淺談橋梁樁基設(shè)計(jì)

王健

（廣東省建科建筑設(shè)計(jì)院有限公司 廣東廣州 510000）

在現(xiàn)代城市化建設(shè)中，橋梁發(fā)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(chǔ)，承擔(dān)著更大的使命。樁基礎(chǔ)通常承載能力高、后期質(zhì)量穩(wěn)定，往往是絕大多數(shù)橋梁工程首選的基礎(chǔ)形式，橋梁基礎(chǔ)的設(shè)計(jì)是否得當(dāng)，對工程的造價(jià)、質(zhì)量、工期影響很大，本文就樁基設(shè)計(jì)中的一些問題進(jìn)行初步探討。

1 橋梁樁基的設(shè)計(jì)原則

樁基作為上部結(jié)構(gòu)與基礎(chǔ)之間的連接部分，由于上部結(jié)構(gòu)的荷載作用，樁基與土層之間或產(chǎn)生一定的相對位移，因此，在進(jìn)行橋梁樁基礎(chǔ)設(shè)計(jì)時(shí)，要注意以下幾點(diǎn)。

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(xiàn)偶然荷載。

永久荷載是橋梁樁基礎(chǔ)上部結(jié)構(gòu)的荷載以及自重對橋梁產(chǎn)生的影響；可變荷載通常指車輛行駛過程中產(chǎn)生的作用力；偶然荷載一般是指不可避免的自然災(zāi)害對結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的影響。橋梁的樁基礎(chǔ)需要承受的荷載還有很多，所以在設(shè)計(jì)時(shí)，一定要充分考慮橋梁的實(shí)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(shí)際的選擇過程中應(yīng)對現(xiàn)場的實(shí)際情況進(jìn)行了解，并需注意細(xì)節(jié)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(chǎn)生嚴(yán)重的后果，一旦出現(xiàn)不可逆轉(zhuǎn)的后果，不僅會對行人的生命造成威脅，而且對一個(gè)城市的建設(shè)影響會非常的大。

樁基的選擇還有很多方面有關(guān)，比如樁基的基礎(chǔ)建設(shè)和施工情況，比如施工場地的地質(zhì)情況和環(huán)境影響，以及地基條件等方面都對樁基的選擇起到關(guān)鍵性的作用，所以這些條件均會決定樁基的實(shí)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(dān)著上部建筑與交通荷載的主要任務(wù)，根據(jù)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(shè)置在堅(jiān)硬的巖層上，依靠下方巖層的支撐來承擔(dān)上部結(jié)構(gòu)的荷載，這種樁體通常不會產(chǎn)生相對位移現(xiàn)象，也不會產(chǎn)生摩擦力；摩擦樁通常應(yīng)用于土層厚度較厚，而樁基長度無法抵達(dá)硬土層或者其他可靠持力層上時(shí)，樁的荷載主要依靠樁身和周圍土層之間的摩擦力承擔(dān)，此時(shí)樁端處土層或者巖層的反力較小。

而在設(shè)計(jì)中通常認(rèn)為端承樁不考慮土側(cè)阻力，但實(shí)際上，樁的端阻力、側(cè)阻力都與樁長與樁徑的比值等情況息息相關(guān)。對于樁底位于持力層風(fēng)化巖上時(shí)，當(dāng)樁長與樁徑之比位于15～20的濕作業(yè)鉆孔端承樁，其樁側(cè)阻力要優(yōu)先于樁端阻力發(fā)揮作用，其表現(xiàn)為摩擦型性狀。長徑比大于40時(shí)，且無軟弱土層覆蓋，樁端嵌入強(qiáng)風(fēng)化或中風(fēng)化巖層時(shí)，端承樁的樁端承載力小，樁基受力狀態(tài)為摩擦型樁的表現(xiàn)。

表1 《公路橋涵設(shè)計(jì)通用規(guī)范》（JTG D60-2015）中橋梁作用的分類

所以在橋梁樁基選型中，不應(yīng)單一由是否嵌入巖層來劃分其是端承樁和摩擦樁，還應(yīng)該考慮樁基的長徑比等有關(guān)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(guī)定，因此，在施工過程中需要注意以下幾點(diǎn)：

（1）盡量減少相鄰樁基對施工的影響；

（2）減少群樁效應(yīng)對施工產(chǎn)生的不利影響。

如果樁間距過長，對設(shè)計(jì)承臺會產(chǎn)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(xiàn)承載力下降的情況，而在大寬度橋梁橋臺設(shè)計(jì)時(shí)，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(shí)，每個(gè)樁之間互補(bǔ)影響，那么裝間距必須保持在樁徑的6～8倍，但其在應(yīng)用過程中很難做到，因此，很多國家的工程規(guī)范要求，最小間距應(yīng)保持在樁頭直徑的3.5倍左右。

