据经济参考报同日发布的报道,近日,山东莱荣高铁三标段劳务分包商、河南省三捷实业有限公司实名举报称,工程施工总承包单位中国建筑第八工程局有限公司涉嫌偷工减料,莱荣高铁部分路基段螺纹桩施工存在质量问题,该段大部分螺纹桩的施工桩长不满足设计要求,存在重大安全隐患。
三捷公司负责人肖卫国向记者透露,其承担的莱荣高铁DK128+700—128+925路基段螺纹桩工程(设计桩长为14.5米或15.5米),未能按图施工,实际施工桩长大多在10米至13米,90%以上的螺纹桩成桩未达到设计长度;该公司在莱荣高铁南海站(DK147+412—DK147+950)铁轨路基施工中,大部分螺纹桩也没有达到设计桩长。
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螺纹桩的作用
对于高铁的高架部分,打好路基也就非常容易理解。一般,高度越高,打的地基也就越深,从而安全性也就越好。
普通路段的路基也非常重要。高铁经过的地区,大部分都是土壤的表层,而非坚硬的岩石层。土壤的特性大家都明白,比较软,受力后容易下沉凹陷。如果将道床或者混凝土底座直接铺在土壤表层,列车经过的一次,土壤就会下压一次。久而久之,下压的变形越来越大,这段轨道就变得不安全了。
路基剖面
正因为“柔软”的土壤容易变形,所以才需要对土壤进行加固。这种加固方式就是插入一根根的桩子,来限制土体的运动。这一根根插入的桩子,有的就是螺旋桩,有的是纯混凝土桩。两者的区别就在于,螺旋桩是一根空心的带螺纹的金属桩,施工后空心处灌入混凝土,根据设计插入一定数量的钢筋。而纯混凝土桩就是打孔后直接灌入钢筋混凝土。由于螺纹桩带有螺纹,在一定程度上可以更好地与土体相连接,关于螺纹桩的设计,有大量的文献可以参考。
螺纹桩结构
通过螺纹桩的分布,以及螺纹桩螺距等参数的变化,来实现更好的对土体的加固效果。下图就是螺纹桩与普通桩的对比,很明显左图顶部的蓝色代表这个位置的沉降值小。相信,如果没有桩,顶部的沉降值将更大。
螺纹桩与普通桩的沉降对比效果
螺纹桩的深度
前面说了,有大量的文献来研究螺纹桩的加固效果,影响因素除了分布的数量、螺距等参数之外,另一个非常重要的参数就是深度。理论上,显然是越深越好。如果深度能够直达底部坚硬的岩石层,那么光靠这几根桩子,就可以撑起列车了。实际上,这种情况显然是不现实的。
路基剖面
为了确定在指定载荷下安全(承载力大、抗侧向力大)的螺纹桩深度,需要精确的计算。下图事桩侧阻力与深度的关系。同等条件下,螺纹桩越深,侧向的阻力越大。这其实也就代表着,这根越长的插入土体的桩子,更不容易发生侧向的倾倒。
这就是高铁路基设计中螺纹桩长度的计算依据。新闻中报道,设计长度是14.5m-15.5m,就表示如果再增加其长度,承载能力基本上没有提升的效果。但是,如果短于这个设计值,就如上图所示,承载能力就会出现明显的下降。差不多长度降一半,承载能力也降一半。
虽然,设计的时候,都会有一定的安全系数。对于这种高铁,其安全系数还是比较大的。在机械行业,一般的安全系数是1.5以上,高铁的话可能2以上(实际取值,由相关标准确定)。如果螺纹桩长度减半,恰好抵消了这个取值2的安全系数。此时,高铁路基处于崩溃的边缘。
总结
截止目前,是否真的偷工减料还没有确切的定论,真相等待权威机构的调查。但是,如果螺纹桩长度真的不达标,这个高铁路基的承载能力是肯定下降的。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。
(原文标题:高铁竟被举报偷工减料,高铁地基的守护神螺纹桩短一点对安全影响很大 原文作者:力学Nerd王小胖 南京农业大学工学院副教授 科普领域创作者 )