橋梁樁基設(shè)計(jì)中樁長計(jì)算問題的探討

王榮霞，趙瑞靜

（河北工業(yè)大學(xué) 土木工程學(xué)院，天津300401）

1 引言

在橋梁結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，樁基礎(chǔ)的設(shè)計(jì)計(jì)算是其中很重要的一個(gè)內(nèi)容，它直接關(guān)系到橋梁上部結(jié)構(gòu)的安全和正常使用。筆者發(fā)現(xiàn)在最新頒布的公路橋涵地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范（JTG D63－2007）中，與被替代的舊規(guī)范（JTJ023－85）相比，在樁基設(shè)計(jì)內(nèi)容中除了對(duì)構(gòu)造要求有所增加之外，有一個(gè)很重要的變化點(diǎn)就是摩擦樁單樁軸向受壓承載力容許值的計(jì)算公式中對(duì)外荷載的規(guī)定不同，而這個(gè)公式恰是我們通常用來確定樁長的常用公式。同時(shí)筆者也在目前所有橋梁基礎(chǔ)工程教材中發(fā)現(xiàn)編者在計(jì)算樁長時(shí)均未考慮這一變化，存在很大不足。因此，本文通過一樁基計(jì)算示例說明依據(jù)新舊規(guī)范對(duì)樁長計(jì)算結(jié)果的不同，以充分說明新舊規(guī)范這一變化對(duì)現(xiàn)有結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)計(jì)算帶來的影響，這對(duì)于從事該專業(yè)設(shè)計(jì)的人員而言是比較重要的。

2 新舊規(guī)范公式的異同

2.1 公路橋涵地基基礎(chǔ)規(guī)范（JTJ023－85）

摩擦樁單樁軸向受壓承載力容許值［Ra］計(jì)算公式：

式中u為樁身周長；Ap為樁身截面積；n為土層數(shù)；li為局部沖刷線以下各土層的厚度（m）；qik為與li對(duì)應(yīng)各土層與樁側(cè)的摩阻力標(biāo)準(zhǔn)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(shù)；γ2為樁端以上各土層的加權(quán)平均重度；λ為修正系數(shù)；m0為清底系數(shù)。規(guī)范說明公式中［Ra］在計(jì)算時(shí)，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(chǔ)規(guī)范（JTG D63－2007）

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

3 計(jì)算示例

3.1 設(shè)計(jì)資料

3.1.1 地質(zhì)與水文資料

地基土為密實(shí)細(xì)砂夾礫石，地基土比例系數(shù)m＝10 000kN／m4；地基土的極限摩阻力τ＝70kPa；地基土內(nèi)摩擦角φ＝40。內(nèi)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(biāo)高為335.34m，常水位標(biāo)高為339.00m，最大沖刷線標(biāo)高為330.00m，一般沖刷線標(biāo)高也為335.34m。

3.1.2 樁、墩尺寸與材料

墩帽頂標(biāo)高為346.88m，樁頂標(biāo)高為339.00m，墩柱頂標(biāo)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(yù)應(yīng)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(chǔ)采用沖抓錐鉆孔灌注樁基礎(chǔ)，為摩擦樁，見圖1。

3.2 按舊規(guī)范計(jì)算樁長

由于地基土層單一，用確定單樁容許承載力的經(jīng)驗(yàn)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(jì)算

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

計(jì)算［P］時(shí)取以下數(shù)據(jù)，樁的設(shè)計(jì)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(guī)范計(jì)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(hào)同前，樁身自重q1與置換土重q2（當(dāng)自重計(jì)入浮力時(shí)，置換土重也計(jì)入浮力）的差值作為荷載考慮。

3.4 兩者比較

從應(yīng)用新規(guī)范計(jì)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(guī)范的10.09m相比小了1.1m，差值不可忽視。因此從這個(gè)數(shù)據(jù)上分析，舊規(guī)范的應(yīng)用使得樁基設(shè)計(jì)更為保守，相對(duì)安全。但是，從公式本身的角度分析，由于采用了容許狀態(tài)法設(shè)計(jì)，因此新規(guī)范的計(jì)算具有一定的安全度。由于公式的數(shù)值多數(shù)是以靜載試驗(yàn)為依據(jù)的，所以樁身自重已在土中取得平衡，所以不計(jì)入自重也是符合工程實(shí)際的。

4 結(jié)語

樁基礎(chǔ)的設(shè)計(jì)計(jì)算是橋梁結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中很重要的內(nèi)容，本文通過一樁基計(jì)算示例，說明新規(guī)范對(duì)摩擦樁單樁軸向受壓承載力容許值的計(jì)算公式中荷載的規(guī)定不同，使得樁長計(jì)算結(jié)果比舊規(guī)范偏小，但由于樁長設(shè)計(jì)為容許狀態(tài)法，因此在安全度上仍有保證，而新規(guī)范的規(guī)定更貼合工程實(shí)際受力狀態(tài)。了解這一變化對(duì)現(xiàn)有結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)計(jì)算帶來的影響，這對(duì)于從事該專業(yè)設(shè)計(jì)的人員而言是非常重要的。

［1］凌治平，易經(jīng)武.基礎(chǔ)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(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)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(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范［S］.北京：人民交通出版社，2006.