浅谈铁路桥梁基础设计_pdf

浅谈铁路桥梁基础设计　马孟启　史建涛：　（桂林理工大学土木与建筑工程学院，广西桂林５４１００４）　摘要：本文主要介绍了铁路桥梁基础的设计规范和内容。基础的设计包括确定基础形式、冲刷计算、基底外力计算、基础验算等内　容。　关键词：铁路桥梁；基础形式；设计内容　１初步确定基础形式　初步确定基础的形式，需要综合考虑地　质条件、墩台高度、冲刷深度等因素，基础顶　面一般不露出地面，基础开挖深度一般不大　于６ｍ。　旱桥或不考虑水流冲刷作用的墩、台，地　面以下持力层承载力较好时，可采用明挖基　础，基础层数以１—３层为宜；地基情况较差，　没有放置明挖基础的持力层时，则采用桩基　础，桩基础位于比较陡的斜坡面上时，为了减　少基坑开挖量，承台可以部分高出地面，但出　露部分一定要用浆砌片石护砌，并在计算桩　基时考虑考虑其不利影响，以保证安全。　有冲刷的墩、台，当冲刷总深度不大时，　可采用明挖基础，非岩石地基基底埋置深度　应符合《铁路工程水文勘测设计规范》第　３．６．８条的规定，岩石地基基底埋入岩石的深　度，需根据岩石的坚硬程度，胶结物类别，风　化程度，节理、裂隙、层理发育情况等分析确　定。　当冲刷深度较大时，则只能采用桩基础，　桩径和桩数根据梁跨组合情况、墩台高度、地　高桩承台示意图　质条件拟定，如果条件允许，水中墩还可以设　计为高桩承台。　２冲刷计算　位于河流中的墩、台，首先应进行冲刷计　算，然后才能对基础进行验算。墩、台的冲刷　般按河槽、河滩分别计算，河槽和河滩部分　通过的设计流量分别按《铁路工程水文勘测　设计规范》之公式（３．６．２—２）及（３．６．２—４）计算，如　果桥下河流不能区分明显的滩、槽，可都按河　槽计算。　非粘性土河床河槽部分和河滩部分一般　冲刷深度分别按《铁路工程水文勘测设计规　范》之公式（３．６．２一１）及（３．６．２—３）计算。　粘性土河床河槽部分和河滩部分一般冲　刷深度分别按《铁路工程水文勘测设计规范》　之公式（３．６．３—１）及ｆ３．６．３—２）计算。　桥台一般只计算一般冲刷，对于桥墩，还　应计算其局部冲刷。　非粘性土河床桥墩的局部冲刷深度基本　计算公式见《铁路工程水文勘测设计规范》之　（３．６．６一１）及（３．６．６—２）；粘性土河床桥墩的局部　冲刷深度基本计算公式见《铁路工程水文勘　测设计规范》之（３．６．７—１）及（３．６．７—２）。如果一　般冲刷线低于承台底面，桥墩的局部冲刷应　按《铁路Ｔ程水文勘测设计规范》附录Ｇ的　公式计算。　般冲刷至岩层时，按岩石河床局部冲　刷公式计算。　冲刷计算是一个反复试算的过程，先要　假定冲至某一土层，按该土层的特性计算冲　刷深度，如果计算结果与假定一致，说明假定　正确，否则，应重新假定，重新计算。　３基础设计　（一）、基础构造要求　明挖基础可以为单层或多层，每一层的　厚度不小于１．Ｏｒｅ。　明挖基础刚性角示意图１　混凝土基础襟边构造要求如下图所示，　最上一层基础台阶两正交方向的坡线与竖直　线所成的夹角不大于３５。，需要同时调整最　上一层台阶两正交方向的襟边宽度时，其斜　角处的坡线与竖直线所成的夹角不得大于上　述两正交方向为３５。夹角时斜角处的坡线　与竖直线的夹角，其它各层台阶正交方向的　夹角不大于４５。。　明挖基础刚性角示意图２　圆端形截面的桥墩，明挖基础襟边平面　见下图，ａ为３５。刚性角的襟边，调整纵横向　襟边尺寸为ｃ和ｄ时，其中ｃ的刚性角为　３５。