巖石地區(qū)橋梁工程擴大基礎(chǔ)與樁基礎(chǔ)對比分析

王兵

摘要：隨著我國交通基礎(chǔ)建設(shè)的迅速發(fā)展與興建，各地區(qū)橋梁建設(shè)日益增多。工程規(guī)模大、建設(shè)速度快、投資高的特點，對橋梁結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)的設(shè)計與施工要求越來越高。橋梁結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)類型設(shè)計與施工方法的選擇，不僅關(guān)系到工程造價的高低、工期的長短，而且還關(guān)系到施工的難易程度甚至結(jié)構(gòu)物的成敗，因此橋梁結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)選型至關(guān)重要。本文針對巖石地區(qū)常用的兩類基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)型式：擴大基礎(chǔ)和樁基礎(chǔ)，從橋梁結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)的受力特點、施工工序、經(jīng)濟性方面，對比分析了巖石地區(qū)橋梁工程擴大基礎(chǔ)與樁基礎(chǔ)各自的特點，為橋梁工程基礎(chǔ)設(shè)計選型與施工提供了一定的參考依據(jù)。

【關(guān)鍵詞】巖石地區(qū)；橋梁工程；基礎(chǔ)

1.工程實例

1.1橋梁基本參數(shù)

某橋梁上部結(jié)構(gòu)采用3x30m預(yù)應(yīng)力混凝土先簡支后連續(xù)箱梁，橋面半寬度為13.5m，梁高1.6m，蓋梁高度1.6m，寬度1.9m，橋墩高度13.5m，直徑1.6m。橋梁基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)型式選用擴大基礎(chǔ)和樁基礎(chǔ)進行對比分析。

其中，擴大基礎(chǔ)尺寸：襟邊寬度1.0m，分兩層，基礎(chǔ)底面橫橋向長度12.5m，順橋向長度5.6m。

1.2工程地質(zhì)資料工程地質(zhì)自上而下如下：

①層雜填土：灰褐色為主，松散，稍濕，粘性土為主，夾少量碎石、碎磚塊。層底標高4.12m。

②層粉質(zhì)黏土：灰黃色夾灰白色，可塑，含石英礫石，層底標高3.35m。承載力基本容許值[fa0]=210kPa，qik=80kPa；

③層中風化片麻巖：青灰色，鱗片粒狀變晶構(gòu)造，片麻狀構(gòu)造巖石結(jié)構(gòu)完整，[fa0]=1000kPa，qik=300kPa。巖石的飽和單軸抗壓強度frk標準值為26.12MPa，巖體質(zhì)量等級Ⅳ級，屬于較軟巖，局部為堅硬巖。

實例中巖石埋深較淺，橋墩處原地面標高4.920，巖石埋深1.57m。樁頂或擴大基礎(chǔ)頂面標高4.42m，樁底標高-5.58m，樁基嵌入③層中5D（D為樁基直徑），擴大基礎(chǔ)底面標高2.42m，持力層位于③層中風化片麻巖。

2.受力特點分析對比

擴大基礎(chǔ)或稱明挖擴大基礎(chǔ)，屬于淺基礎(chǔ)，承受墩柱傳來的上部結(jié)構(gòu)荷載，并通過底板直接傳遞給地基基礎(chǔ)。橋梁結(jié)構(gòu)上部結(jié)構(gòu)傳來的荷載往往較大，在擴大基礎(chǔ)截面突變位置，容易產(chǎn)生比較大的彎曲拉應(yīng)力和剪應(yīng)力，因此一般采用柔性擴大基礎(chǔ)，即在基礎(chǔ)內(nèi)配置足夠的鋼筋，防止基礎(chǔ)在薄弱處產(chǎn)生裂縫或者斷裂。柔性擴大基礎(chǔ)實際受力是承受彎矩和剪力的共同作用，在外荷載作用下，基礎(chǔ)可能產(chǎn)生以下破壞形式：彎曲破壞：當?shù)鼗戳Ξa(chǎn)生的彎曲應(yīng)力超過基礎(chǔ)的抗彎強度時，則發(fā)生此類破壞。沖切破壞：在上部荷載與地基反力作用下，基礎(chǔ)發(fā)生從柱邊沿45°角到基礎(chǔ)底部的穿透沖切角椎體破壞，其破壞機理就是破壞面上的主拉應(yīng)力超過了該截面的抗拉強度。

剪切破壞：基礎(chǔ)反力在柱子或基礎(chǔ)變截面處的豎向界面產(chǎn)生較大的剪力，則發(fā)生此類破壞。通常巖石地基具有較高的承載力和抵抗變形的能力，巖石地基上擴大基礎(chǔ)所需要的底面積較小，抗沖切能力能滿足規(guī)范要求，而基礎(chǔ)高度主要由抗剪切承載力控制。樁基礎(chǔ)屬于深基礎(chǔ)，將樁頂傳來的荷載傳遞到深部較堅硬的、壓縮性小的土層或巖層。巖石地區(qū)的樁基一般為嵌巖樁，即樁端嵌入巖體的樁。

