桩板结构地基处理概述
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以桥代路： 横向稳定性方面较差,尤其在曲线段上，造价很高
高速铁路无碴轨道桩板结构路基
优点：强度高、刚度大、稳定 性和耐久性好
组成：钢筋混凝土桩基、路基 本体、钢筋混凝土承载板
承载板直接与轨道结构连接,桩、板固结 与土路基共同组成一个承载结构体系 特点：综合板式无碴轨道或轨枕埋入式
无碴轨道结构与桩基础的各自 特点,充分利用桩-土、板-土之间的共
桩板结构地基处理概述及设计 计算
道路与铁道工程
目录
• 无碴轨道桩板结构路基提出的背景 • 桩板结构路基的板-桩结构力学特点 • 桩板结构的技术经济优势 • 桩板结构路基的适用场合 • 桩板结构路基存在的问题 • 无砟轨道桩板结构路基设计理论
无碴轨道桩板结构路基提出的背景
传统的路基结构：
高路堤：总沉降及工后沉降量较大、差异沉降难以 控制 低路堤：动力对地基的影响显著,导致工后沉降难 以控制
筋应力控制,使混凝土压应力略有富余。
（4）板体横向刚度大
即使在集中荷载作用下板体也能全宽参与受力。
（5）桩与板刚结
在纵横方向皆可由于桩顶负弯矩而减少跨中正弯矩
另外,承载板采用较高标号混凝土是较经济合理的。
桩板结构的技术经济优势
整体性强、 稳定性好
便于控制工 后沉降
桩板结构适 应性强
对填料要求 低
同作用来满足无碴轨道的强度与沉降变 形要求。
国内首次！
图1 遂渝线桩板结构路基试验段
桩板结构路基的板-桩结构力学特点
图2 桩板结构路基剖面图
桩与板之间固结能分担板身的弯矩,削弱在桩顶处板身的负 弯矩峰值,减弱板厚,节省昂贵的支座费用,施工也更简易。只有在
板与板连接的边跨处,由于温度应力的原因,才在板端桩顶处设置承 台结构,板与承台之间通过设置传力杆采用铰结方式连接。
在固结的情况下,桩-板之间通过钢筋相互嵌面,整体刚
结的,因而结构在纵、横向都有如刚构。结构
的强度在很大程度上视板一桩连接的刚度而异。
在边跨处约束放松,做成铰结,则源自文库边跨外桩顶处将承担 较大的负弯矩。
由于承载板较宽,较一般宽度窄小的条形板梁有大得多 的承载能力,原因如下
（1）泊松比影响
承载板受荷时两个方向正交受弯。在一个方向受弯时,板的上 缘受压缩,将产生侧向膨胀,这个侧向膨胀将抵消和缓解垂直方 向受弯时上缘的压缩,反之亦然。同样,板的下缘受拉伸,将产生 侧向收缩,这个侧向收缩将抵消和缓解垂直方向受弯时下缘的 拉伸,反之亦然。
1.初期投资和综合效益问题 初期投资较大，但在相同纵向长度范围内,桩板结构路基造价仅为桥梁结构 造价的一半。 2.实测资料的缺乏 3.噪音问题 无碴轨道刚度较大,弹性较差,增加了轮轨的振动及辐射噪声。无 碴轨道的混凝土构件形成了较强的声反射刚性表面,加强了噪声的混响作用 和噪声向两侧的辐射,使噪声强度增大。 4.轨道弹性问题 刚度较大,弹性较差，桩板结构路基的弹性主要由扣件及轨下橡胶垫板提供, 橡胶垫板可以增加轨道的整体弹性,减少轮轨作用向板下的传递,起到隔振的 作用 5.修理与修复问题 桩板结构作为刚性结构,在后期运营阶段仅允许少量的改善,如调整轨 道几何形态,一般只能靠扣件来实现,当发生较大变化时,调整十分困难, 特别是钢筋混凝土承载板,达到承载强度极限时将产生断裂,轨道几何尺寸 将发生急剧恶化
承载板设计
承载板设计流程如下 ①确定竖向列车荷载活载图式,根据设计时速确定结构的荷载组合系数 ②根据地质条件及线路纵向布置图,拟定桩基础的横向桩间距和纵向桩 间距 ③初步拟定承载板的材料刚度、板宽、板厚及板长 ④按刚构连续板计算模型,在给定活载图式下,按影响线法找出最不利 荷载位置进行布载,计算截面弯矩、剪力包络图 ⑤按板梁理论进行配筋设计 ⑥验算在组合荷载下承载板的翘曲变形及强度是否满足设计要求 ⑦根据桩基反力,确定桩长,验算单桩承载力及其沉降是否满足设计要 求。 ⑧改变纵向桩间距,对承载板进行优化设计,选择最终方案。
