公路橋梁樁基設(shè)計應(yīng)注意的問題

陳德庚 陳禮游

摘要：隨著中國交通體系的快速發(fā)展，中國修建的橋梁愈來愈多，所以對橋梁設(shè)計方法的研究具備關(guān)鍵的實際意義。直接關(guān)系到橋梁施工質(zhì)量與工程造價的是橋梁樁基設(shè)計。就公路橋梁樁基設(shè)計中的某些問題實施初步探討。

關(guān)鍵詞：橋梁樁基；設(shè)計；樁基承載力

引言：樁基礎(chǔ)是橋梁的兩種關(guān)鍵基礎(chǔ)種類之一，在橋梁的設(shè)計計算和施工中起著至關(guān)重大的作用，萬丈高樓平地起，只有穩(wěn)固的基礎(chǔ)，才可以建造經(jīng)久耐用、安全穩(wěn)固的上部結(jié)構(gòu)。橋梁樁基的設(shè)計是不是得當(dāng)，對項目造價、質(zhì)量、工期和應(yīng)用影響非常大。筆者結(jié)合工作實踐，就樁基設(shè)計中要注意的問題實施初步探討。

1、樁基負(fù)摩阻力

1.1 樁與土中間的位移是施展樁基承載力的必要條件

對摩擦樁而言，就是經(jīng)過樁與土中間的相對位移所形成的摩阻力來供應(yīng)樁基自重與上部恒活載。正摩阻力是我們一般在計算樁長時所牽涉到的摩阻力，，就是大于四周土體沉降的樁的沉降，向上的摩阻力是四周土體對樁形成的。然而，由樁和四周土體的相對位移所確定的是用來作為樁側(cè)摩阻力的方向。例如路段是軟土的，尤其是在路段橋臺，受到臺背路基填土自重和汽車荷載的雙重功能的是深厚軟土，壓縮變形是其樁基四周的軟土層會形成的，這樣就出現(xiàn)了沉降。一旦其沉降量比樁基本身沉降量大的話，向下的摩阻力是四周土體對樁基形成的，這也便是大家所言的樁基負(fù)摩阻力。

1.2樁基在設(shè)計時，負(fù)摩阻力對樁基影響假如不思考的話，就也許會導(dǎo)致下面后果：

關(guān)于摩擦樁，會讓樁基加快下沉的速度，橋梁的上下構(gòu)造最后被破壞；關(guān)于端乘樁，樁身或樁端的地基有可能被破壞。所以，在橋梁實施設(shè)計時，負(fù)摩阻力給樁基承載力帶來的影響一定要思考到。形成負(fù)摩阻力關(guān)鍵的樁基表面有下面2種狀況：（1）荷載在樁基四周的地表面放置有很多，比如填土橋臺后路基等，地面沉降非常容易引發(fā)，負(fù)摩阻力形成；（2）降低地下水位，例如地下水抽取等行為，會讓土中增加有效應(yīng)力，從而造成土體固結(jié)，產(chǎn)生下沉。

2、科學(xué)計算樁基承載力

計算樁基承載力是橋梁設(shè)計的關(guān)鍵內(nèi)容。有關(guān)承載力的計算公司，《公路橋涵地基和基礎(chǔ)設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)》（JTJ024-85）給出了清楚的規(guī)定：在基巖上或嵌入基巖內(nèi)的鉆（挖）樁支承，其[P]是單樁軸向受壓容許承載力，能依照下式計算：

[P]=（c1A+c2uh）Ra

Ra--天然濕度的巖石單軸極限抗壓強度

h--樁嵌入基巖深度，風(fēng)化層不包含

U--樁嵌入基巖局部的橫截面周長，依照設(shè)計直徑計算

A--樁底截面面積

c1、e2--依據(jù)清孔狀況、巖石破碎程度等原因決定的系數(shù)

公式說明：嵌巖樁[P]的單樁軸向受壓容許承載力，樁底處巖石的強度與嵌入基巖的深度是決定的，還有清孔狀況、破碎的巖石程度等原因。依據(jù)標(biāo)準(zhǔn)描述，端承樁一般都以為是嵌巖樁，這個公式就適用?，F(xiàn)實上，只有在嵌巖樁絕對干凈的清孔，處于理想支撐的樁底，樁底巖石完整而且強度非常高時，樁的豎向位移非常微小，樁基才展現(xiàn)為典型的端承樁，公式的應(yīng)用是不容置疑的。

公式中對"h"的需求是"樁嵌入基巖的深度，不包含風(fēng)化層"。一般的了解是樁一定要嵌入新鮮基巖，而不管其上面風(fēng)化巖層的強度怎樣。有的強風(fēng)化硬質(zhì)巖，其極限強度常常大于極軟巖新鮮巖的強度。說明通常硬質(zhì)巖的微弱風(fēng)化層、甚至強風(fēng)化層的強度都比較高，不思考這些層次的嵌巖深度，所有都要求嵌入新鮮基巖是對的。依照這個原則，在風(fēng)化層非常厚的狀況下，樁基嵌巖非常深。在設(shè)計上，一定要造成計算承載力遠(yuǎn)小于現(xiàn)實極限承載能力P；在施工上，則會導(dǎo)致工程量的加大，延長工期。

