有關橋梁基礎大直徑挖孔樁應用的研究

王小駿

(貴州路橋集團有限公司)

0 引 言

大直徑人工挖孔擴底樁在建筑工程中運用比較廣泛，通過工程實踐證明，該技術的應用具有很多優勢，如造價低、施工速度快、機械操作簡單等。但這種技術在橋梁基礎施工中運用的比較少，因為橋梁基礎的施工會受到地質條件的影響。因此，其具體應用應該根據橋梁基礎地質情況的不同進行合理運用。本文結合工程實例，對大直徑挖空樁在橋梁基礎中的應用作闡述。

1 大直徑擴底樁的承載機理

通常情況下，大直徑擴底樁的承載力主要是樁周上的摩阻力以及端承力組成，如下列公式所示

Q=Qb+Qs=qbAb+qsAs

式中:Qb，Qs分別代表的是總端承載力和總摩阻力;qb，qs代表的是單位面積端承載力和單位面積摩阻力;Ab，As分別代表的是樁底截面積和樁側有效摩阻斷表面積。

大直徑擴底樁基礎，其深度超過5 m，就屬于基礎范疇。其承載機理和破壞機理有所差異，通常都是淺基礎或者是長頸基礎，和平常的樁基礎狀況都不同。可借助相關的試驗和測試，例如模型試驗和原位測試，對其進行分析與研究。據大量文獻資料顯示:首先，當淺基礎受到外力作用，其結構被破壞時，附近的土體就會發生不均勻沉降，而和其距離較遠的土體就會聳起，具體表現為剪切破壞。

其次，高杯口基礎的基地和擴基地存在相似之處，其端承面積一般都比較大，如圖1 所示，在施工過程中，由于及地上的壓密度比較高，埋深比較深，需要事先進行準備工作，例如開挖等，在完成了基礎部分的施工任務之后，再進行回填，這樣就能夠弱化長頸樁以及土體之間的摩擦力。在回填之后，基礎部分所受到的外部壓力會有所增加，但是上體后期骨戒之后其摩擦力會變成負的，這樣一來，總承載力就會比擴底基礎小。

圖1 高杯口基礎的基地

然后，樁基礎的破壞模式類屬于深層剪切和刺入破壞，因為其樁長都會比較長，其破壞反應是樁頂的下沉，樁周圍的土體就會出現隆起現象。

最后，大直徑擴底的承載機理是，其具像表現是變形，具體來說就是會向兩側產生擠壓作用，不會產生隆起，當荷載較小時，樁底周圍的土密度就會逐漸變小，荷載逐漸增大時，擴大頭底端外側就會出現傘形的拉裂縫，形成一定的拉力應力區，有時在端角處會形成局部深層剪切破壞，如圖2 所示。

圖2 局部深層剪切破壞

2 大直徑擴底樁的設計與施工

通過上述對樁基受力原理的分析，可以發現:大直徑擴底樁跟普通的樁基有所不同，有時在端角處形成局部深層剪切破壞。在實際的工程施工中，如何結合水文、地質條件等完成相關的計算工作，并且保證樁基的施工質量，需要相關技術人員進行深入研究和創造，指導相關施工人員按照技術要求進行操作。橋梁基礎大直徑挖孔樁的應用需要基于以下工作基礎之上。

2.1 設計內容

首先，在施工之前，需要對相關地質情況進行深入研究，確定巖石或者是支撐土的深度以及其他性質，從而對施工的可操作性進行初步評估，對施工中可能會遇到的問題進行預測，為做好預防工作打下堅實的基礎。其次，由于樁基的尺寸不同，要根據工程的施工要求以及特點選擇相適應的樁基尺寸，并且制定相關的施工方法，在設計的過程中，要確定施工的容許承載力。再次，要考慮到樁基下沉的意外情況。最后，要根據實際的施工情況以及施工任務的開展情況對設計以及施工方案進行不斷的調整。

2.2 設計特點

大直徑擴底樁基礎的設計計算要求和樁基有相似之處，該類基礎由于其受力情況比較復雜，如圖3 所示，且會受到土層不同擴底范圍的不同而呈現不同的狀態了，所以要通過設計與計算對可能出現的狀況進行充分考慮。