（2）拱壳作用
桩与板刚性固结,能承受横推力和弯矩,荷载通过板厚传达到桩 上经过一个拱壳形的传力路线,使板式结构起到拱壳的作用。
（3）混凝土内的有效拉力
一般计算时混凝土的拉力是不考虑的,实际在混凝土未开裂前 其抗拉能力仍然起着相当大的作用。
前三个作用皆能使钢筋应力减小,从而提高了结构的承载 能力,但另一方面也使混凝土的压应力有所增大。在设计时宜按钢
无砟轨道桩板结构路基设计理论
1.桩板结构路基设计荷载 桩板结构路基的设计,必须考虑在施工和设 计使用期限内永久荷载、变 化荷载和偶然荷载的作用,根据临界状态和 验算事项进行适当的荷载组合。 设计时一般考虑荷载有①固定恒载②轨道竖 向列车荷载③轨道横 向荷载④轨道纵向荷载⑤离心力⑥冲击力⑦ 风荷载⑧雪荷载⑨ 地震影响。
施工方便， 加工制作
简易
节约造价
桩板结构路基的适用场合
1.已建路堤 的补强加固
6.道岔区路 基
2.旧线改造 工程
5.两桥隧之 间短路基
3.工程地质 条件复杂的
路堑地段
4.既有线有 碴改无碴轨
道工程
桩板结构路基具有良好的技术和经济优越性,是宜于推 广的新型无碴轨道路基结构形式
桩板结构路基存在的问题
下部桩基础设计
选择合理的桩径、桩长、桩距是桩板结构设计的又一关键环节,按沉降 控制设计思想,在允许的沉降变形范围内,以充分调动桩间土、桩底土的承 载能力为目的,使桩土共同作用,在此前提下来布桩,验算单桩及路基整体 承载力是否满足要求,反算在拟定的布桩方案下桩板结构路基的沉降量是否 在允许的范围内。从而大幅度降低建设成本,实现较高的技术经济效益。 1.桩长 桩长的确定主要取决于需要加固土层的厚度,一般都穿透最薄弱土层, 落在相对好的土层上,视建筑物的设计要求和工程地质条件而定,应满足强 度和变形要求。 2.桩径 桩径应根据工程地质条件、成桩设备及施工工艺等因素综合考虑。 3.桩间距 桩间距过大,承载力不能满足,需加大桩长,且承载板厚度加大,甚至 需要在承载板内布置预应力钢筋,给施工带来不便过小,桩的承载力不能 充分发挥,且给施工造成困难,造价也会提高。故应选择合理的桩间距
高速铁路无碴轨道桩板结构路基
优点：强度高、刚度大、稳定 性和耐久性好
组成：钢筋混凝土桩基、路基 本体、钢筋混凝土承载板
承载板直接与轨道结构连接,桩、板固结 与土路基共同组成一个承载结构体系 特点：综合板式无碴轨道或轨枕埋入式
无碴轨道结构与桩基础的各自 特点,充分利用桩-土、板-土之间的共
桩板结构地基处理概述及设计 计算
道路与铁道工程
目录
• 无碴轨道桩板结构路基提出的背景 • 桩板结构路基的板-桩结构力学特点 • 桩板结构的技术经济优势 • 桩板结构路基的适用场合 • 桩板结构路基存在的问题 • 无砟轨道桩板结构路基设计理论
无碴轨道桩板结构路基提出的背景
传统的路基结构：
高路堤：总沉降及工后沉降量较大、差异沉降难以 控制 低路堤：动力对地基的影响显著,导致工后沉降难 以控制
筋应力控制,使混凝土压应力略有富余。
（4）板体横向刚度大
即使在集中荷载作用下板体也能全宽参与受力。
（5）桩与板刚结
在纵横方向皆可由于桩顶负弯矩而减少跨中正弯矩
另外,承载板采用较高标号混凝土是较经济合理的。
桩板结构的技术经济优势
整体性强、 稳定性好
便于控制工 后沉降
桩板结构适 应性强
对填料要求 低
同作用来满足无碴轨道的强度与沉降变 形要求。
国内首次！
图1 遂渝线桩板结构路基试验段
桩板结构路基的板-桩结构力学特点
图2 桩板结构路基剖面图
桩与板之间固结能分担板身的弯矩,削弱在桩顶处板身的负 弯矩峰值,减弱板厚,节省昂贵的支座费用,施工也更简易。只有在
板与板连接的边跨处,由于温度应力的原因,才在板端桩顶处设置承 台结构,板与承台之间通过设置传力杆采用铰结方式连接。
在固结的情况下,桩-板之间通过钢筋相互嵌面,整体刚
结的,因而结构在纵、横向都有如刚构。结构
的强度在很大程度上视板一桩连接的刚度而异。
在边跨处约束放松,做成铰结,则源自文库边跨外桩顶处将承担 较大的负弯矩。