項目試驗證明，當(dāng)巖面相對平整，樁為h>2d的嵌巖深度時，約占總荷載50%以上的樁側(cè)嵌固力。隨著增加的嵌固深度，也隨之加大承載力。但為h>3d的嵌固深度時，承載力增長不大。公式中沒有對h規(guī)定限值，也沒有隨h值加大而設(shè)定有關(guān)的折減系數(shù)。所以，在設(shè)計樁基實踐中，當(dāng)樁基承載力需要經(jīng)過相對大的嵌巖深度來提升時，不妨思考加大樁徑。

3、嵌巖深度與樁端持力層厚度

在橋梁設(shè)計樁基的經(jīng)過中，2個軟弱巖層中間需要穿越必然的厚度常常會遇到，而且?guī)r層強度非常高的狀況。這種狀況下，假如不能承載其厚度需求的是夾層厚度，那么鉆孔樁穿越夾層就需要了，以達(dá)到持力層。這是一個特別檢驗施工機械和施工進度的過程。確定樁底基巖厚度，關(guān)鍵有3個方面：

a.對于樁底以下局部，需要3倍樁徑區(qū)域內(nèi)沒有斷裂帶、軟弱夾層、分布的洞隙；b.嵌巖灌注樁四周嵌入完美與相對完整的最小深度微風(fēng)化、未風(fēng)化、中風(fēng)化硬質(zhì)巖體，不用思考樁身四周掩蓋土層側(cè)阻力，依照結(jié)需要擴散0.5m；c.樁端應(yīng)力區(qū)域內(nèi)沒有巖體的臨空面。通常夾層在滿足前2個條件的狀況下，就能作為持力層引用。制作巖溶區(qū)域的樁基，非常大程度上，因為分布的巖溶洞隙沒有規(guī)律性，再加上巖體多變的形狀，復(fù)雜的勘探方法，很難提前知道它正確的部位和大小，再加之增加的項目費用與復(fù)雜的邊界條件，造成延長工期。并且，跟普通巖石地巖溶地基比較，其影響愿意繁雜，區(qū)域相對廣。在以前的經(jīng)驗條件下，需要有5倍或4m、5m的樁端下樁徑持力層厚度，對于不一樣的單樁、不一樣樁徑承載力，在相同要求下，基樁端面以下要有5m完整的基巖，這2者可靠度不完全一樣。為讓樁基設(shè)計經(jīng)濟適當(dāng)，在試算數(shù)值相結(jié)合與經(jīng)驗值的辦法下，來決定嵌巖深度和樁端持力層厚度。

4、樁基配筋布置合理實施

在樁基實施配筋布置時，通常而言，要依照樁基內(nèi)力經(jīng)過精密的計算以后再實施布置。樁身彎矩存在下面4個方面的特點：第一，彎矩的分布呈一條自上向下遞減的波形曲線，而且遞減速度特別快；第二，存在于首個不完整的波形內(nèi)的是樁身最大的彎矩，很多都是距離地表以下3m的地方；第三，在首個彎矩零點以下很小的是樁身彎矩，能夠疏忽不計，其下樁身關(guān)鍵起傳遞豎向力功能；第四，第一個彎矩零點部位在樁入土深度h=4/αh處。

在公路橋梁樁基的設(shè)計經(jīng)過中，布置配筋的辦法有下面2種。首先根據(jù)最大彎矩處實施配筋。從樁頂一直伸到最大彎矩一半處下必然錨固長部位，讓一半配筋減少再一直伸至彎矩為零下必然錨固長部位，再下為素混凝土段。其次是把基樁主筋的1/2伸入樁底。從樁體的受力狀況、項目造價的高低與發(fā)生問題的處理難度等角度來分析，適用性更高的是第一種方法。詳細(xì)因素能總結(jié)為下面2點：（1）在第一種辦法中，有非常長一段樁基不需要設(shè)置鋼筋，所以相對第二種方法讓鋼筋的使用量減少了；（2）假如發(fā)生底部斷樁的情況，就算鋼筋籠被拔出來，依然可以按照之前的部位實施鉆孔，能夠有效的降低發(fā)生扁擔(dān)樁的概率。

結(jié)語：

總之，我們假如要設(shè)計好樁基礎(chǔ)，就一定要首先完全的了解和認(rèn)識它，在設(shè)計時必須要綜合公路橋梁的樁基承載力、嵌巖深度、樁基配筋、樁基負(fù)摩阻力等每一方面的原因?qū)嵤┛茖W(xué)分析，綜合給予分析與計算，從而科學(xué)、適當(dāng)?shù)膶嵤痘O(shè)計。只有這樣，才可以在提升橋梁安全、工程造價降低、橋梁耐久性增加等方面做出踴躍的貢獻。

參考文獻：

[1]楊麗玲，黃威. 關(guān)于公路工程混泥土橋梁裂縫的探討[J]. 中小企業(yè)管理與科技（下旬刊）， 2009（10）.