嵌巖樁由于基巖強度高，壓縮性極小，樁可提供很高的承載力，同時嵌巖樁沉降也很小，因而在橋梁工程中得以廣泛運用。在工程實踐過程中，有些設(shè)計者認為嵌巖樁均為端承樁，只具有端阻力，不考慮土層側(cè)阻力，這種計算模式與許多工程實際不符。其實對于不同工程地質(zhì)條件，樁的幾何尺寸及成樁工藝，嵌巖樁表現(xiàn)出不同的承載性狀。對于樁端為基巖，樁周土不太弱的情況且長徑比L/D>35的嵌巖樁，樁側(cè)阻力是不容忽視的，這一點已被大量現(xiàn)場試驗結(jié)果所證明。

擴大基礎(chǔ)比樁基與土體的接觸面積更大，所以單位面積對土體的作用力較小，能承受較大荷載，對土層強度要求低，穩(wěn)定性好、埋深較淺，施工簡便，因此在埋深較淺的巖石地區(qū)，優(yōu)先選用擴大基礎(chǔ)。而在巖石埋深較深的地段，尤其是當上部覆蓋軟弱土層時，通常需要對地基進行加固處理才能達到承載力、沉降等要求，相反采用嵌巖樁會取得良好的效果。

3.施工工序?qū)Ρ?/p>

巖石地區(qū)擴大基礎(chǔ)通常情況下采用機械開挖，人工配合方案，一般施工工序為：測量定位→基坑開挖→基底檢查處理報驗→安裝模板→綁扎鋼筋→基礎(chǔ)混凝土澆筑→脫模養(yǎng)生。基坑開挖過程中容易出現(xiàn)基坑坑壁坍塌、基礎(chǔ)滑移或傾斜等事故。

常用的嵌巖樁成孔方法有：沖孔法、回旋鉆法、旋挖鉆法、潛孔錘法。一般施工工序為：測量定位→護筒設(shè)置→鉆機就位→鉆孔→清孔→鋼筋籠制作及吊裝→下導(dǎo)管→二次清孔→灌注混凝土→成樁。樁基礎(chǔ)施工過程中容易產(chǎn)生孔壁坍塌、斜孔、卡錘、沉渣過厚、灌注混凝土時鋼筋籠上浮等問題。相比擴大基礎(chǔ)施工，樁基礎(chǔ)施工工序多，產(chǎn)生質(zhì)量、安全問題的因素復(fù)雜。

本實例中，巖石屬于中風化片麻巖，由于巖狀多為傾斜，樁基礎(chǔ)施工過程中，經(jīng)常出現(xiàn)斜孔、卡錘等現(xiàn)象，因此采用樁基施工難度大，耗時長，樁基成孔時間通常需要15～20d；選用擴大基礎(chǔ)基坑開挖通常需要4～6d，不僅能充分發(fā)揮地基的承載能力，而且減少了時間成本，帶來了極大便利。

4.經(jīng)濟性對比

根據(jù)實例中基礎(chǔ)的尺寸參數(shù)、工程地質(zhì)，進行結(jié)構(gòu)驗算和配筋計算后，對比擴大基礎(chǔ)與樁基礎(chǔ)的經(jīng)濟指標。

根據(jù)《公路工程預(yù)算定額》（JTG/T B06-02-2007），結(jié)合擴大基礎(chǔ)與樁基礎(chǔ)的土石方量、混凝土用量、鋼筋用量等情況，對比分析兩種基礎(chǔ)的經(jīng)濟性。其中，擴大基礎(chǔ)C30混凝土用量為115.3m3，鋼筋用量3.8t；樁基礎(chǔ)（2根）C30混凝土用62.8m3，鋼筋用量5.0t。

通過表1的對比可知，在淺層巖石地區(qū)，擴大基礎(chǔ)比樁基礎(chǔ)更為經(jīng)濟，前者相比后者費用節(jié)省7012元左右，因此在此類情況下，優(yōu)選采用擴大基礎(chǔ)。

5.結(jié)束語

通過對比巖石地區(qū)橋梁擴大基礎(chǔ)與樁基礎(chǔ)的受力特點、施工工序和要點，以及經(jīng)濟性，得出在淺層巖石地區(qū)，擴大基礎(chǔ)相比樁基礎(chǔ)更合理，基礎(chǔ)埋深淺、穩(wěn)定性好、施工工序簡便、經(jīng)濟性較好、周期短的特點。當巖石上部覆蓋較厚的土層時，樁基礎(chǔ)相比擴大基礎(chǔ)更佳，樁端直接嵌入巖石層，穩(wěn)定性高、沉降小，并且具有較高的承載能力。

【參考文獻】

[1]橋梁群樁基礎(chǔ)抗震簡化計算模型的適用性研究[J]. 張永亮，王培山，陳興沖. 鐵道學報. 2015（02）

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