某公路橋樁基參數(shù)的選取

宋 揚

(黑龍江省水利水電勘測設(shè)計研究院，哈爾濱 150080)

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某公路橋樁基參數(shù)的選取

宋 揚

(黑龍江省水利水電勘測設(shè)計研究院，哈爾濱 150080)

橋梁是最常見的公路交通建筑，橋梁結(jié)構(gòu)橋梁樁基礎(chǔ)設(shè)計中的樁基承載力計算是非常重要的一部分，文章結(jié)合典型的工程實例，通過對場地進(jìn)行鉆探及各種巖土試驗、原位測試指標(biāo)進(jìn)行數(shù)理統(tǒng)計，結(jié)合橋樁所處位置的工程地質(zhì)條件及水文地質(zhì)條件，論述并提出了橋樁基參數(shù)的取值方法，并通過計算合理給出樁側(cè)摩阻力及樁端阻力等樁基參數(shù)作為設(shè)計依據(jù)。

橋梁設(shè)計；樁基參數(shù)；樁端阻力；清底系數(shù)；承載力

0 引 言

橋梁做為公路交通的重要組成部分，在各種工程的勘察、設(shè)計、施工中都占有重要的地位。橋梁結(jié)構(gòu)橋梁樁基礎(chǔ)設(shè)計中樁基承載力的計算是非常重要的一部分。

某公路橋，位于北部引嫩工程依林排干上，長約80m，采用灌注樁基礎(chǔ)形式，為4跨5排雙柱樁，需計算其樁基參數(shù)。

1 工程及自然地理概況

本工程為尼爾基水利樞紐配套項目黑龍江省引嫩骨干一期工程的一部分，尼爾基水利樞紐配套項目黑龍江省引嫩骨干一期工程是從嫩江引水為大慶市提供工業(yè)及居民生活用水及沿途灌區(qū)用水的大型供水工程。

工程北起訥河市拉哈鎮(zhèn)西北拉哈-查哈陽公路渡口處,南至大慶市紅旗泡水庫;行政區(qū)劃包括訥河市、富?？h、依安縣、林甸縣、大慶市區(qū)及安達(dá)市。北引總干渠以烏裕爾河為界,分為烏北、烏南兩段。其中烏南段北起烏裕爾河交叉,南至薩爾圖分干進(jìn)水閘,全長113.502km。

工程區(qū)位于松嫩低平原東部，地形北高南低，東高西低，南北向地面比降約1/3000，東西向地面比降約1/1200，地面高程163-183m之間，地勢低平，呈微波狀或緩傾斜狀起伏，地表水系不發(fā)育，沼澤濕地及湖泡分布其間。地理坐標(biāo)為E47°21′-47°24′，N124°59′57″-125°00′00″。工程區(qū)系中溫帶大陸性季風(fēng)氣候，春季風(fēng)大少雨，夏季高溫多雨，秋季溫涼早霜，冬季嚴(yán)寒干燥。多年平均氣溫2℃左右，年降水量400-500mm，年水面蒸發(fā)量800-900mm，無霜期120-140d。地形北高南低，東高西低，南北向地面比降約1/3000，東西向地面比降約1/1200，地面高程163-183m之間，地勢低平，呈微波狀或緩傾斜狀起伏，地表水系不發(fā)育，沼澤濕地及湖泡分布其間。

工作區(qū)大地構(gòu)造單元，Ⅱ級區(qū)為松嫩中斷(坳)陷帶(Ⅲ3)，Ⅲ級區(qū)為中央坳陷帶(Ⅲ3)。中央坳陷帶(Ⅲ3)位于松嫩盆地中部，呈北北東向長條狀槽地，是一個長期繼承性坳陷區(qū)，基底為上元古界和晚印支期花崗巖，上部為巨厚的白堊紀(jì)-第三紀(jì)沉積，其中白堊系厚約3000-4000m，第三系厚約750-1300m。 區(qū)內(nèi)一般性構(gòu)造斷裂主要有富裕-泰來斷裂、訥河-綏化隱伏斷裂。工程區(qū)區(qū)域構(gòu)造穩(wěn)定，無活斷層。根據(jù)《中國地震動參數(shù)區(qū)劃圖》(GB18306—2015)，區(qū)內(nèi)地震動峰值加速度為0.05g，相當(dāng)于地震基本烈度為Ⅵ度。

