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关于铁路桥梁桩基础冲刷后的处理分析

2024-05-18 来源:飒榕旅游知识分享网
2015年(第44卷)第11期 建筑设Z'i- 关于铁路桥梁桩基础冲刷后的处理分析 蔡 磊 (兰州铁路局工务处,甘肃兰州730000) 摘要:以西北地区黄土沟壑地段桥梁为研究对象,对降雨较集中,洪水冲刷后容易造成桩基外露、桩长不足的情况进行分 析,提出了不同的桩基础冲刷后应该采取的合理整治措施,为桩基础冲刷后的处理提供了理论依据及整治指导,对同地区 内桩基础冲刷后的处理具有参考意义。 关键词:摩擦桩;柱桩;摩擦力 陇海、兰新、兰青、包兰铁路穿越西北黄土高原地 区,区内沟壑纵横,个别沟谷坡面坡度陡、汇水面积大, 认为所有桩基础都靠桩端承载力来承受主要竖向荷 载,对基础的水平弹性抗力更无认识。 桥梁墩台基础所处地形复杂,河床防护不完善。近年 来,随着施工技术发展及铁路桥梁工程为减小工后不 均匀沉降的要求,铁路桥梁多采用桩基础代替传统的 明挖扩大基础及沉井基础。另外,该地区虽然全年降雨 量不大,但降雨季节性很强,全年的降雨集中在雨季的 (2)处理方法不合适:理论认识不足,导致处理时 简单的采用回填土、砂石料及灌注混凝土的方式处理, 处理方案没有针对性。这在某种程度上更大地降低了 桩基的承载能力,导致处理后桥梁下部结构发生二次 沉降,造成桥梁支座损坏。 几次集中降雨中,集中降雨导致:一是形成的季节性河 流造成个别桩基础因冲刷外露比较严重;二是冲刷造 成个别桥台台前护锥等防护措施损坏、滑塌,桥台桩基 外露。由于该地区绝大多数桩基础采用低桩承台,低桩 承台通常要求承台底面位于局部冲刷线以下,即承台 2桩基础的受力特点 桩基础承载能力主要取决于桩的单桩轴向容许承 载力,其与岩土阻力有很大的关系,岩土阻力与桩的类 型、施工工艺、岩土的特型又有很大关系。桩基础根据 下的桩基均为有效桩长,设计承台计算时多数考虑水 平弹性抗力作用。低桩承台及其桩基础外露对基础受 力极其不利,严重时将造成铁路桥梁的纵横向振幅偏 大及下部结构的不均匀沉降,影响线路平顺度,威胁铁 路运输安全,需要及时合理地解决。因此,避免错误的 维修整治方法及根据桩基础的类型、受力特点有针对 性地采取合理的整治方案尤其重要。 受力的特性分为摩擦桩和柱桩,两者主要特性如下: 2.1柱桩桩基础 该类桩主要适用于支撑于岩石层上各类的打人 桩、震动下沉桩、钻(挖)孔灌注桩及管桩,根据施工工 艺的不同,其中: 支撑于岩层上的打人桩、震动下沉桩(包括管桩) 的单桩容许承载力 =CRA,从理论公式可以看出,该 类柱桩承载力与岩石的单轴抗压强度R、岩层的裂缝 系数C、柱的底面积A成正比关系。 1维修整治存在的问题 在铁路桥梁路基发生冲刷的情况下,由于现场人 员缺乏相关的专业知识,对不同类型桩基础的受力特性 支撑于岩层上与嵌入岩层内的钻(挖)孔灌注桩基 的单桩容许承载力 =R(CA+C2Uh),从理论公式可 以看出,该类柱桩承载力与岩石的单轴抗压强度R、岩 层的破损层度c 、柱的底面积A、桩孔的清底情况 、 不了解,导致现场在抢修及整治过程中存在以下问题: (1)不了解桩基的分类,不核查档案,对桥下基础 地质情况及摩擦桩和柱状的主要受力特性理解不清 桩周长 、桩自新鲜岩面算起的嵌入深度h成线性关 系。 楚,所有桩基础都按柱桩的受力特点来处理,即简单地 作者简介:蔡磊(1979一),男,汉族,河南通许人,硕士研究生,工程师,主要从事桥隧、路基工程养护管理工作。 55 建筑设计 2.2摩擦桩桩基础 2015年(第44卷)第11期 3.2_3 两种施工工艺结果比较 该类桩基础主要用在岩层较深的地基,主要依靠 桩侧土的摩阻力支撑垂直荷载,桩端阻力占桩的容许 承载力比例较低(一般占总荷载的10%-15%,当桩底 土较好时为15%~25%)。