埋入式连续桩板路基结构在郑西高速铁路客运专线的应用

摘要 本文介绍了郑西高速铁路客运专线采用的新型路基结构――埋入式连续桩板路基结构设计和施工的关键环节，通过本文可以比较全面的连接埋入式连续转把路基结构的应用情况和设计原理，掌握埋入式连续路桩板路基结构的设计计算思路和施工要点。

关键词 埋入式；连续桩板路基结构；湿陷性；桩板结构；客运专线

中图分类号U41 文献标识码A 文章编号 1674-6708（2011）41-0129-03

0 引言

埋入式连续桩板结构是一种新型桩板结构形式，既能保证路基具有足够的强度和刚度，又能达到满足承载力要求和路基变形控制的目的。埋入式连续桩板结构处理深厚湿陷性黄土地基在我国客运专线建设中尚属首次，其变形特性、内力分布规律和设计参数的影响等需通过研究确定。郑西高速铁路1年多安全运营证实，采用埋入式连续桩板路基结构，将路基沉降完全控制在满足要求的范围内，确保了高速铁路的安全高速通行，为站内大断面路基工程提供了有力的技术保障。

1工程概况

华山北车站和临潼东车站所处地貌单元为渭河一级阶地，地形相对较为平坦、开阔。涉及地层主要为：第四系全新统冲积砂质黄土、第四系上更新统冲积粉质黏土、细砂、中砂及圆砾土等。 上部地层主要为湿陷性黄土，下部地层主要为厚层黏性土层，根据地层情况华山北和临潼东车站埋入式连续桩板结构的板顶位于基床表层底面，桩板结构除与涵洞顶板高程交错处必须断开外，其余均采用连续结构。华山北结构板厚为0.8m，宽10.5m（除道岔区）；下部基础采用φ1.25m钻孔灌注桩基础，横向两根桩的间距5.0m，桩纵向间距为9.0m。临潼东结构板厚初拟为0.6m，宽10.5m（除道岔区）；下部基础采用φ1.0m钻孔灌注桩基础，横向两根桩的间距5.0m，桩纵向间距初拟为7.0m。横断面图示详见图1、纵断面图示详见图2。

2 埋入式连续桩板结构计算

2.1 内力的计算

埋入式桩板路基结构为超静定连续结构性形式，计算时采用结构力学的柔度法（即力法），先将桩板的各跨度中央切开，使之成为静定基本体系，以Xi代表作用于这些切开面处的赘余力，为了把计算原理叙述清楚，跨数为3跨，如图3所示，根据诸切开处变位协调原理得到板各跨切开处赘余力的列阵，即。

2.2负摩阻力深度确定

在湿陷性黄土沉降下沉和上部填土荷载的共同作用下，会大大增加负摩阻力的计算深度，使桩长度太大，导致施工困难，基于以上考虑设计时首先采用土挤密桩或强夯将地层上部土层的湿陷性进行了完全消除，计算不再考虑湿陷性对桩基的影响，仅考虑上部填土荷载对桩基负摩擦的影响。

为确定桩基的负摩擦计算深度，根据附加应力小于0.2倍自重应力的条件，分别对填土高度为3m、4m、5m、6m、7m、8m、进行了检算，因桩板结构影响范围两侧采取了复合地基处理措施，当仅考虑桩板结构宽度范围板下部填土影响时，荷载影响的附加应力小于自重应力0.2倍的计算情况如下：

路基面宽度（m）

在桩板结构施工前采用土挤密桩和强夯处理措施将地表的湿陷性消除，并增加了上部土层的压缩模量和复合模量，在两侧站线的下部采用了CFG桩处理的方式进一步缩小了地基沉降。在施工工序上桩板结构的施工在路基填土完成后1个月以上的时间才开始施工下部桩基，使得桩板结构下部地基的剩余沉降较小，两侧站线填土对桩板结构的影响较小，负摩擦深度可以进行折减。根据《建筑桩基技术规范》规范相关规定，中性点深度ln应按照桩周土层沉降与桩桩沉降相等的条件计算确定，黏性土层折减系数一般取为0.5~0.6倍，当桩周土层计算沉降量小于20mm时，可以进一步折减0.4~0.8倍。根据上述原则，对钻孔灌注桩的负摩擦影响深度折减系数进行了折减，最终确定折减系数为0.5倍，负摩擦影响深度按照3m~9m的深度考虑。