2 項目區(qū)工程地質(zhì)概況

該建筑物位于松嫩低平原之上，地勢平坦，地面高程161.38-161.58m。建筑物勘察揭露的地層巖性自上而下為：

人工填土：巖性主要低液限黏土。第四系上更新統(tǒng)大興屯組(Q3d)：①低液限黏土(黃色，稍濕，可塑，黏性中等，分布連續(xù)，厚度5.40m-6.60m)、②低液限黏土(灰色，稍濕，可塑，黏性中等，分布連續(xù)，厚度3.30m-3.70m)、③含細(xì)粒土中砂(灰色，稍密，飽和。分布連續(xù)，厚度2.70m-6.50m)、④高液限黏土(灰色，稍濕，可塑，黏性中等，分布連續(xù)，厚度7.90m-12.50m)、⑤黏土質(zhì)中砂(灰色，中密，飽和，分布連續(xù)，該層未揭穿，揭露最大厚度8.30m)。

該建筑物地區(qū)分布第四系松散層孔隙微承壓水，含水層巖性主要為級配不良細(xì)砂。勘察期(9月、10月)地下水埋深2.15-2.50m，水位高程159.08-159.33m，與地表水水力聯(lián)系密切。黏性土層為微-弱透水，砂性土層為中-強透水。

依據(jù)野外標(biāo)貫測試，各層土承載力基本容許值見表1。

表1 各層土容許承載力[R]統(tǒng)計表

3 橋所處位置水文地質(zhì)概況

區(qū)域地下水的形成、分布、補給、徑流及排泄條件均受地質(zhì)構(gòu)造、地形地貌等因素控制。東北部高平原主要為第四系底部泰康組級配不良中、細(xì)砂，礫石孔隙承壓水；中南部為寬廣的低平原及河谷平原，地下水主要為第四系級配不良砂、礫孔隙潛水和孔隙承壓水[1-3]?，F(xiàn)將不同類型地下水的主要特征簡述如下：

3.1 第四系潛水

主要分布于嫩江、烏裕爾河等河谷漫灘及部分低平原地區(qū)，巖性為全新統(tǒng)、中下更新統(tǒng)級配不良砂、礫。埋藏較淺，透水性好，與河水互補關(guān)系密切，主要接受大氣降水、地下徑流及洪水期河水補給。區(qū)內(nèi)地形平坦，無河流外泄，潛水徑流較為緩慢，地面蒸發(fā)和植被蒸騰作用為主要排泄途徑。潛水總的流向與地形傾向大體一致，主要為由北東流向南西。

3.2 第四系承壓水

主要分布于局部低平原區(qū)及烏裕爾河一級階地區(qū)，含水層巖性為上更新統(tǒng)級配不良砂、礫。含水層被上部厚度較大的低液限黏土隔水層所覆蓋，構(gòu)成良好的承壓水盆地。補給來源主要是低液限黏土邊界以外的地區(qū)，易于接受大氣降水和河水的補給，該含水層與下伏泰康組承壓水含水層具有密切的水力聯(lián)系[4-6]。以向下游徑流及人工開采為其主要排泄途徑。

3.3 第四系底部泰康組承壓水

普遍埋藏于本區(qū)第四系底部。含水層巖性為下更新統(tǒng)泰康組級配不良砂、礫。該層承壓水受地形、地貌、地質(zhì)構(gòu)造及第四系覆蓋層巖性等因素的控制，含水巖層埋深由北向南逐漸增深，為20-130m，富水性也隨之增加。

以上兩個承壓水含水層水力聯(lián)系密切，承壓水的區(qū)域流向也與地形傾向基本一致，呈北北東-南南西向。

4 橋樁基參數(shù)計算

樁在豎向荷載作用下，樁頂荷載由樁側(cè)阻力和樁端阻力共同承受，而樁側(cè)阻力、樁側(cè)阻力的大小及分擔(dān)荷載比例，主要由樁側(cè)和樁端地基土的物理力學(xué)性質(zhì)、樁的尺寸和施工工藝決定，按承載性狀分類可分為摩擦樁(樁頂荷載主要由樁側(cè)阻力承受，并考慮樁端阻力)及端承樁(樁頂荷載主要由樁端阻力承受，并考慮樁側(cè)阻力)。本公路橋橋樁為端承樁。

橋樁基參數(shù)的計算就是通過野外實驗及公式求出樁側(cè)摩阻力及樁端土的承載力。鉆孔灌注樁的樁側(cè)土摩阻力值及樁端土的承載力容許值根據(jù)《公路橋涵地基與基礎(chǔ)設(shè)計規(guī)范》(JTGD63—2007)查表及計算求得，樁端土的承載力容許值計算公式如下：