2 橋梁樁基的設(shè)計(jì)要點(diǎn)

2.1 準(zhǔn)確計(jì)算單樁豎向極限承載力

樁基是橋梁基礎(chǔ)部分，所以在設(shè)計(jì)的過程中是應(yīng)用較廣，因此樁基的設(shè)計(jì)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(yīng)提出處理辦法。

在設(shè)計(jì)的過程中，除了要考慮基礎(chǔ)的軸心受力或者偏心受力外，還應(yīng)該考慮偶然作用對樁基的影響，最需考慮的突發(fā)狀況就是地震，所以在對一些地震發(fā)生概率比較高的地方對于承載力的計(jì)算一定要更加準(zhǔn)確，不能出現(xiàn)疏忽，這樣才能保證建筑質(zhì)量達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)。

在樁基的設(shè)計(jì)過程中，承載力的計(jì)算是非常關(guān)鍵的，所以在計(jì)算的時(shí)候需要滿足以下幾點(diǎn)要求。

（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。

2.2 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。

2.3 對于巖溶地基的鉆孔要求

在橋梁樁基的設(shè)計(jì)中有的地區(qū)溶洞較多，且會有兩軟弱巖層中夾帶強(qiáng)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(dá)持力層，這對與施工技術(shù)來講，具備了一定的難度。

一般來說，鉆孔前應(yīng)列出每個(gè)孔位的地質(zhì)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(jié)合地質(zhì)鉆探資料，為每根樁指定出相應(yīng)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(hù)筒跟進(jìn)至中、微風(fēng)化巖面，樁錘引孔深度為2～3m；鋼護(hù)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(hù)筒之間的空隙；沖錘接近溶洞及溶蝕段時(shí)，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(shí)回填黃泥片石（黃泥與片石比例為3：7），補(bǔ)充泥漿。

鋼護(hù)筒規(guī)格：直徑0.8m樁基采用直徑1.0m、壁厚10mm鋼護(hù)筒；直徑1.2m樁基采用直徑1.4m、壁厚12mm鋼護(hù)筒。

巖溶地層鉆孔作業(yè)宜選用沖擊鉆孔。

巖溶地層鉆孔應(yīng)做好以下準(zhǔn)備工作：

（1）應(yīng)準(zhǔn)備足夠的填充材料。

（2）機(jī)械設(shè)備應(yīng)準(zhǔn)備充分，單斗挖掘機(jī)、水泵等應(yīng)提前準(zhǔn)備好。

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

（4）巖溶地區(qū)鉆孔樁施工宜按照先長樁后短樁的順序進(jìn)行。

（5）鉆進(jìn)過程中當(dāng)時(shí)機(jī)地質(zhì)情況與設(shè)計(jì)不吻合時(shí)應(yīng)通知設(shè)計(jì)單位現(xiàn)場補(bǔ)勘。

（6）施工中應(yīng)不斷總結(jié)經(jīng)驗(yàn)，改進(jìn)鉆頭，合理選配泥漿指標(biāo)。

3 結(jié)束語

橋梁的樁基是橋梁建設(shè)的重中之重，也是最基礎(chǔ)的部分，樁基的設(shè)計(jì)包括大量復(fù)雜的工作，其設(shè)計(jì)會直接影響到橋梁質(zhì)量與整個(gè)工程的造價(jià)，合理設(shè)計(jì)的橋梁樁基是非常有必要的，在實(shí)際的橋梁樁基設(shè)計(jì)中，設(shè)計(jì)人員要考慮上覆土層、樁長徑比、嵌入基巖性質(zhì)等多種因素，進(jìn)行端承樁和摩擦樁的選擇，合理計(jì)算樁基承載力，對橋梁樁基周圍受力情況等進(jìn)行分析，通過總體土層情況和樁端持力層性質(zhì)，進(jìn)行綜合比對分析，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)值和試算數(shù)值相結(jié)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(shè)計(jì)更加科學(xué)合理，從而提高橋梁的安全性能，降低工程造價(jià)。

[1]《公路橋涵地基與基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范》（JTG D63-2007）.

[2]《公路橋涵設(shè)計(jì)通用規(guī)范》（JTG D60-2015）.

[3]《建筑樁基技術(shù)規(guī)范》（JGJ 94-2008）.