2.3桩基负摩擦计算方法

桩板结构下部桩基础桩周负摩擦力及其引起的下拉荷载设计中是按照以下方式考虑的：

1）中性点以上单桩桩周第i层土负摩擦阻力标准值公式为qin=ξniσi’

式中qin-第i层土桩侧负摩擦阻力标准值，当计算值大于正摩擦阻力标准值时，取正摩擦阻力标准值进行设计。

ξni-桩周第i层土负摩擦阻力系数，黏性土、粉土一般取值为0.25~0.4倍

σi’-桩周第i层土平均竖向有效应力

（2）考虑群桩效应的基桩下拉荷载按照下列公式进行计算

Qgn-ηnμqinli

ηn=sax・say/[лd（+）]

式中：n-中性点以上的层数；

li-中性点以上第i层的厚度；

ηn-负摩擦阻力群桩效应系数；

sax、say­-分别为纵横向桩的中心距；

qin-中性点以上桩周土层厚度加权平均负摩阻力标准值；

rm-中性点以上桩周土层厚度加权平均重度。

2.4桩基承载力检算

在竖向荷载作用下，桩身材料将发生弹性压缩变形，桩与桩侧土体发生相对位移，因而桩侧土对桩身产生向上的侧摩阻力，当侧摩阻力不足以抵抗竖向荷载，一部分竖向荷载将传递到桩底，桩底持力层也将产生压缩变形，故桩底也会对桩端产生阻力，桩通过侧阻力和端阻力将荷载传递给土体，由于华山北站和临潼东站地基下部均为厚层黏性性土，桩基的承载力将主要由桩的侧阻力提供，桩基按照摩擦桩进行承载力检算。摩擦桩桩基承载里的计算公式如下：

Ra=qpaAp+up∑qsiali

式中：Ra-单桩竖向承载力特征值；

qpa、qsia-为桩端端阻力、桩侧阻力特征值；

Ap-为桩底端横截面面积；

up-桩身周边长度。

2.5桩基沉降计算

桩板结构钻孔横向间距5m，纵向间距华山北为9m、临潼东站为7m，满足桩间距横向小于6倍桩径的条件，纵向大于6倍间距，沉降检算分别按照单桩和群桩基础进行分析。

对于群桩基础桩底压缩层沉降计算深度按照附加应力小于0.2倍的地层的自重应力进行控制，根据检算结果桩端土层的平均附加应力均小于0.2倍的土层的自重应力，桩端沉降可以忽略，桩基沉降仅需考虑桩本身的压缩变形部分。

对桩基深度范围单桩压缩变形按照以下公式计算：

Se=ξe

式中：Se-桩身压缩量；

ξe-桩身压缩系数，摩擦桩l/d≤30时取值为2/3, l/d ≥50时取值为1/2,介于两者之间可线性插值；

Qj-桩顶的附加荷载；

Lj-桩长；

EC-桩身混凝土的弹性模量；

Aps-桩身截面面积。

3 埋入式连续桩板路基结构的施工要点

埋入式连续桩板路基结构施工时应先施工路基填土，待填土沉降相对稳定后实施下部的钻孔灌注桩基础，基础完成后采用分段施工法实施上部连续板。顶板为连续结构，浇筑分段长度及合拢顺序对控制顶板开裂至关重要。顶板的施工是控制埋入式连续桩板路基结构成败的关键，为控制顶板的施工质量顶板施工应分别按照两阶段施工（详见图4）或三阶段（详见图5）施工法进行。

4结论

郑西高速铁路采用的埋入式连续桩板路基结构经过1年的运营证明其设计是安全可靠的，可以有效的控制路基的沉降，解决深厚地层或复杂地层情况下路基沉降控制难题，对高速铁路、高速公路等需要较高沉降控制要求的工程均可采用该技术，在设计及实施的过程中应注意以下几点：

1）桩板结构顶板应埋入土层一定深度，防止温度变化对桩板结构受力产生较大影响；

2）在进行结构检算时埋入式桩板路基结构为超静定连续结构性形式，计算时采用结构力学的柔度法（即力法），可先将桩板的各跨度中央切开，使之成为静定基本体系进行简化计算；

3）桩基施工时填土应先静置一段时间，以较少填土荷载对桩基的负摩擦力影响；

4）为防止连续板收缩应力和温度应力的影响，上部顶板应分阶段施工，最后选择合适的温度状况合拢，施工期应加强养生。

5）施工完成后混凝土强度达到要求后应尽早实施上部级配碎石等。

参考文献

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