～４５。，ｄ的刚性角应小于３５。，并且　路桥涵地基和基础设计规范》附录Ｄ中表Ｄ．　分前、后、左、右几部分计算。　０．２—１值的１／６—１／２选用。　２基础自重　位于陡坡上岩石地基中的明挖基础，埋置深　单桩轴向容许承载力分别按桩身材料强　基础自重按明挖基础或承台尺寸计算即　度应考虑岩层节理、承载力、有无不利走向、　度和地基土层的阻力计算，取其较小者。根据　倾角等因素，基底外缘至岩层安全线的最小　可。　地基土层确定桩的容许承载力时，按《铁路桥　水平距离ａ，对于硬质岩，视其节理发育程度　３基础土压力　对于桥台，需要计算基础后恒载土压力　涵地基和基础设计规范》第６．２．２条计算，打　及地面线倾斜程度而定，一般不小于２～３ｍ，　人桩、摩擦桩及柱桩计算公式各不相同。主　对于软质岩，视其风化破碎程度及地形条件　及活载土压力，如果在地震区，还要计算基础　力＋附加力作用时，单桩容许承载力可提高　后恒载地震土压力。基础后土压力按直墙背　而定，一般不小于３～５ｍ。　计算。　２０％；主力＋特殊荷载时，柱桩可提高４０％，　对于位于斜坡上的桥墩，如果基础承受　摩擦桩可提高２Ｏ％一４ｏ％（根据桩底土层的　侧土压力，应按主动土压力计算其侧土压力。　地基容许承载力取值）；地震力时，柱桩可提　高５０％，摩擦桩可提高２０％～４０％，具体可参　基底中心外力的组合与上部的墩、台一致，只　见《铁路工程抗震设计规范》第４．０．４条。　是增加了基础的各项荷载。　摩擦桩桩底最大轴力为桩顶最大竖向力　（三）、明挖基础验算内容　加上桩身自重与桩身入土部分所占同体积土　明挖基础需验算以下几项：　１．基底应力　重之差，柱桩桩底最大轴力为桩顶最大竖向　陡坡岩石地基基础设置　基底压应力不大于地基的容许承载力。　力加上桩身自重，桩底最大轴力不得大于单　墩、台需要采用桩基础时，一般为钻孔桩　对于岩石上的基础，当基底合力偏心距超出　桩受压容许承载力。各种桩径单桩承载力控　或挖孔桩，少数情况也会用到打入桩。钻孔桩　截面核心半径时，应考虑计算应力重分布。地　制值，　１．Ｏｒｅ为４０００ｋＮ，４）１．２５ｍ为６２５０ｋＮ，　可用于土层或岩层，设计桩径一般采用　基容许承载力提高系数见《铁路桥涵地基和　１．５ｍ为９０００ｋＮ。　０．８ｍ、１．０ｍ、１．２５ｍ、１．５ｍ或更大桩径；挖孔桩　基础设计规范》第４．２．２条，地震力作用时，提　桩基础还应按《铁路桥涵地基和基础设　适用于无地下水或少量地下水的土层或岩　高系数见《铁路工程抗震设计规范》第４．０．４　计规范》附录Ｅ进行检算。当桩基础底面以下　层，桩人土深度不宜大于１０ｍ，桩径或边宽不　条。　有软弱土层时，需检算该土层的压应力。　小于１．２５ｍ，防护措施采用１０—１５ｃｍ厚度的　当桩位于自承台座板顶面处墩台身外缘　当基础宽度ｂ大于２ｍ或基础底面的埋　混凝土护壁。　置深度ｈ大于３ｍ，且ｈ／ｂ≤４时，地基容许承　向下扩散的３５。角范围内时，可不检算承台　承台刚性角构造要求如下图所示，圆端　载力考虑宽深修正，计算公式见《铁路桥涵地　座板的强度，否则，应按钢筋混凝土悬臂构件　形截面的桥墩角桩的扩散角应不大于４５ｏ。　基和基础设计规范》第４．１＿３条。　检算强度。‘　打人桩在承台板底面处桩的中心距不小　２．基底偏心　（五）基础配筋设计　于１．５倍桩径，桩尖中心距不小于３倍桩径；　基底偏心按《铁路桥涵地基和基础设计　明挖基础一般不配置钢筋，如果上部为　钻（挖）孔摩擦桩中心距不小于２．