橋梁樁基設(shè)計要點(diǎn)分析

王晶 李擘

成都西南交通大學(xué)設(shè)計研究院有限公司中南分院 湖北武漢 430000

在橋梁工程施工的期間，橋梁樁基施工在整個工程中是最為重要的一個施工部位，橋梁樁基是橋梁上部荷載的載體，通過樁基礎(chǔ)可以有效地轉(zhuǎn)移到天然地基上，樁基礎(chǔ)因沉降量小，可最大程度地減少橋梁因沉降造成的損害現(xiàn)象，延長橋梁使用壽命。

1 樁基設(shè)計理論

樁基設(shè)計是檢測和控制樁基的抗壓能力，使其符合橋梁總設(shè)計的要求。橋梁樁基設(shè)計需要滿足兩個要求：一方面，樁基和土體之間要相互穩(wěn)定，滿足沉降位移要求；另一方面，樁基自身要有穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度，以滿足樁基承載力的要求。樁基和土體的相互作用可以保證樁基具有足夠大的承載能力，使樁身不會產(chǎn)生誤差外的沉降變形，當(dāng)樁基受水平方向的荷載時，對樁產(chǎn)生的彎矩與變形在允許范圍內(nèi)。樁基設(shè)計與其地基處理的不同之處在于其設(shè)計理念是“先實(shí)踐，后理論計算”。樁基設(shè)計主要包括承載能力設(shè)計和沉降變形計算，通過設(shè)置樁長、樁徑等參數(shù)設(shè)計樁基承載力，以保證樁基具有足夠的負(fù)荷能力。為避免過度變形造成橋梁損壞而進(jìn)行沉降變形計算。目前，我國樁基設(shè)計正處于變革時期，主要計算方法有：容許承載力計算、總安全系數(shù)計算、分項(xiàng)系數(shù)計算等。樁基計算理論主要分為兩類，容許應(yīng)力理論的定值設(shè)計和依托概率理論的極限狀態(tài)設(shè)計。定值設(shè)計法的原理是規(guī)定地基和樁身強(qiáng)度，限制剪切應(yīng)力來調(diào)整地基沉降，屬于較為典型的樁基驗(yàn)算方法。依據(jù)橋梁所處土體、河流等自然環(huán)境條件，確定樁基、承臺的參數(shù)設(shè)置以及圖紙驗(yàn)算樁基中各樁的承載力，根據(jù)工程實(shí)際情況對樁基進(jìn)行輕度和沉降計算，進(jìn)而完成墩臺下構(gòu)的設(shè)計[1]。

2 橋梁樁基設(shè)計荷載的基本梳理

第一，樁基荷載作用方面，因?yàn)闃蛄嚎梢猿惺艿暮奢d主要包含了永久荷載與可變荷載，但是在施工中，經(jīng)常受到諸多因素影響，也難以避免存在偶然荷載。而永久荷載源于橋面車輛、行人的荷載及橋梁結(jié)構(gòu)自重，可變荷載主要是由于受到車輛制動、牽引而形成的作用力。而偶然荷載則是指由于自然災(zāi)害而給樁基帶來的影響。第二，負(fù)摩擦力。若樁基周圍的地層出現(xiàn)了沉陷，就需要在地層樁體中出現(xiàn)向下滑動的位移，若此位移比樁基下沉的位移要大，那么樁側(cè)土就會給樁基帶來向下作用力，這個力就叫作負(fù)摩擦力，所以在計算時也應(yīng)該結(jié)合地質(zhì)做好對負(fù)摩阻力的精確計算。

3 橋梁樁基設(shè)計

橋梁樁基設(shè)計主要包括嵌入深度與承載力性能問題。樁基承載力性能研究包括受力狀態(tài)等方面，樁基承載性能研究方法主要有數(shù)值模擬法等，物理模擬法分為室內(nèi)相似模擬實(shí)驗(yàn)、現(xiàn)場原位實(shí)驗(yàn)。綜合分析樁基荷載傳遞性能，荷載由樁頂開始向下傳遞，樁側(cè)摩阻力達(dá)到一定限度后荷載增加，樁端發(fā)揮作用承擔(dān)增加荷載。樁基受力狀態(tài)特點(diǎn)為與多方面因素有關(guān)，如持力層性質(zhì)及覆蓋巖土性能等；樁身長徑比超過20，樁側(cè)摩阻力較大；小于20時樁基受力由樁端巖層承受；相對樁基偏位、裂縫大小、頂板厚度等因素影響樁基的承載力。橋梁樁基設(shè)計應(yīng)結(jié)合受力狀態(tài)影響因素，提高橋梁樁基整體質(zhì)量[2]。

樁基設(shè)計時，要求樁的各項(xiàng)參數(shù)都能充分發(fā)揮樁基的承載能力。無論是整體設(shè)計還是局部設(shè)計，應(yīng)當(dāng)滿足樁基設(shè)計要求，依照科學(xué)計算確定樁身材料的強(qiáng)度等級。在樁基設(shè)計過程中，要保證設(shè)計規(guī)劃切實(shí)可行，并符合橋梁的使用功能。同時，應(yīng)當(dāng)運(yùn)用先進(jìn)施工技術(shù)和施工方法，充分控制樁基的性能，最大程度發(fā)揮樁基的承載能力，使樁基設(shè)計成本最低，安全性能最佳，滿足樁基設(shè)計的多方面要求。橋梁樁基分為低樁臺和高樁臺，低樁臺適用于季節(jié)性等沖刷流速較小的河流；高樁臺適用于常年有水，沖刷力度較大的河流。在實(shí)際施工中，高樁臺是施工設(shè)計的重點(diǎn)。樁基設(shè)計主要參照初步規(guī)劃方案，結(jié)合實(shí)際施工環(huán)境和工程要求，完善制定安全、經(jīng)濟(jì)、適用的具體施工方案。其設(shè)計要點(diǎn)內(nèi)容包括樁基承載力計算、樁基承載性能分析、樁基嵌入深度、分析地基沉降變形問題、預(yù)估自然環(huán)境及其他因素對樁基的影響程度，采取相應(yīng)的防范措施[3]。

4 結(jié)語

橋梁樁基對橋梁穩(wěn)定性和支撐性起到了非常大的作用，可以說樁基是支撐橋梁荷載的主要結(jié)構(gòu)，其可以把所受到的荷載進(jìn)行有效分散，從而保障橋梁的安全。但是在橋梁樁基施工時，會因?yàn)槭┕さ墓に嚕饨绲囊蛩氐葘?dǎo)致在施工的過程中會遇到較多的困難。因此，橋梁樁基作為橋梁建設(shè)的基礎(chǔ)，其設(shè)計過程較為復(fù)雜，設(shè)計人員應(yīng)當(dāng)充分了解樁基實(shí)際情況和周圍自然環(huán)境，綜合分析樁基、土體、河流沖刷力等多種因素，全方位衡量后再完善樁基設(shè)計，確保橋梁樁基達(dá)到最大承載力并具有安全性，保證橋梁樁基施工質(zhì)量以及成本的合理性。橋梁樁基設(shè)計不僅受地質(zhì)條件、自然環(huán)境等因素制約，在施工中使用的施工技術(shù)和工藝也是影響樁基承載能力的重要因素。為此，施工人員應(yīng)提升施工工藝、完善施工管理制度、加大質(zhì)量檢測力度，提高后期施工效率，嚴(yán)格按照施工方案的規(guī)劃高質(zhì)量完成施工。