1、引言

据媒体报道，山东莱荣高铁被举报偷工减料，记者经过了初步地调查，根据混凝土的用量推算，结果基本与举报的偷工减料相符。偷工减料的本质在于螺纹桩的长度不够，没有达到设计的标准。

媒体报道

在我们的常识中，高楼大厦打地基很常见。对于高铁来讲，如果是高架部分，需要打地基也很容易理解。但是实际上，高铁地基不仅仅是高架部分，普通段也需要打地基。由此，带来两个问题：1）普通段的螺纹桩是否有必要？2）螺纹桩的深度究竟对安全的影响有多大？

2、力的传递

铁路轨道大家都不陌生，主要由钢轨和枕木等组成。除此之外，就是这个碎石组成的道床。当列车行驶过来，列车的重力首先直接作用在钢轨上，再由钢轨作用在道床上。列车行驶时对钢轨的作用力是一种与时间有关的力，而非静态的载荷。在这种动态载荷的作用下，碎石的道床可以提供一定的缓冲，从而降低列车的振动（详见我之前的科普视频）。

铁路轨道

随着高铁的发展，速度的提升对轨道提出了更高的要求，碎石的道床无法满足高铁的减振需求，于是变成下“硬化”的轨道板+混凝土底座。刚度的提升，降低了轨道的下压变形，从而提升了高铁的安全性。

高铁的轨道

但是，无论是传统的铁路轨道，还是高铁的轨道，最终列车行驶过程中的力，都传递给路基。上图中的道床和混凝土底座都不是路基，而是依附于路基之上的。由此可见，路基非常重要，是一切承载的基础。

3、螺纹桩的作用

建筑行业，地基的重要性不言而喻，高层建筑尤为如此。所以，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。

高层建筑地基受力

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

4、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。

深度与桩侧阻力

承载力方面，螺纹桩越长，承载力越大。但是，这种承载能力的提升并非始终是线性的。到了一定程度，深度的增加，对承载能力的提升就没太大作用了，如下图，后期曲线基本上是平缓的。

承载能力随深度而增加

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。

5、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。