橋梁設(shè)計(jì)中的樁基設(shè)計(jì)分析

楊 敏

（濱州市公路勘察設(shè)計(jì)院有限公司，山東 濱州 256600）

1 樁基設(shè)計(jì)理論

樁基設(shè)計(jì)是檢測和控制樁基的抗壓能力，使其符合橋梁總設(shè)計(jì)的要求。橋梁樁基設(shè)計(jì)需要滿足兩個(gè)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(huì)產(chǎn)生誤差外的沉降變形，當(dāng)樁基受水平方向的荷載時(shí)，對樁產(chǎn)生的彎矩與變形在允許范圍內(nèi)。

樁基設(shè)計(jì)與其地基處理的不同之處在于其設(shè)計(jì)理念是“先實(shí)踐，后理論計(jì)算”。樁基設(shè)計(jì)主要包括承載能力設(shè)計(jì)和沉降變形計(jì)算，通過設(shè)置樁長、樁徑等參數(shù)設(shè)計(jì)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(jì)算。此外，配筋和承臺(tái)可以保障樁基具有足夠的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度，也是樁基設(shè)計(jì)的重要內(nèi)容，特別情況下，需要計(jì)算樁基和承臺(tái)的抗裂和裂縫長度。目前，我國樁基設(shè)計(jì)正處于變革時(shí)期，主要計(jì)算方法有：容許承載力計(jì)算、總安全系數(shù)計(jì)算、分項(xiàng)系數(shù)計(jì)算等。樁基計(jì)算理論主要分為兩類，容許應(yīng)力理論的定值設(shè)計(jì)和依托概率理論的極限狀態(tài)設(shè)計(jì)。

2 橋梁樁基設(shè)計(jì)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。而永久荷載源于橋梁樁基上部結(jié)構(gòu)應(yīng)力與自重，其給橋梁也會(huì)帶來影響。而可變荷載主要是由于受到車輛制動(dòng)、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。因此，橋梁樁基承受的荷載較大，這就需要我們緊密結(jié)合實(shí)際來強(qiáng)化荷載處理。

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(dòng)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(huì)給樁基帶來向下作用力，這個(gè)力就叫作負(fù)摩擦力，所以在計(jì)算時(shí)也應(yīng)該結(jié)合地質(zhì)做好對負(fù)摩阻力的精確計(jì)算。

3 橋梁工程樁基設(shè)計(jì)要點(diǎn)

3.1 準(zhǔn)確計(jì)算單樁豎向極限承載力

1）如果對樁基的設(shè)計(jì)要求達(dá)到甲級時(shí)，就需進(jìn)行試驗(yàn)，這時(shí)可利用單個(gè)樁基進(jìn)行實(shí)際測試，檢測樁基實(shí)際能夠承擔(dān)的承載力。2）如果對樁基的設(shè)計(jì)要求達(dá)到乙級時(shí)，且實(shí)際建造的地方地質(zhì)條件非常簡單，這時(shí)可從一項(xiàng)相似度非常高的工程進(jìn)行借鑒，且需符合相應(yīng)的要求，這時(shí)還可進(jìn)行綜合選擇。3）如果對樁基的設(shè)計(jì)要求達(dá)到丙級時(shí)，可以根據(jù)相應(yīng)的試驗(yàn)數(shù)據(jù)和實(shí)際經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行設(shè)計(jì)。在進(jìn)行極限端阻力、側(cè)阻力、單個(gè)樁基豎向極限承載力進(jìn)行實(shí)際的測試過程中應(yīng)滿足以下幾個(gè)要求：1）對比較常見的樁基類型，在進(jìn)行承載力的計(jì)算過程中可根據(jù)向應(yīng)的要求來進(jìn)行實(shí)際的測量和確認(rèn)。2）對一些直徑較大的樁基，在進(jìn)行實(shí)際的測量工作時(shí)，最有效的方法就是使用深層平板載荷試驗(yàn)，這是在測試極限端阻力時(shí)非常適用的一種方式。如果在實(shí)際的建設(shè)過程中使用的是鑲嵌形式樁基，則也可用平板載荷試驗(yàn)進(jìn)行實(shí)際的測試工作。3）在一般情況下，進(jìn)行樁基的側(cè)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(jìn)行實(shí)際的測量工作.并且還可對標(biāo)準(zhǔn)值和參數(shù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，并制訂成應(yīng)的曲線圖，所以可用這種方式來進(jìn)行實(shí)際值的測試工作，并得出相應(yīng)的結(jié)論。

