橋梁樁基設計中樁長計算問題的探討

王榮霞，趙瑞靜

（河北工業大學 土木工程學院，天津300401）

1 引言

在橋梁結構設計中，樁基礎的設計計算是其中很重要的一個內容，它直接關系到橋梁上部結構的安全和正常使用。筆者發現在最新頒布的公路橋涵地基基礎設計規范（JTG D63－2007）中，與被替代的舊規范（JTJ023－85）相比，在樁基設計內容中除了對構造要求有所增加之外，有一個很重要的變化點就是摩擦樁單樁軸向受壓承載力容許值的計算公式中對外荷載的規定不同，而這個公式恰是我們通常用來確定樁長的常用公式。同時筆者也在目前所有橋梁基礎工程教材中發現編者在計算樁長時均未考慮這一變化，存在很大不足。因此，本文通過一樁基計算示例說明依據新舊規范對樁長計算結果的不同，以充分說明新舊規范這一變化對現有結構的設計計算帶來的影響，這對于從事該專業設計的人員而言是比較重要的。

2 新舊規范公式的異同

2.1 公路橋涵地基基礎規范（JTJ023－85）

摩擦樁單樁軸向受壓承載力容許值［Ra］計算公式：

式中u為樁身周長；Ap為樁身截面積；n為土層數；li為局部沖刷線以下各土層的厚度（m）；qik為與li對應各土層與樁側的摩阻力標準值；［fa0］為樁端土承載力基本容許值；h為樁在地面或一般沖刷線以下的深度；k2為容許承載力隨深度的修正系數；γ2為樁端以上各土層的加權平均重度；λ為修正系數；m0為清底系數。規范說明公式中［Ra］在計算時，最大沖刷線以下的樁重的一半值作為荷載考慮。

2.2 公路橋涵地基基礎規范（JTG D63－2007）

該規范中，摩擦樁單樁軸向受壓承載力容許值［Ra］計算公式及各參數意義仍然同公式中一致，但最后一條計算［Ra］的不同規定是，樁身自重與置換土重（當自重計入浮力時，置換土重也計入浮力）的差值作為荷載考慮。

3 計算示例

3.1 設計資料

3.1.1 地質與水文資料

地基土為密實細砂夾礫石，地基土比例系數m＝10 000kN／m4；地基土的極限摩阻力τ＝70kPa；地基土內摩擦角φ＝40。內聚力c＝0；地基土容許承載力［fa0］＝400kPa；土容重γ＝11.80kN／m3（已考慮浮力）；地面標高為335.34m，常水位標高為339.00m，最大沖刷線標高為330.00m，一般沖刷線標高也為335.34m。

3.1.2 樁、墩尺寸與材料

墩帽頂標高為346.88m，樁頂標高為339.00m，墩柱頂標高為345.31m，墩柱直徑1.50m，樁直徑1.65m。

3.1.3 荷載情況

上部為30m預應力鋼筋混凝土梁，每一根樁承荷載為兩跨恒載反力N1＝1 376.00kN；蓋梁自重反力 N2＝256.50kN；系梁自重反力 N3＝76.40kN；一根墩柱（直徑1.5m）自重N4＝279.00kN；柱（直徑1.65m）自重每延10kN（已扣除浮力）；兩跨活載反力 N5＝675.486kN；一跨活載反力N6＝403.00kN；樁基礎采用沖抓錐鉆孔灌注樁基礎，為摩擦樁，見圖1。

3.2 按舊規范計算樁長

由于地基土層單一，用確定單樁容許承載力的經驗公式初步反算樁長，該樁埋入最大沖刷線以下深度為h，一般沖刷線以下深度為h3，則：

圖1 樁基計算

式中Nh為根樁受到的全部豎直荷載（kN），其余符號同前，最大沖刷線以下（入土深度）的樁重的－半作外荷計算。當兩跨活載時，

計算［P］時取以下數據，樁的設計樁徑1.65m，沖抓錐成孔直徑1.80m，樁周長，U＝π×1.80＝＝3，所以得。綜上所述，h＝10.09（m）.

3.3 按新規范計算樁長

公式中Nh為一根樁受到的全部豎直荷載（kN），其余符號同前，樁身自重q1與置換土重q2（當自重計入浮力時，置換土重也計入浮力）的差值作為荷載考慮。

3.4 兩者比較

從應用新規范計算得到的h＝8.9m可知，樁在最大沖刷線以下埋入深度與采用舊規范的10.09m相比小了1.1m，差值不可忽視。因此從這個數據上分析，舊規范的應用使得樁基設計更為保守，相對安全。但是，從公式本身的角度分析，由于采用了容許狀態法設計，因此新規范的計算具有一定的安全度。由于公式的數值多數是以靜載試驗為依據的，所以樁身自重已在土中取得平衡，所以不計入自重也是符合工程實際的。

4 結語

樁基礎的設計計算是橋梁結構設計中很重要的內容，本文通過一樁基計算示例，說明新規范對摩擦樁單樁軸向受壓承載力容許值的計算公式中荷載的規定不同，使得樁長計算結果比舊規范偏小，但由于樁長設計為容許狀態法，因此在安全度上仍有保證，而新規范的規定更貼合工程實際受力狀態。了解這一變化對現有結構的設計計算帶來的影響，這對于從事該專業設計的人員而言是非常重要的。

［1］凌治平，易經武.基礎工程［M］.北京：人民交通出版社，1997.

［2］中華人民共和國交通部.JTG D63－2007公路橋涵地基與基礎設計規范［S］.北京：人民交通出版社，2007.

［3］中華人民共和國交通部.JTJ 023－85公路橋涵地基與基礎設計規范［S］.北京：人民交通出版社，2006.