５倍成孔桩　规范》第５．２．２条的规定验算，地震力作用时，　空心的墩、台，则需要在最上层基础的顶层设　径，钻（挖）孔柱桩中心距不小于２倍成孔桩　按《铁路工程抗震设计规范》第７．１．５条的规　置一层钢筋网，钢筋直径２０ｒａｍ，钢筋间距　径，钻（挖）孔桩的最大中心距不大于２倍的　定验算。２０ｃｍ。　　承台厚度。　３．倾覆稳定　桩基础承台一般在承台底面桩顶以上配　承台板边缘至最外一排桩的净距，当桩　倾覆稳定按《铁路桥涵地基和基础设计　置一层钢筋网，当上部为空心的墩、台时，承　径ｄ≤１．Ｏｎ时，不得小于０．５ｄ，且不得小于　规范》第３．１．１条的规定计算，倾覆稳定系数　台顶面也配置一层钢筋网，钢筋直径２０ｍｍ，　０．２５ｍ；当桩径ｄ＞１．Ｏｍ时，不得小于０．３ｄ，且　不小于１．５，临时施工荷载作用时不小于１．２，　钢筋间距２０ｃｍ。如果承台刚性角超出规定，　不得小于０．５ｍ。　地震力作用时不小于１．３。　应按承台强度检算结果配置承台钢筋，必要　４．滑动稳定　时还要配置抗剪钢筋。　滑动稳定按《铁路桥涵地基和基础设计　桩身钢筋根据桩基计算结果配置，主筋　规范》第３．１．２条的规定计算，滑动稳定系数　直径不小于１６ｒａｍ，净距不小于８ｃｍ，配筋率　不小于１．５，临时施工荷载作用时不小于１．２，　不小于最小配筋率（一般为截面面积的　地震力作用时不小于１．１。　０．５％），可以单根或多根一束。柱桩主筋配至　雹　５．沉降　桩底，摩擦桩主筋至少配至计算长度以下　基础底面以下受压土层产生的总沉降量　２ｍ。地震区的桩基础，桩身需加强箍筋配置，　按《铁路桥涵地基和基础设计规范》第３．２．２　桩顶设置箍筋加密段。　４、结语　条和３＿２．３条计算。沉降允许值见《铁路桥涵　地基和基础设计规范》第３．２．１条。　这些设计的规范和内容都是通过大量的　６．软弱下卧土层压应力　工程实例中总结而来，我国现在大量的修建　基底持力层以下如有软弱下卧土层，应　高速铁路以及客运专线，所用到的方法大部　按《铁路桥涵地基和基础设计规范》第５．２．１　分为上述提供。因此这些方法的应用前景非　条检算该土层的压应力。　常广泛。　（四）、桩基础验算内容　参考文献　完成承台底中心外力计算之后，就可以　『１１《铁路工程水文勘测设计规范》　按照《铁路桥涵地基和基础设计规范》附录Ｄ　（ＴＢ１００７１—９９）　的方法，考虑侧土弹性抗力的作用，计算基桩　［２】《铁路桥涵地基和基础设计规范》　的内力和稳定性，并进一步验算桩身的强度，　（ＴＢ１０００２．５—２００５．１４６４—２００５）　这一过程相当复杂，一般借助桩基计算程序　『３１《铁路工程抗震设计规范》　承台刚性角示意图　来完成。　（ＧＢ５０１１１－２００６）　桩基程序需要输入承台和桩的信息、地　（二）基底外力计算　承台底中心外力内容，具体详见桩基　计算基底中心或者承台底中心的外力是　质参数、桩　将基顶截面外力移至基底中心，并组合基础　程序说明。程序计算结果提供了桩顶内力、身强度、桩身配筋等内容，根据计算结果判断　各项荷载，各项荷载计算至基底中心。　验算是否满足规范要求、设计是否合理。　１襟边土重　软弱土层中的桩基计算时，地基系数的　计算基础襟边土柱重时，比较简便的是　可按《铁　分块计算，分基顶以上和基顶以下两部分，再　比例系数ｍ和ｍ０取值应适当降低，ｅ≤ｂ。