由于承载板较宽,较一般宽度窄小的条形板梁有大得多 的承载能力,原因如下
（1）泊松比影响
承载板受荷时两个方向正交受弯。在一个方向受弯时,板的上 缘受压缩,将产生侧向膨胀,这个侧向膨胀将抵消和缓解垂直方 向受弯时上缘的压缩,反之亦然。同样,板的下缘受拉伸,将产生 侧向收缩,这个侧向收缩将抵消和缓解垂直方向受弯时下缘的 拉伸,反之亦然。
1.初期投资和综合效益问题 初期投资较大，但在相同纵向长度范围内,桩板结构路基造价仅为桥梁结构 造价的一半。 2.实测资料的缺乏 3.噪音问题 无碴轨道刚度较大,弹性较差,增加了轮轨的振动及辐射噪声。无 碴轨道的混凝土构件形成了较强的声反射刚性表面,加强了噪声的混响作用 和噪声向两侧的辐射,使噪声强度增大。 4.轨道弹性问题 刚度较大,弹性较差，桩板结构路基的弹性主要由扣件及轨下橡胶垫板提供, 橡胶垫板可以增加轨道的整体弹性,减少轮轨作用向板下的传递,起到隔振的 作用 5.修理与修复问题 桩板结构作为刚性结构,在后期运营阶段仅允许少量的改善,如调整轨 道几何形态,一般只能靠扣件来实现,当发生较大变化时,调整十分困难, 特别是钢筋混凝土承载板,达到承载强度极限时将产生断裂,轨道几何尺寸 将发生急剧恶化
承载板设计
承载板设计流程如下 ①确定竖向列车荷载活载图式,根据设计时速确定结构的荷载组合系数 ②根据地质条件及线路纵向布置图,拟定桩基础的横向桩间距和纵向桩 间距 ③初步拟定承载板的材料刚度、板宽、板厚及板长 ④按刚构连续板计算模型,在给定活载图式下,按影响线法找出最不利 荷载位置进行布载,计算截面弯矩、剪力包络图 ⑤按板梁理论进行配筋设计 ⑥验算在组合荷载下承载板的翘曲变形及强度是否满足设计要求 ⑦根据桩基反力,确定桩长,验算单桩承载力及其沉降是否满足设计要 求。 ⑧改变纵向桩间距,对承载板进行优化设计,选择最终方案。
（2）拱壳作用
桩与板刚性固结,能承受横推力和弯矩,荷载通过板厚传达到桩 上经过一个拱壳形的传力路线,使板式结构起到拱壳的作用。
（3）混凝土内的有效拉力
一般计算时混凝土的拉力是不考虑的,实际在混凝土未开裂前 其抗拉能力仍然起着相当大的作用。
前三个作用皆能使钢筋应力减小,从而提高了结构的承载 能力,但另一方面也使混凝土的压应力有所增大。在设计时宜按钢
无砟轨道桩板结构路基设计理论
1.桩板结构路基设计荷载 桩板结构路基的设计,必须考虑在施工和设 计使用期限内永久荷载、变 化荷载和偶然荷载的作用,根据临界状态和 验算事项进行适当的荷载组合。 设计时一般考虑荷载有①固定恒载②轨道竖 向列车荷载③轨道横 向荷载④轨道纵向荷载⑤离心力⑥冲击力⑦ 风荷载⑧雪荷载⑨ 地震影响。
施工方便， 加工制作
简易
节约造价
桩板结构路基的适用场合
1.已建路堤 的补强加固
6.道岔区路 基
2.旧线改造 工程
5.两桥隧之 间短路基
3.工程地质 条件复杂的
路堑地段
4.既有线有 碴改无碴轨
道工程
桩板结构路基具有良好的技术和经济优越性,是宜于推 广的新型无碴轨道路基结构形式
桩板结构路基存在的问题
下部桩基础设计
选择合理的桩径、桩长、桩距是桩板结构设计的又一关键环节,按沉降 控制设计思想,在允许的沉降变形范围内,以充分调动桩间土、桩底土的承 载能力为目的,使桩土共同作用,在此前提下来布桩,验算单桩及路基整体 承载力是否满足要求,反算在拟定的布桩方案下桩板结构路基的沉降量是否 在允许的范围内。从而大幅度降低建设成本,实现较高的技术经济效益。 1.桩长 桩长的确定主要取决于需要加固土层的厚度,一般都穿透最薄弱土层, 落在相对好的土层上,视建筑物的设计要求和工程地质条件而定,应满足强 度和变形要求。 2.桩径 桩径应根据工程地质条件、成桩设备及施工工艺等因素综合考虑。 3.桩间距 桩间距过大,承载力不能满足,需加大桩长,且承载板厚度加大,甚至 需要在承载板内布置预应力钢筋,给施工带来不便过小,桩的承载力不能 充分发挥,且给施工造成困难,造价也会提高。故应选择合理的桩间距