CN108049438B - 一种无砟轨道路基基底膨胀土中抗隆起桩基的锚固力测算方法 - Google Patents

一种无砟轨道路基基底膨胀土中抗隆起桩基的锚固力测算方法 Download PDF

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Abstract

一种无砟轨道路基基底膨胀土中抗隆起桩基的锚固力测算方法，以合理确定膨胀土中抗隆起桩基的锚固力，为复合桩基的桩长设计提供依据，计算简便，能够满足实际工程需要。该方法包括以下步骤：①通过现场调查实测，确定桩基“中性点”深度l0，单位m；通过室内试验或现场调查实测，确定桩基“中性点”以下桩‑土界面的负摩阻力f'，单位kPa；通过室内试验或现场调查实测，确定桩基“中性点”以上桩‑土界面的胀切力f，单位kPa；②通过以下公式确定膨胀土中抗隆起桩基的锚固力Fu

Description

一种无砟轨道路基基底膨胀土中抗隆起桩基的锚固力测算 方法
技术领域
本发明涉及高速铁路路基桩基技术领域，特别涉及一种无砟轨道路基基底膨胀土中抗隆起桩基的锚固力测算方法。
技术背景
在工程建设中，膨胀土大都属于非饱和土范畴，在大气降雨或外界渗水条件下，非饱和膨胀土吸水产生隆起变形。高速无砟铁路变形控制要求极其严格，铺轨后轨道扣件容许的调整量仅为4mm。对于低路堤或路堑，基底膨胀土隆起变形极易导致轨面上升，引发高速铁路无砟轨道板开裂，造成重大的无砟轨道病害，甚至危及高速列车的行车安全。
为了减弱或消除无砟轨道路基基底膨胀土的隆起变形，广泛采用抗隆起桩基(如CFG桩、素混凝土桩、钢筋混凝土桩等)进行路基基底膨胀土加固处理。工程实践表明，经抗隆起桩基加固的路基基底膨胀土隆起变形得到了有效控制。公开号为CN204356594U的中国实用新型专利公开了一种无砟轨道膨胀土路堑-基床构造。该专利路堑基底采用桩基加固的主要目的是为了减弱或消除膨胀土地基的隆起变形，但对膨胀土中桩基能够提供多少锚固力并未交代，目前也无相关文献或专利予以报道。然而，在海外工程实践中，面对路基基底膨胀土中抗隆起桩基的锚固力测算，国内工程师往往束手无策，难以有效响应国外咨询专家的质疑。可见，该领域存在技术不足，迫切需要提出一种无砟轨道路基基底膨胀土中抗隆起桩基的锚固力测算方法。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种无砟轨道路基基底膨胀土中抗隆起桩基的锚固力测算方法，以合理确定膨胀土中抗隆起桩基的锚固力，为复合桩基的桩长设计提供依据，计算简便，能够满足实际工程需要。
本发明解决上述技术所采用的技术方案如下：
本发明提出一种无砟轨道路基基底膨胀土中抗隆起桩基的锚固力测算方法，包括以下步骤：
①通过现场调查实测，确定桩基“中性点”深度l0，单位m；通过室内试验或现场调查实测，确定桩基“中性点”以下桩-土界面的负摩阻力f'，单位kPa；通过室内试验或现场调查实测，确定桩基“中性点”以上桩-土界面的胀切力f，单位kPa；
②通过以下公式确定膨胀土中抗隆起桩基的锚固力Fu
式中：Fu为膨胀土中抗隆起桩基的锚固力，单位kN；L为桩基设计桩长，单位m；l0为桩基“中性点”深度，单位m，由步骤①确定；d为桩基设计桩径，单位m；f'为桩基“中性点”以下桩-土界面的负摩阻力，单位kPa，由步骤①确定；f为桩基“中性点”以上桩-土界面的胀切力，单位kPa，由步骤①确定。
本发明的有益效果是：综合考虑了桩基“中性点”深度、桩基“中性点”以下桩-土界面的负摩阻力、桩基“中性点”以上桩-土界面的胀切力三大因素，并结合抗隆起桩基的锚固工作机理，采用分段函数分析得到无砟轨道路基基底膨胀土中抗隆起桩基的锚固力测算公式，能合理确定抗隆起桩基的锚固力，为抗隆起桩基的桩长设计提供科学依据，避免设计的桩长过短或过长，造成锚固力不足或材料浪费。该方法操作快捷，计算简便，满足工程需要，弥补了现有技术的短板。
附图说明
图1是无砟轨道低路堤基底膨胀土中抗隆起桩基加固的横断面图。
图2是无砟轨道路堑基底膨胀土中抗隆起桩基加固的横断面图。
图中示出构件和对应的标记：桩基1，低路堤2，路堑换填体3，膨胀土D，桩基设计桩长L，桩基“中性点”深度l0。
具体实施方式
下面通过具体的实施例并结合附图进一步说明本发明。
本发明的一种无砟轨道路基基底膨胀土中抗隆起桩基的锚固力测算方法，包括以下步骤：
①通过现场调查实测，确定桩基“中性点”深度l0，单位m；通过室内试验或现场调查实测，确定桩基“中性点”以下桩-土界面的负摩阻力f'，单位kPa；通过室内试验或现场调查实测，确定桩基“中性点”以上桩-土界面的胀切力f，单位kPa；
②通过以下公式确定膨胀土中抗隆起桩基的锚固力Fu
式中：Fu为膨胀土中抗隆起桩基的锚固力，单位kN；L为桩基设计桩长，单位m；l0为桩基“中性点”深度，单位m，由步骤①确定；d为桩基设计桩径，单位m；f'为桩基“中性点”以下桩-土界面的负摩阻力，单位kPa，由步骤①确定；f为桩基“中性点”以上桩-土界面的胀切力，单位kPa，由步骤①确定。
所述步骤①中，所述“中性点”为膨胀土的隆起量与桩基的上拔量相等的位置。
实施例一：
参照图1，长昆(长沙至昆明)高速铁路某一无砟轨道低路堤2的填高为1.74m，低路堤2基底为膨胀土D，具有强膨胀势。
为减轻基底膨胀土D隆起变形对低路堤2上部无砟轨道的影响，拟在低路堤2基底采用抗隆起桩基1进行加固，桩基1设计桩长6m、设计桩径0.5m。下面对该低路堤2基底膨胀土D中抗隆起桩基1能够提供的锚固力进行测算，具体步骤如下：
①通过现场调查实测，确定桩基1“中性点”深度l0为3.0m；通过现场调查实测，确定桩基1“中性点”以下桩-土界面的负摩阻力f'为14kPa；通过现场调查实测，确定桩基1“中性点”以上桩-土界面的胀切力f为23kPa。
②结合工程实际，可判断桩长L与l0和的关系：通过以下公式确定膨胀土D中桩基1的锚固力Fu＝πdf'(L-l0)＝3.14×0.5×14×(6.0-3.0)＝66.0kN。据此可知，该低路堤2基底膨胀土D中单根抗隆起桩基1可以提供的锚固力取为66.0kN。
实施例二：
参照图2，贵南(贵阳至南宁)高速铁路某一无砟轨道路堑换填体3的换填厚度为1.5m，路堑换填体3基底为膨胀土D，具有中-强膨胀势。
为减轻基底膨胀土D隆起变形对路堑换填体3上部无砟轨道的影响，拟在路堑换填体3基底采用抗隆起桩基1进行加固，桩基1设计桩长为4m、设计桩径0.5m。下面对该路堑换填体3基底膨胀土D中抗隆起桩基1能够提供的锚固力进行测算，具体步骤如下：
①通过现场调查实测，确定桩基1“中性点”深度l0为1.5m；通过现场调查实测，确定桩基1“中性点”以下桩-土界面的负摩阻力f'为16kPa；通过现场调查实测，确定桩基1“中性点”以上桩-土界面的胀切力f为25kPa。
②结合工程实际，可判断桩长L与l0和的关系：通过以下公式确定膨胀土D中桩基1的锚固力Fu＝πdfl0＝3.14×0.5×15×1.5＝35.3kN。据此可知，该路堑换填体3基底单根抗隆起桩基1可以提供的锚固力为35.3kN；但从上述计算可见，设计桩长偏大，可进行优化，即设计桩长L取为3.6m时，单根抗隆起桩基1同样可提供35.3kN的锚固力。
本发明的优点在于：本发明提供的膨胀土中抗隆起桩基的锚固力测算公式，能合理确定抗隆起桩基的锚固力，为抗隆起桩基的桩长设计提供科学依据，避免设计桩长过短或过长，造成锚固力不足或材料浪费。
以上所述只是采用图解说明本发明一种无砟轨道路基基底膨胀土中抗隆起桩基的锚固力测算方法的一些原理，并非是要将本发明局限在所示和所述的具体方法和适用范围内，故凡是所有可能被利用的相应修改以及等同物，均属于本发明所申请的专利范围。

