淺談橋梁樁基設計

王健

（廣東省建科建筑設計院有限公司 廣東廣州 510000）

在現代城市化建設中，橋梁發揮著越來越重要的作用，作為橋梁的重要組成部分，傳遞著上部大部分荷載的樁基礎，承擔著更大的使命。樁基礎通常承載能力高、后期質量穩定，往往是絕大多數橋梁工程首選的基礎形式，橋梁基礎的設計是否得當，對工程的造價、質量、工期影響很大，本文就樁基設計中的一些問題進行初步探討。

1 橋梁樁基的設計原則

樁基作為上部結構與基礎之間的連接部分，由于上部結構的荷載作用，樁基與土層之間或產生一定的相對位移，因此，在進行橋梁樁基礎設計時，要注意以下幾點。

1.1 樁基荷載的作用

橋梁承受的荷載總的來說可以分為永久荷載和可變荷載，由于施工中會受到很多外界因素的影響，所以還會出現偶然荷載。

永久荷載是橋梁樁基礎上部結構的荷載以及自重對橋梁產生的影響；可變荷載通常指車輛行駛過程中產生的作用力；偶然荷載一般是指不可避免的自然災害對結構產生的影響。橋梁的樁基礎需要承受的荷載還有很多，所以在設計時，一定要充分考慮橋梁的實際狀況，對荷載予以合理的處理。

1.2 樁基選型

樁基的選擇工作是極為重要的，所以在實際的選擇過程中應對現場的實際情況進行了解，并需注意細節對橋梁樁基的影響，如果選擇的種類有問題，那么在后期使用過程中，就有可能產生嚴重的后果，一旦出現不可逆轉的后果，不僅會對行人的生命造成威脅，而且對一個城市的建設影響會非常的大。

樁基的選擇還有很多方面有關，比如樁基的基礎建設和施工情況，比如施工場地的地質情況和環境影響，以及地基條件等方面都對樁基的選擇起到關鍵性的作用，所以這些條件均會決定樁基的實際形狀、支撐方式和樁基的施工用量和施工方法。

在橋梁工程中，樁基的承擔著上部建筑與交通荷載的主要任務，根據荷載在樁基上的傳播方式和路徑的不同，可將樁基分為摩擦樁與端承樁。端承樁通常深入到土層的深處，并設置在堅硬的巖層上，依靠下方巖層的支撐來承擔上部結構的荷載，這種樁體通常不會產生相對位移現象，也不會產生摩擦力；摩擦樁通常應用于土層厚度較厚，而樁基長度無法抵達硬土層或者其他可靠持力層上時，樁的荷載主要依靠樁身和周圍土層之間的摩擦力承擔，此時樁端處土層或者巖層的反力較小。

而在設計中通常認為端承樁不考慮土側阻力，但實際上，樁的端阻力、側阻力都與樁長與樁徑的比值等情況息息相關。對于樁底位于持力層風化巖上時，當樁長與樁徑之比位于15～20的濕作業鉆孔端承樁，其樁側阻力要優先于樁端阻力發揮作用，其表現為摩擦型性狀。長徑比大于40時，且無軟弱土層覆蓋，樁端嵌入強風化或中風化巖層時，端承樁的樁端承載力小，樁基受力狀態為摩擦型樁的表現。

表1 《公路橋涵設計通用規范》（JTG D60-2015）中橋梁作用的分類

所以在橋梁樁基選型中，不應單一由是否嵌入巖層來劃分其是端承樁和摩擦樁，還應該考慮樁基的長徑比等有關因素去判別。

1.3 樁基間距

樁基在施工過程中存在對最小間距的規定，因此，在施工過程中需要注意以下幾點：

（1）盡量減少相鄰樁基對施工的影響；

（2）減少群樁效應對施工產生的不利影響。

如果樁間距過長，對設計承臺會產生不利影響，如果樁基間距過小，會給施工造成一定的障礙，或者出現承載力下降的情況，而在大寬度橋梁橋臺設計時，樁基形式一般采用群樁加大承臺的形式，要讓群樁在受力時，每個樁之間互補影響，那么裝間距必須保持在樁徑的6～8倍，但其在應用過程中很難做到，因此，很多國家的工程規范要求，最小間距應保持在樁頭直徑的3.5倍左右。

2 橋梁樁基的設計要點

2.1 準確計算單樁豎向極限承載力

樁基是橋梁基礎部分，所以在設計的過程中是應用較廣，因此樁基的設計條件和限制都存在著一定的差異，如果差異較小則可不去理會，如果差異較大則應提出處理辦法。

在設計的過程中，除了要考慮基礎的軸心受力或者偏心受力外，還應該考慮偶然作用對樁基的影響，最需考慮的突發狀況就是地震，所以在對一些地震發生概率比較高的地方對于承載力的計算一定要更加準確，不能出現疏忽，這樣才能保證建筑質量達到標準。

