應注意的問題做了初步的探討。

　　一、應正確區分端承樁和摩擦樁等樁基類型

　　在鐵路橋梁設計中，凡嵌巖樁必為端承樁，凡端承樁均不考慮土層側阻力。實際上，大量現場結果表明：樁側阻力、端阻力的發揮性狀與上覆土層的性質和厚度、樁長徑比、嵌入基巖性質和嵌巖深徑比、樁底沉渣厚度等因素有關。

　　一般情況下，上覆土層的側阻力是可以發揮的，而且隨著長徑比l/d的增大，側阻力也相應增大;只有短粗的人工挖孔嵌巖樁，端阻力先于土層側阻力發揮，端阻力對樁的承載力起主要作用，屬端承樁。對l/d>15-20的泥漿護壁鉆(沖)孔嵌巖樁，無論是嵌入風化巖還是完整基巖中，樁側阻力均先于端阻力發揮，表現出明顯的摩擦型。對于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，此時樁基受力狀態為摩擦樁，樁端嵌入強風化或中風化巖層中即可。在某些地區，泥質軟巖嵌巖灌注樁l/d>45時，嵌巖段總阻力占總荷載比例小于20%;l/d>60時，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，導致樁頂沉降，這個彈性壓縮量引發了樁周土體的剪應力，也即是土對樁的摩阻力。另一方面，鉆孔樁的孔底殘留的沉渣，形成一個可壓縮的軟墊，至使樁底也會產生沉降，這一沉降和上述樁本身的壓縮導致樁身與土體、嵌巖段樁身與巖體產生相對位移，從而產生側阻力。而這種樁身彈性壓縮和樁底沉降是隨著長徑比l/d的增大而增大的，因而導致摩擦力和側阻力的增大。

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

　　二、應科學計算樁基承載力

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

　　[P]=(c1A+c2U h)Ra

　　Ra——天然濕度的巖石單軸極限抗壓強度

　　h——樁嵌入基巖深度，不包括風化層。

　　U——樁嵌入基巖部分的橫截面周長，按設計直徑計算。

　　A——樁底截面面積

　　c1、c2——根據清孔情況、巖石破碎程度等因素確定的系數。 、

　　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。根據規范描述，通常認為只要是嵌巖樁，就是端承樁，就適用于這個公式。實際上，只有在嵌巖樁在清孔絕對干凈，樁底處于理想支撐，樁底巖石完整且強度很高時，樁的豎向位移很微小，樁基才表現為典型的端承樁，公式的使用是無可爭議的。實際工程中，只有當樁基長徑比較小，土層側阻力占比例不大時，樁基主要表現為端承樁的特征，公式才可使用。

　　工程試驗證明，當巖面較平整，樁的嵌巖深度h>2d時，樁側嵌固力約占總荷載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，承載力增長不大。公式中沒有對h規定限值，也沒有隨h值增大而設定相關的折減系數。因此，在樁基設計實踐中，當樁基承載力需要通過較大的嵌巖深度來提高時，不妨考慮加大樁徑。

　　三、準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計中，經常會遇到兩軟弱巖層之間穿越強度很高的一定厚度的巖層(夾層)，或者有些地區溶洞比較發育。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，以達到持力層，這對施工機械和施工進度都是極大的考驗。

　　對樁底基巖厚度的確定，主要有三個條件：

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

　　(2)要求樁底以下3倍樁徑范圍內無軟弱夾層、斷裂帶、洞隙分布;

　　(3)在樁端應力擴散范圍內無巖體臨空面。對于一般夾層，只要滿足前兩個條件即可作為持力層。對巖溶地區樁基，由于巖體形狀奇特多變，巖溶洞隙的分布毫無規律，現有勘探手段難以事先查明它的準確位置及大小，導致工期延長、工程費用增加。基于計算所需的邊界條件十分復雜，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。為使樁基設計經濟合理?應根據經驗值和試算數值相結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，理論上應根據樁基內力進行計算布置。樁基內力可采用“m”法或其他有可靠依據的方法計算。按“m”法計算樁基時，樁身彎矩有四個特點：