根据施工工艺的不同,其中: 2.2.1打入、震动下沉和桩尖爆扩桩 根据既有桥桩基础桩径绝大多数大于1 m,西北地 区多数为黄土分析,a/小于1,因此0.5U 大于0.5U ∑ ,故冲刷对钻(挖)孔灌注桩摩擦桩施工工艺的摩 擦桩桩基础的影响大于采用打入、震动下沉和桩尖爆 扩桩桩基础。 单桩容许承载力 =O.5(U∑ 他+AAR ),从理论 4黄土的工程特性和施工工艺的不合理性对 公式分析可以得出,该类摩擦桩承载力与桩身截面周 长 、土层厚度 、各土层的极限摩阻力 、桩底支撑面 积A、震动沉人桩对各土层桩周摩阻力的影响系数 和桩底承压力的影响系数0、爆扩桩桩尖爆扩影响系数 A成线性关系。 2.2.2钻(挖)孔灌注桩 单桩容许承载力 =o.5uz ̄l +moA网,从理论公 式分析可以得出,该类摩擦桩承载力与桩身截面周长 、土层厚度 、各土层的极限摩阻力厶桩底支撑面积 、桩底地基土的容许承载力闷、桩底支撑力的折减系 数mo成线性关系。 3冲刷对桩基础造成的影响 根据以上分析可以总结出: 3.1既有桥柱桩 由于其承载力主要靠岩层的承压能力来承担,即 使有冲刷,一般情况下以不会冲刷到岩层表面,采用简 单的回填砂石料等见水无收缩的工程料均不会造成基 础的承载力不足。 3.2既有桥摩擦桩 根据施工工艺的不同,影响如下: 3.2.1打入、震动下沉和桩尖爆扩桩桩基础 从单桩承载力 =0.5(UZaSl +AAR。)理论公式可 以分析,冲刷对土层厚度 、土层的极限摩阻力厶震动 沉人桩对各土层桩周摩阻力的影响系数儡均有影响, 将造成冲刷深度内0.5uE ̄l 的减小,从而降低摩擦桩 的承载力。 3.2.2钻(挖)孔灌注桩摩擦桩 从单桩承载力 =0.5UZf,z +,扎0c4网理论公式可以 分析,冲刷对土层厚度fl、土层的极限摩阻力 有影响, 将造成冲刷深度内0.5u∑凰的减小,从而降低摩擦桩 的承载力。 56 桩基础造成的危害 4.1黄土的工程特性 在我国,黄土主要位于北纬34。~45。之间,呈东西 带状分布,总面积约38万km2,最大厚度达180-200m。 黄土作为一种特殊的地质土,其工程特性最大的危害 是湿陷性,见水体积收缩,产生向下的相对位移,由于 附着在桩基础表面,产生负摩阻,使得桩基础自身承受 了一部分黄土自身重力的作用,相当于增加了额外的 恒载作用。 4.2施工工艺的不合理性 使用填料施工回填过程中,直接在桩基础周围夯 填填料,填料体积夯压变形,同样产生向下的相对位 移,对桩基础表面产生向下的摩擦力作用,也会使桩基 础自身承受周围填料的自重作用,同样相当于增加了 额外的恒载作用。 5整治方案 针对西北黄土层覆盖比较厚,冲刷比较严重的桩 基础,合理的处理方式是:首先查出桩基础类型,做加 固前的地质勘探工作;其次选用合理的填料,防止填料 见水后发生湿陷;最后选择合理的施工工艺,合理的施 工工艺为:①桩基础表面凿毛一②在桩基础周围做可 拆装接长的钢套管(套管直径大于桩径10 cm,每节长 30—5O cm)一③采用无湿陷性填料分层夯填套管周围 局部冲刷坑一④在套筒内注浆一⑤重复②③④至承台 底—⑥在安全的承台埋设深度表面做局部铺砌防护。 6结束语 铁路桥梁桩基础的安全关系到整个桥梁的结构及 运营安全,对桩基础的冲刷整治不能盲目处理,要根据 具体情况采用合理的施工工艺及填筑材料,尽量减少 桩基础受力的负面作用。陇海线及兰州(下转75页) 2015年(第44卷)第11期 理论与探讨 另一方面,在课程网络教学平台上,为学生提供电 程学时和平均分,使学生学会类和对象的定义与使用, 体会类的继承和多态,理解并消化课堂教学的内容,培 养学生的自主学习能力,增强实践能力。