高铁地基守护神螺纹桩短一点到底是怎样影响

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#山东莱荣高铁偷工减料被举报#

媒体曾报道山东莱荣高铁偷工减料问题,经记者初步调查后,从混凝土用量推算出来,发现与报案偷工减料基本一致。偷工减料实质是螺纹桩长度不足,达不到设计要求。

媒体纷纷报道

我们一般人都知道高楼大厦打地基是非常普遍的事情。对高铁而言,若为高架的一部分,则需打地基,这也是不难理解的。但事实上高铁的基础并不只是高架的一部分,一般路段都要打基础。这就提出了2个问题:1)普通段螺纹桩需要吗?2)螺纹桩桩深到底对安全影响如何?

人们对铁路轨道并不是很熟悉,它主要包括钢轨、枕木。再加上这张碎石构成的道床。火车来临时,火车重力先直接施加于钢轨,然后钢轨又施加于道床。列车在运行过程中作用在钢轨上的力是一个和时间相关的力量,不是一个静止的荷载。碎石道床在此动态载荷作用下能提供一定缓冲作用,使列车振动减小(具体请看笔者以往科普视频)。

铁路轨道上

高铁发展到今天,车速提高对轨道要求越来越高,碎石道床不能满足高铁减振需要,便成为下部“硬化”轨道板加混凝土底座。刚度增加,减小轨道下压变形以增强高铁安全性。

高铁在轨道上

然而,不管是在传统铁路轨道上还是在高铁轨道上,火车在运行时最后的力量,都会被转移到路基上。上图所示道床与混凝土底座均不属于路基而附着在路基上。由此可见,路基非常重要,是一切承载的基础。

在建筑行业中,地基具有重要意义,在高层建筑中尤其明显。因此,对高铁高架部分来说,打设路基也是很容易被人了解。通常情况下,身高越高,所打基础越深,因此安全性越高。

高层建筑的地基受力

在一般地段,路基同样十分重要。高铁所经区域多为土壤表层而不是硬岩石层。土的性质是人们所理解的,它较松软,力作用后易沉陷。如把道床或混凝土底座直接铺设在土的表层上,火车通过时,土被压坏一次。随着时间的推移,下压变形不断增大,该段轨道也随之失去安全性。

路基剖面等

正是由于“柔软”土壤易发生形变,土壤需要加固处理。该加固方式是将桩子插在其中以约束土体移动。这种插在桩内的桩或螺旋桩或纯混凝土桩。其不同点在于螺旋桩为中空有螺纹金属桩,建成后在中空处灌混凝土并按设计插上一定量钢筋。而纯混凝土桩则是先打孔,然后再直接注入钢筋混凝土。由于螺纹桩具有螺纹,能在某种程度上较好地连接土体,有关螺纹桩设计方面,已有许多文献可供参考。

螺纹桩结构等

通过改变螺纹桩分布和螺纹桩螺距达到较好的加固土体效果。下图是螺纹桩和普通桩之间的比较,显然左图顶部蓝色代表该位置沉降值较小。认为无桩情况下顶部沉降值较大。

螺纹桩和普通桩沉降比较结果

前已讲过,研究螺纹桩加固效果的文献很多,其影响因素除分布多少,螺距大小等参数外,还有一个很重要参数即深度。从理论上看,它明显地表现得越深越好。如果水深能直接到达底层坚硬岩石层的话,仅靠这些桩子就能支撑火车。其实这一状况明显不切实际。

路基剖面等

为确定螺纹桩在规定荷载作用下的安全(承载力较大,抗侧向力较强)深度,必须进行准确计算。如下图中事桩侧阻力随深度变化。相同条件下螺纹桩深度越深侧向所受阻力越大。这实际上代表了,这根插入土体中的桩子越长,侧向倾倒的可能性越小。

深度和桩侧阻力的关系

承载力,螺纹桩越大承载力越高。但这一承载能力的增加并不总是呈线性变化。在一定范围内,增加深度,对于提高承载能力效果并不明显,下图中,曲线在后期基本趋于平坦。

承载能力随着深度的增加而提高

它是高铁路基设计螺纹桩长度计算的基础。据新闻报道设计长度为14.5m-15.5m时,说明若再加大它的长度,承载能力基本不会有提高。但若比这一设计值短,则如上,其承载能力明显降低。几乎长度减少了一半,承载能力降低了一半。

尽管,在设计时,均存在着一定安全系数。对这类高铁来说安全系数还相当高。机械行业中,安全系数一般都在1.5以上,高铁的话安全系数可能会超过2(实际取值,根据有关标准而定)。若将螺纹桩长度缩短一半,则正好抵销该值2的安全系数。至此高铁路基濒临坍塌。

至今是否真有偷工减料之嫌尚无准确结论,事实有待权威机构去考证。但如果螺纹桩长度实在达不到标准,这高铁路基承载能力必然降低。由于安全系数的存在,可能不会立马发生路基坍塌,但是其安全的使用寿命显然是缩短了。




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