在樁基的設計過程中，承載力的計算是非常關鍵的，所以在計算的時候需要滿足以下幾點要求。

（1）如果對樁基的設計要求達到甲級時，就需進行試驗，這時可利用單個樁基進行實際測試，檢測樁基實際能夠承擔的承載力。

（2）如果對樁基的設計要求達到乙級時，且實際建造的地方地質條件非常簡單，這時可從一項相似度非常高的工程進行借鑒，且需符合相應的要求，這時還可進行綜合選擇。

（3）如果對樁基的設計要求達到丙級時，可以根據相應的試驗數據和實際經驗進行設計。

在進行極限端阻力、側阻力、單個樁基豎向極限承載力進行實際的測試過程中應滿足以下幾個要求：

（1）對比較常見的樁基類型，在進行承載力的計算過程中可根據向應的要求來進行實際的測量和確認。

（2）對一些直徑較大的樁基，在進行實際的測量工作時，最有效的方法就是使用深層平板載荷試驗，這是在測試極限端阻力時非常適用的一種方式。如果在實際的建設過程中使用的是鑲嵌形式樁基，則也可用平板載荷試驗進行實際的測試工作。

（3）在一般情況下，進行樁基的側阻力和阻力的測量方式上可使用先埋藏測試元件的形式來進行實際的測量工作.并且還可對標準值和參數進行統計，并制訂成應的曲線圖，所以可用這種方式來進行實際值的測試工作，并得出相應的結論。

2.2 采用符合受力特點的樁基配筋構造

樁基的各截面配筋，理論上應根據樁基內力計算進行布置。樁基內力可采用有可靠依據的方法計算，計算樁基內力時，樁身的彎矩具有獨特的特點。

樁基彎矩分布規律近似于1條自樁頂向下衰減的波形曲線，且衰減很快，樁身最大彎矩發生在第一個非完整波形內，一般地面以下約3.5m位置，樁身彎矩在第一個彎矩零點以下很小，可以忽略不計，其下樁身主要起傳遞豎向力作用。

樁基配筋標準采用最大彎矩部位的內力，經行配筋驗算，由樁基樁頂的5倍樁徑范圍內加密箍筋間距，加密箍筋間距一般為100mm。

2.3 對于巖溶地基的鉆孔要求

在橋梁樁基的設計中有的地區溶洞較多，且會有兩軟弱巖層中夾帶強度較大的且有一定厚度的巖層，即夾層，若夾層厚度不滿足承載力的要求，那么就需要鉆孔樁穿越夾層，到達持力層，這對與施工技術來講，具備了一定的難度。

一般來說，鉆孔前應列出每個孔位的地質柱狀圖，包括溶洞的大小、位置、填充情況、頂板厚度、是否存在易塌孔地層等。結合地質鉆探資料，為每根樁指定出相應的地表加固、溶洞處理方案、鉆孔方法。

圖1 橋梁樁基的綁扎

對于需要穿過溶洞的樁基，施工處理措施如下：下鋼護筒跟進至中、微風化巖面，樁錘引孔深度為2～3m；鋼護筒捶打至巖面后，暫停沖孔，澆注2m高C15素混凝土，封閉巖面與鋼護筒之間的空隙；沖錘接近溶洞及溶蝕段時，改用小錘，采用高頻率低沖錘方式緩慢沖破溶洞頂，密切觀察沉降，隨時回填黃泥片石（黃泥與片石比例為3：7），補充泥漿。

鋼護筒規格：直徑0.8m樁基采用直徑1.0m、壁厚10mm鋼護筒；直徑1.2m樁基采用直徑1.4m、壁厚12mm鋼護筒。

巖溶地層鉆孔作業宜選用沖擊鉆孔。

巖溶地層鉆孔應做好以下準備工作：

（1）應準備足夠的填充材料。

（2）機械設備應準備充分，單斗挖掘機、水泵等應提前準備好。

（3）泥漿池容量應考慮溶洞漏水補給要求。泥漿池、排水溝、施工場地應進行地表防水處理，防止地表水滲入地下。

（4）巖溶地區鉆孔樁施工宜按照先長樁后短樁的順序進行。

（5）鉆進過程中當時機地質情況與設計不吻合時應通知設計單位現場補勘。

（6）施工中應不斷總結經驗，改進鉆頭，合理選配泥漿指標。

3 結束語

橋梁的樁基是橋梁建設的重中之重，也是最基礎的部分，樁基的設計包括大量復雜的工作，其設計會直接影響到橋梁質量與整個工程的造價，合理設計的橋梁樁基是非常有必要的，在實際的橋梁樁基設計中，設計人員要考慮上覆土層、樁長徑比、嵌入基巖性質等多種因素，進行端承樁和摩擦樁的選擇，合理計算樁基承載力，對橋梁樁基周圍受力情況等進行分析，通過總體土層情況和樁端持力層性質，進行綜合比對分析，根據經驗值和試算數值相結合的方法來確定持力層厚度，采取合理的樁基配筋布置，只有這樣才能保證橋梁樁基的設計更加科學合理，從而提高橋梁的安全性能，降低工程造價。

[1]《公路橋涵地基與基礎設計規范》（JTG D63-2007）.

[2]《公路橋涵設計通用規范》（JTG D60-2015）.

[3]《建筑樁基技術規范》（JGJ 94-2008）.