　　(1)彎矩分布規律近于一條自頂向下衰減的波形曲線，且衰減很快。

　　(2)樁身最大彎矩發生在第一個非完整波形內，一般在地面以下約3m位置。

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

　　在設計中通常有兩種鋼筋布置方式。一種是根據最大彎矩處進行配筋。從樁頂一直伸到最大彎矩一半處下一定錨固長位置，減少一半配筋再一直伸至彎矩為零下一定錨固長位置，再下為素混凝土段，對于軟基，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。從樁體受力和節省工程費用以及發生事故處理的難度來看，前一種更合理。這是因為，由于樁基較長一段不設鋼筋，比后者節省了部分鋼筋，底部斷樁時，鋼筋籠拔出后，可原孔再鉆，減少扁擔樁發生機率。但是，第二種配筋方式可以減小施工難度，樁基灌注混凝土時，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、橋梁在設計時安全性和耐久性的問題

　　1、安全性和耐久性差的原因

　　1.1設計時的方案不合理

　　對于工程的結構設計，設計出經濟合理的方案是結構設計的最重要的任務，在對結構的解析以及各結構連接設計時，要依據國家規定的安全性要求和一些安全指標來保證設計時的安全性。但是，在對橋梁進行設計時，許多專業的人員只是一味去滿足規范上和一些規定對結構的安全度的需求，而忽略了結構的材料、耐久性等特點，和在設計施工時出現的一些人為的因素，如果忽略了這些因素，對橋梁的安全性將會有很大的隱患。比如說，有的結構在計算時受力方向不是很明確，就會導致橋梁的某些部位收到的壓力過大。對于某些混凝土，它的強度不是很好，某些鋼筋的直徑太細、截面太薄等等，這些因素都會影響到結構的安全性和耐久性。現如今我們建造好的鐵路橋梁雖然都符合了規范所要求的強度，但是一般使用5-10年就會出現各種各樣的問題。

　　1.2設計時理論不完善

　　國內的設計人員，對橋梁鐵路進行設計時，大多只考慮強度而忽略了鐵路橋梁結構的耐久性。考慮強度的極限值而忽略了使用時的極限值，而對于鐵路橋梁來說，使用時的質量是最重要的。只看重對結構的建造，而忽略了對結構的維護。在實際的設計時，大家對于結構的耐久性的設計只是被當為一種概念而受到大家的注意。同時，在這一領域，也沒有對使用年限提出準確的要求，對結構也沒有進行專業的耐久性方面的設計。這些思想上的偏差，就直接影響到工程的質量和使用情況等。

　　2、提高鐵路橋梁的安全性和耐久性的設計方法

　　2.1要提高設計人員對那就行設計的重視，設計時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，還要考慮應該怎樣設計來提高耐久性，要如何選用施工人員容易操作的方式來提高耐久性。

　　2.2對于鋼筋的保護層要加大厚度，加強配筋的強度，盡可能的阻止混凝土出現裂痕。如果橋梁是混凝土結構的，提高它的耐久性的最基本的方法就是增加保護層的厚度，同時也是為了防止鋼筋生銹，在強度上產生變化。然而對于裂痕的避免，就要按照相關的規定安全操作，盡量控制和減少施工及操作時產生的裂痕，同時還要采用某些構造措施，盡可能的避免在使用時產生的裂痕。

　　2.3對橋梁的表面要加裝防水保護層。比如說，采用在混凝土中混入水泥結晶材料，都會起到很好的防水成效。同時還應該安裝泄水管道，設計時要注意泄水管接縫處的密封性，防止水進入梁內，對橋梁產生極大影響。

　　2.4盡量的避免橋梁超負荷使用。如果橋梁超載，將會造成橋梁的疲勞感，而且會對橋梁的內部產生不可恢復的破壞，這些對橋梁的安全系數都會有影響。所以，對于橋梁在使用時，我們要盡可能地避免橋梁的超載，有關的相關部門要加強管理，制定一些相關的法律規定。

　　六、結束語

　　近幾年，我國對鐵路橋梁的建設也越來越快，使我國的交通系統也迅速發展起來。所以我們更要重視鐵路橋梁的安全性和耐久性。只要我們在對橋梁進行設計時要不斷地創新和總結經驗，避免我國的鐵路橋梁出現問題，保證人們的安全。

　　參考文獻：

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