道路桥梁工程师专业论文

浅谈高速铁路的基础设计

作者：xxx

摘要：随着中国在“十二五”期间加大对基础设施的建设力度和加快发展中西部经济的宏伟战略计划，发展高铁是拉动内需，带动地区发展，扩大生产力的有效途径，是加强城市间联系和交流的最直接方式。武广高铁、成渝高铁通车带来的巨大经济效应就是最好的例子。高铁的迅速发展，出现了很多技术难题，但对于深埋地下的下部基础结构，更是设计工作的难点中难点，直接关系到机车运营的安全。我通过在云桂线、长昆线两条高速铁路多个桥梁工点的设计，对桥梁基础设计提出一些思考和总结。

关键词：桥梁设计；墩台基础；设计规定；基础形式

1. 桥梁设计的基本要求

首先，桥梁绝对高程是受整条铁路线路控制的，而线路的绝对高程是根据铁路线路的自然及人文环境条件所确定的。在山区中的桥梁要穿越高山峡谷，受自然环境的影响较大；在城市中的桥梁要满足使用功能和周围格局相协调的，这就是桥梁设计的大框架。桥梁的绝对高程确定了，桥梁的孔跨布置、墩台高度也随之确定了。梁的标准尺寸有32米、24米两种规格，或者采用大跨度的连续梁结构，合理的跨度组合是确定孔跨布置的依据。合理的墩台高度是指承台的埋深既不使承台暴露的大气中遭到自然界的侵蚀，又能尽量的减少基坑的开挖工作量。接着就要确定下部基础的形式，或采用明挖扩大基础，或采用桩基础。当下部结构设计完毕，即是上部架梁（预制或现浇）、铺轨，以及附属设施的铺设、安装。

2. 墩台基础所处的自然条件

由于自然环境的千变万化形成了地貌和地质的千差万别，这就给确定合理的墩台高度带来了很大的麻烦，必须经过的多方的比较和计算确保在满足要求的情况下做到最经济，且便于施工。当承台处于河道、水库、鱼塘、峡谷中时，还要考虑行洪、通航、泥石流、山体滑坡、危岩落石的影响，需要进行全方位的可行性方案的评估。墩台可能位于：山地、农田、房屋、道路、河道等环境中，这是地面的情况，地下可能有溶洞、暗河、断层、软弱下卧层等一些列复杂的地质情况，这些给设计带来了相当大的困难。

3. 墩台基础设计的一般规定

3.1 桥梁基础类型一般采用扩大基础或桩基。基础基坑开挖深度小于6m且基本承载力≥0.6MPa的岩石地基，无地下水或地下水较少，方可采用明挖扩大基础，否则采用桩基础。明挖基础采用双层或三层式扩大基础，各层构造尺寸应满足《铁路桥涵地基和基础设计规范》(TB10002.5-2005)第5.3.2条规定。陡坡地段一般采用桩基础，以减少基坑开挖深度。桩基地基为软质岩，基本承载力σo≤0.4MPa或极限抗压强度R≤4MPa，采用摩擦桩，大于上述值采用柱桩。柱桩桩长应综合考虑地质条件和施工条件根据计算确定。对桩径d=1.0m、d=1.25m的桩基础，当墩高小于20m时，最小桩长不得小于6m，

当墩高大于等于20m时，最小桩长不得小于8m；对于桩径≥1.5m的，桩长依据计算确定。

3.2 位于岩石地基中的明挖基础，其视岩石强度底层基坑开挖宜少留或不留富余量，满灌基坑作为底层基础。若基础受冲刷影响，底层基础满灌至底层基础顶面，余用M10浆砌片石封闭回填至基岩顶面。非岩面地基的基坑，因集水和立模需要可按底层基础尺寸每边加宽0.5～0.8m，应计列超挖及回填工程数量，底层基础也要求满灌。

3.3 桩基承台厚度(含承台+垫块厚度)原则上按2倍桩径选取。一般按墩底边缘起按35°扩散，混凝土承台应满足刚性角要求，如果桩间距较大时，可采用增设垫块来满足刚性角要求或采用钢筋混凝土承台。采用钢筋混凝土承台时，墩台身距桩基础边缘扩散角不大于45°。增设垫块后并在刚性角满足要求的前提条件下，垫块最小襟边应落于墩底外缘和桩顶外缘的连线与承台顶面的焦点之外并取整。

3.4 桥梁基础错台设计，当基岩承载力σo>0.6MPa结合地基条件(地质构造、岩性、产状等)，将切割错台线的倾角控制在25°～30°间，错台宽度一般不应小于1m。当岩石基底面倾斜较大而导致基础一角悬空时可采用加设垫块方法。垫块厚度一般选用1.5m 为宜，垫块长度一般为基底长度的1/2，垫块较厚需错台时，垫块长度为基底长度的2/3设置。