3.2 樁端持力層厚度

嵌巖樁和支承樁都需要較大強(qiáng)度的持力層，巖石類型不同其強(qiáng)度與風(fēng)化產(chǎn)物也不盡相同，硬質(zhì)巖強(qiáng)度可達(dá)20～200MPa，完全符合嵌巖樁基底強(qiáng)度條件，所以本工程要求穿硬質(zhì)巖弱風(fēng)化層并嵌入微風(fēng)化巖層的設(shè)計(jì)不盡合理，增加施工難度的同時(shí)還會(huì)延長工期。所以在嵌巖樁設(shè)計(jì)時(shí)，必須考慮巖層裂隙發(fā)育、巖石強(qiáng)度等，只要達(dá)到樁基豎向應(yīng)力要求，嵌巖樁持力層可以選擇硬質(zhì)巖弱風(fēng)化層。

3.3 橋梁樁基高樁承臺(tái)優(yōu)化設(shè)計(jì)

高樁樁基是指有多根樁和基線的承臺(tái)組成的樁基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)，其主要作用是將樁端荷載通過承臺(tái)和樁傳入持力層地基中，在橋梁樁基中廣泛應(yīng)用該樁基作為基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)。高樁承臺(tái)能穿過軟土層進(jìn)入地下持力層，與低樁承臺(tái)相比具有更好的承載能力。在原有的高樁樁基設(shè)計(jì)基礎(chǔ)上，通過設(shè)置樁與樁間的連梁，增挖附樁，將一根樁改為四根，增加高樁承臺(tái)的穩(wěn)定性。

3.4 采用符合受力特點(diǎn)的樁基配筋構(gòu)造

樁基的各截面配筋，理論上應(yīng)根據(jù)樁基內(nèi)力計(jì)算進(jìn)行布置。樁基內(nèi)力可采用有可靠依據(jù)的方法計(jì)算，計(jì)算樁基內(nèi)力時(shí)，樁身的彎矩具有獨(dú)特的特點(diǎn)。

樁基彎矩分布規(guī)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(fā)生在第一個(gè)非完整波形內(nèi)，一般地面以下約3.5m位置，樁身彎矩在第一個(gè)彎矩零點(diǎn)以下很小，可以忽略不計(jì)，其下樁身主要起傳遞豎向力作用。

樁基配筋標(biāo)準(zhǔn)采用最大彎矩部位的內(nèi)力，經(jīng)行配筋驗(yàn)算，由樁基樁頂?shù)?倍樁徑范圍內(nèi)加密箍筋間距，加密箍筋間距一般為100mm。

4 結(jié)論

綜上所述，橋梁樁基在橋梁建設(shè)中起到重要作用。其樁基設(shè)計(jì)也是一個(gè)復(fù)雜且繁瑣的過程，在設(shè)計(jì)前設(shè)計(jì)人員必須全面了解橋梁樁基覆土層受力情況、樁徑比、樁基承載力、負(fù)摩阻力、嵌巖深度、樁端持力層厚度等。通過綜合對比和分析土層情況及樁端持力層性質(zhì)，才能確保橋梁樁基設(shè)計(jì)結(jié)果的合理性，為橋梁樁基施工提供科學(xué)可靠的依據(jù)。確保橋梁工程施工質(zhì)量、工期、造價(jià)等目標(biāo)的順利實(shí)現(xiàn)。