同时,为了激 子教案、多媒体课件、动态演示、学生自测试题、在线考 试等丰富的网上课程资源,同时提供讨论和在线答疑, 为学生创建自主学习环境,便于课后自学和自测,提高 教学效果。 励学生参与程序设计的实践,进一步提高学生程序设 计的兴趣,提升他们的软件技术水平,鼓励学生积极参 加每年举行的全校和全省程序设计大赛,要求学生在 一段时间内完成一个综合性很强的程序设计题目,然 4教学考核方面 考核方式主要采用笔试(占60%)和机试的组合方 式。笔试考察学生对基本知识的掌握程度、阅读和编写 后进行答辩。 2教学方法方面 在教学过程中,本着理论与实验相互整合以促进 程序的能力;机试考察学生的程序设计能力,包括上机 考试(占3O%)和平时成绩及作业完成情况(占l0%)。 教学的宗旨,按照教学目的的要求,采用案例教学法, 选择一些实用性、综合性强且与课程内容相关的案例, 将学生引入特定的情景中,通过师生互动,启发、引导 学生积极参与编程,使学生掌握理解c++内容,并通过 具体的案例将实际问题与c++内容联系起来,激发学 生的学习兴趣。 5结束语 通过对教学过程和教学方法等的探讨,希望在教 学过程中激发学生的学习兴趣、培养学生面向对象的 编程思维、提高其编程能力。但在实际教学过程中还存 在着一些问题,需要和各专业学生的特点结合起来,不 断地调整教学内容的组织、摸索教学方法和手段,以提 高c十十面向对象程序设计课程的教学效果。 参考文献: 在理论教学时,可以将C++和相关课程内容联系 起来,学生学习C++语言的同时,也在学习数据结构, 这时就以顺序表的操作为例来学习相关知识点,这样 既能理解C++的内容又加深了相关课程内容的影响。 在实验时,可以和学生一起来定义一个学生类,讨论学 [1]谢昕.c十+程序设计[M],北京:北京邮电大学出版社,2010.12. [2]董正言.c++面向对象程序设计[M].北京:北京邮电大学出 版社,2010.1. 生类中应该含有哪些数据成员和函数成员,并在此基 础上分析派生出的研究生类应含有的成员,它继承基 类时采用那种继承方式等,引导学生积极参与,并通过 讨论和分析来培养学生解决问题的思维方法和能力。 [3]曾辉.c++程序设计实训教程[M].北京:北京邮电大学出版 社,2010.12. [4]鲁红英,等.“c,c++语言程序设计”课程教学改革与实践 [J].计算机教育,2013(7). 3教学手段方面 根据c++面向对象程序设计课程的特点,在教学 过程中利用多媒体技术将教学内容直观地呈现出来并 即时演示给学生,加大课堂教学的信息量,提高学生的 注意力和学习兴趣,同时以传统的黑板板书为辅的方 式进行教学,加强和学生的互动,使学生感受老师的思 维过程,加深对课程内容的理解。 [5]何高明.c++程宇设计课程教学探讨[J].现代企业教育,2013,3 (下). [6]陈桂芬.C++程序设计教学模式与方法[J].计算机教育,2010 (21). [7]由育阳.非计算机专业c++程序设计课程教学改革探索[J]. 黑龙江教育,2015(5). [8] 肖明.案例教学法在“c++语言程序设计”教学中的应用[J]. 计算机教育,2010(3). (上接56页)北环线按以上的整治方案整治后,摩擦桩 [2]杨文渊.桥梁施工工程师手册[M].北京:人民交通出版社, 2000.O6. 最大限度地保持了接近原基础的受力特陛,未发生二次 下沉,有效保证了铁路运营的安全。 参考文献: [3]TB 10002.5—2005.铁路桥涵地基和基础设计规范[s]. 2005.01. [1]宁贵霞.桥梁基础工程[M].北京:科学出版社。2011.10. 75 

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