Claims (2)

1.一种无砟轨道路基基底膨胀土中抗隆起桩基的锚固力测算方法，按以下步骤进行：
①通过现场调查实测，确定桩基(1)“中性点”深度l0，单位m；通过室内试验或现场调查实测，确定桩基(1)“中性点”以下桩-土界面的负摩阻力f'，单位kPa；通过室内试验或现场调查实测，确定桩基(1)“中性点”以上桩-土界面的胀切力f，单位kPa；
②通过以下公式确定膨胀土(D)中抗隆起桩基(1)的锚固力Fu
式中：Fu为膨胀土(D)中抗隆起桩基(1)的锚固力，单位kN；L为桩基(1)设计桩长，单位m；l0为桩基(1)“中性点”深度，单位m，由步骤①确定；d为桩基(1)设计桩径，单位m；f'为桩基(1)“中性点”以下桩-土界面的负摩阻力，单位kPa，由步骤①确定；f为桩基(1)“中性点”以上桩-土界面的胀切力，单位kPa，由步骤①确定。
2.根据权利要求1所述的一种无砟轨道路基基底膨胀土中抗隆起桩基的锚固力测算方法，其特征在于：所述步骤①中，所述“中性点”为膨胀土(D)的隆起量与桩基(1)的上拔量相等的位置。
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