圖3 樁的承載力組成

由上圖可知，樁基在外荷載Q 的作用下，Qs 與Qp 的發揮程度和樁土之間的相對位移有關。樁基和土之間發生不大的相對位移時，摩阻力就可以充分發揮出來。

2.3 承載力計算

據相關的資料顯示，要想保證樁基豎向承載力的準確性，可以通過靜載試驗進行確定。但是靜載試驗也有一定的缺點，就是其耗費的時間較長，且試驗費用較高，所以一般的工程不可能采用靜載試驗對樁基的豎向承載力進行確認。就大多數工程的基礎條件來看，在條件允許的狀況下，都是采用規范公式進行計算的，并且根據相關技術人員以及施工人員的工作經驗進行確認或者是調整。從上述文中對大直徑擴底樁承載機理的分析，可以看出:有關力的計算和普通的樁徑計算有著很大的區別，另外，對于大直徑擴底樁來說，其端承載力是整體承載力的重要組成部分，且樁周圍會有摩擦現象發生，這在一定程度上會分散荷載，但是由于產生的摩擦作用會消耗掉承載力，使其承載力變弱，樁的荷載傳遞機理詳細如圖4 所示，樁側極限摩阻力的確定和樁側樁土間的剪切強度有所關聯，其計算如下

圖4 樁身荷載傳遞機理

τ=σhtgδ+Ca=Kσvtgδ+Ca

式中:τ 表示的是樁側單位面積的極限摩阻力;σh、σv表示的是土的水平應力及豎向應力;Ca、δ 表示的是樁、土間的粘結力及摩擦角;K 表示的是土的側壓力系數。

樁底極限阻力的確定，是將樁作為深埋基礎，在設定了某種假定情況下，運用極限平衡的理論，導出地基極限荷載(即樁底極限阻力)的理論公式

式中:表示的是樁底地基單位面積的極限荷載(kPa);表示的是與樁底形狀有關的系數;表示的是承載力系數，均與土的內摩擦角有關;表示的是樁底平面以上土的平均容重(kN/m3);表示的是樁的入土深度(m)。

在橋梁基礎施工中，可以通過理論公式計算樁的豎向承載力，從而便于大直徑挖孔樁技術的應用。

除此之外，對于大直徑樁側阻、端阻尺寸效應系數φsi，φp，在計算大孔徑擴底樁豎向承載力時，應該根據不同的地質條件以及荷載條件進行不同的處理，遵循具體問題具體分析原則。同時，由于擴底樁底的面積會有所不同，從而會發生基土的沉降變形，這時就要通過樁的沉降變形控制來緩解。

3 工程實例

某工程是當地某連續橋梁下部樁基工程，根據相關的工程地質報告，可以得出施工現場橋梁基礎容易出現不均勻沉降。因此，在施工中，對于相關構件的沉降差異要求極為嚴格。在經過多個設計施工方案對比之后，且綜合施工實效性以及可操作性因素，決定采用大直徑人工挖孔樁基礎。初定樁身的直徑是D=1 800 mm，擴底直徑DI =2 600 mm，樁身長度為L=15 500 mm，擴高為h=1 500 mm。

由于該場地的基礎上層土質含水量高，且狀態差，而且其河床的底部還有大量淤泥。因此，如何防止流沙以及涌水成為了施工的關鍵所在。在經過施工單位以及設計單位的多方討論之后，決定采用混凝土護壁，鋼護筒等多項綜合措施，解決了施工難題，在規定的施工工期內完成了所有施工任務。

4 結束語

綜上所述，大直徑擴底樁基礎有著自身的優點，但是也有諸多缺點，例如對施工環境要求較高，且操作比較復雜，需要以大量的計算工作為基礎，才能保證施工任務的順利展開。因此，作為施工單位和設計單位，一定要緊密配合，對施工工序和工藝進行嚴格控制，并盡量降低工程造價，保證工程的經濟效益和社會效益。

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