3.5 桥梁基础埋深除按《铁路桥涵地基和基础设计规范》(TB10002.5-2005)第1.0.9条规定办理及满足地质专业提出的要求外，并应满足：在岩石陡坡地段，基底外侧至岩石安全坡线的最小水平距离：对坚质岩石（σo≥0.6Mpa）不小于2.0m，对于软质岩石（σo=0.4～0.6Mpa）不小于3m，并应视其风化破碎程度、岩层倾向，地形条件等决定必要的安全距离；对于一般无水的土质基底应通过检算决定，一般不应小于3m～5m，并注意陡坡是否存在冲刷塌坍危险(以土壤安息角或岸坡稳定线控制)。

3.6 桩基布置形式：根据桥跨、墩高、地质、地震力等计算确定合理的桩基布置形式，对于墩高相差不大的桥梁，全桥桩基布置宜尽量一致；墩高相差较大的桥梁使桩基协调，满足承载力、线刚度的要求、满足施工经济的要求。

3.7 在岩溶发育地区处理方式：

1）对于基底下伏溶洞的处理，桩基穿越溶洞并满足桩底以下底板厚度不小于8m。

2）对有溶洞的桩基础，一般采用钻孔桩，对填充溶洞或半填充溶洞，抛填粘土夹片石处理按溶洞体积的2/3计量。其中粘土占1/3计，片石占2/3计。

3）对于采用钻孔桩的空溶洞，宜采用钢护筒跟进成孔，计列钢护筒个数(2m/个)，若洞壁斜度较大，应考虑部分抛填片石数量。

3.8 位于河槽中的桥梁墩台基础，应考虑洪水冲刷，确定合理的基础埋置深度或设置成高桩承台。位于水中基础施工应根据其河道、施工水位、流速及场地等情况分别采用筑岛围堰，钢板桩围堰、吊箱钢围堰等水中基础施工方法。

3.9基坑开挖土石方计算, 应注意土石分界及有水、无水情况。基坑开挖应根据墩台基坑的地质资料，判断墩台基础开挖对坡面山体及基坑稳定性的影响，合理采取相应的永久及临时相结合的防护工程措施。

3.10 对于软土、沙和卵石层的桩基础，由于成孔困难，应采用钢护筒护壁。

3.11 桩基础自由桩长(L0)取值规定如下：

1) 位于河道中的桥梁，应根据流量、水位、流速，结合会审意见计算冲刷，并根据冲刷深度确定桩基计算中的自由桩长。

2) 位于岩石全风化层(W4)及土层时，桩最外侧边缘至稳定边坡线的水平距离小于6m以上部分的桩，取为自由桩长(L0)。

3) 位于岩石强风化层(W3)时，桩最外侧边缘至稳定边坡线的水平距离小于4m以上部分的桩，取为自由桩长。

4) 取了自由桩长范围的土层，该部分厚度在计算桩基时不计入土层参数中。

3.12 桥梁坡面危岩落石防护：根据地质提供的资料，如有危岩落石，应结合实际情况采用清除、嵌补、钢轨桩、布鲁格网及锚索等措施。

3.13陡坡墩台的挡护处理：

1）对位于坡面较陡的墩台，应在总布置图上示出墩台下坡端是否设置包护、挡墙等，上坡端按永久边坡清方或采用M10浆砌片石铺护。应出墩台横断面图，在其上示出边坡处理方式，并计列工程量。

2）位于陡坡上的墩台,当基坑位于纵横坡陡峭处时应根据地质具体情况，对靠山侧有可能坍落、塌滑的坡面采用喷射C20混凝土封闭护坡、混凝土挂网喷锚、锚杆框架梁或锚索处理。一般情况下挂网喷锚采用Φ22或Φ25钢筋，长度根据具体情况确定，间距1.5m×1.5m梅花形布置；挂网钢筋采用Φ8钢筋网，间距15 cm×15cm,喷混凝土厚8cm，特殊情况下按会审意见办理。当采用M10浆砌片石挡墙防护时，应根据需挡护的高度确定墙身宽度、厚度和边坡。基坑在基岩内开挖采用喷射C20混凝土支护时，基坑按1:0.1放坡开挖，其底层基坑开挖尺寸不留富余。基坑回填的永久回填线不应陡于1:3。位于陡坡上土层内的墩台,采用M10浆砌片石挡墙或预加固桩防护。

3.14对于水中基础应根据其河道、水深、流速及场地等情况，分别采用编织袋围堰、钢筋混凝土围堰、钢板桩围堰、双壁钢围堰、钢吊箱围堰等水中基础施工方法。围堰嵌入深度应考虑局部冲刷。其中水深>10m时，一般采用钢吊箱围堰；3m<水深≤10m 时，采用钢筋混凝土围堰、钢板桩围堰或双壁钢围堰；水深≤3m时，一般采用编织袋围堰。

3.15 既有道路防护：对桥墩基坑开挖可能影响既有铁路、等级道路的桥梁，对桥墩开挖需加强挡护。根据各墩台对边坡的影响情况，考虑钢轨桩等防护措施。当采用钢轨桩防护时，钢轨桩按每米3~4根布置；采用挖孔桩防护时，桩身采用1.5×1.25m的