(1)

其中：m0為清底系數(shù)，取值見表2；λ為修正系數(shù)，取值見表3；[fa0]為樁端土的承載力基本容許值；k2為容許承載力隨深度的修正系數(shù)，取值見表4；γ2為樁端以上各土層的加權(quán)平均重度，kN/m3；h為樁端的埋置深度，m。

表2 清底系數(shù)m0取值

注：1.t、d為樁端沉渣厚度和樁的直徑。2.當(dāng)d≤1.5m時，t≤300mm；d>1.5m時，t≤500mm，且0.1

本次設(shè)計公路橋樁直徑為1.20m，沉渣厚度取300mm，依據(jù)表2，清底系數(shù)的取值范圍并結(jié)合實際勘察工作，m0取0.8。

表3 修正系數(shù)λ取值

l為樁長，d為樁徑，本次設(shè)計公路橋樁直徑為1.20m，設(shè)計樁長20m，l/d為16.7，樁端所處地層巖性為高液限黏土及黏土質(zhì)中砂，高液限黏土為不透水性土，黏土質(zhì)中砂為透水性土，依據(jù)表3，修正系數(shù)的取值范圍λ值分別取為0.65及0.70。

樁端所處地層巖性為高液限黏土及黏土質(zhì)中砂，為一般黏性土及砂土。通過地質(zhì)勘察并實驗得出IL為0.14，依據(jù)表4，容許承載力隨深度的修正系數(shù)分別取為2.5及4.0。

擬建公路橋采用灌注樁基礎(chǔ)形式，設(shè)計樁長為20.0m，樁徑為1.20m。

根據(jù)勘察資料，樁端持力層為④層高液限黏土及⑤層黏土質(zhì)中砂，其承載力基本容許值分別為110kPa、180kPa。

鉆孔灌注樁的樁側(cè)土摩阻力標(biāo)準(zhǔn)值及樁端土的承載力容許值見表5。

表4 容許承載力隨深度的修正系數(shù)取值

表5 樁側(cè)土摩阻力標(biāo)準(zhǔn)值及樁端土的承載力容許值

樁基設(shè)計時應(yīng)考慮負(fù)摩阻力對單樁豎向承載力的影響。不論采用何種樁型，其單樁軸向受壓承載力容許值應(yīng)通過靜載荷試驗確定，樁基完成后應(yīng)嚴(yán)格按照相應(yīng)的規(guī)范、規(guī)程進(jìn)行檢測[7]。

本公路橋的樁端和樁身要穿越的土層主要由可塑狀的黏土、中密狀的中砂組成，鉆孔灌注樁適用于黏性土、粉土、砂土、礫石、非密實的碎石類土、強風(fēng)化巖等地質(zhì)條件，根據(jù)以上建議，本場地地層成樁條件良好，施工場地空曠、平坦，施工條件較好[8]。

[1]水利電力部水利水電規(guī)劃設(shè)計院.水利水電工程地質(zhì)手冊[M].北京：水利水電出版社，1985：27-30.

[2]水利部水利水電規(guī)劃設(shè)計總院，長江水利委員會長江勘測規(guī)劃設(shè)計研究院.GB50487-2008水利水電工程地質(zhì)勘察規(guī)范[S].北京：中國計劃出版社，2009。

[3]陳培.某電廠試樁工程檢測方案設(shè)計和結(jié)果分析[J].西部探礦工程，2011(06)：56-58.

[4]姚杰.超長鉆孔灌注樁試樁的監(jiān)理監(jiān)控重點[J].建設(shè)監(jiān)理，2011(05)：89-90.

[5]韓逾甫.某工程灌注樁試樁結(jié)果分析[J].山西建筑，2009(35)：12-14.

[6]程秉坤,鄧毅.自平衡試樁法在大直徑端承樁承載力檢測中的應(yīng)用[J].工程質(zhì)量，2008(19)：87-88.

[7]趙煉剛.試樁極限承載能力的估算[J].科技信息，2011(09)：59-62.

[8]桑曉農(nóng).淺談試樁中的幾個問題[J].山西建筑，2011(18)：48-50.

1007-7596(2017)03-0070-03

2017-02-26

宋揚(1984-)，男，黑龍江哈爾濱人，工程師。

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