公路橋梁樁基的設(shè)計與施工工藝分析

【關(guān)鍵字】樁基設(shè)計；公路橋梁樁基；工程質(zhì)量

　　樁基的設(shè)計是橋梁建設(shè)過程中最為基礎(chǔ)的工作。對橋梁進行樁基設(shè)計是一個十分繁瑣和復(fù)雜的過程，在設(shè)計過程中必須考慮多種因素的影響，如計算樁基承載力、研究樁基的受力機理、樁基的嵌巖深度以及樁基的負摩阻力等，通過對這些因素進行綜合的分析與計算，才能最終給出科學(xué)、合理的樁基設(shè)計方案。只有這樣才能降低工程成本、提高橋梁建設(shè)的安全性、可靠性、耐久性等。

　　1、計算橋梁樁基的承載力情況

　　在橋梁建設(shè)中，計算橋梁樁基承載力是橋梁設(shè)計的核心。在《公路橋梁地基與基礎(chǔ)設(shè)計規(guī)范手冊》中明確規(guī)定了公路橋梁樁基承載力的計算公式，支承在嵌入基巖內(nèi)或基巖上的鉆(挖)樁。公式中，關(guān)于單樁軸向受壓容許承載力[P]的計算公式為：

　　[P]=（C1A+C2Uh）Ra

　　C1、C2代表確定系數(shù)，一般需綜合考慮巖石破碎程度、清孔的情況等因素；h表示不包括風(fēng)化層的樁嵌入基巖深度；Ra表示在極限范圍內(nèi)，天然濕度條件下的巖石單軸抗壓強度；A代表了樁底的橫截面總面積；U代表嵌入基巖部分的樁基橫截面周長長度，一般以設(shè)計直徑為準。

　　從計算公式可以發(fā)現(xiàn)：樁底位置的嵌入基巖的深度和巖石強度與單樁軸向受壓承載力有極為密切的聯(lián)系，并且在建設(shè)過程中還要兼顧巖石破碎程度以及鉆孔的清理情況等因素的影響。在橋梁建設(shè)的傳統(tǒng)觀念里，“端承樁”可等同于嵌巖樁，此公式的適用性才相對較高�？墒�，在實際橋梁建設(shè)中，還存在諸多其他因素的影響，如樁底的巖石強度打不到強度要求，鉆孔存在較多的殘渣，由于受到殘渣的影響，樁底可能發(fā)生縱向位移。而且，很大程度上，樁基必然受到摩擦力的影響，因此不能真正意義成為“端承樁”對象�？梢哉f，此公式的適用度不高，只能在理想狀態(tài)下，才具有計算與應(yīng)用價值。

　　公式里對“h”的要求前提是“不包括風(fēng)化層”的樁嵌入基巖的深度。一般情況下不論其上面風(fēng)化巖層的強度大小如何，樁基必須嵌入在新鮮的基巖上。如花崗巖等強風(fēng)化硬質(zhì)巖，其巖體的極限強度一般大于等于新鮮巖體的強度。這說明硬質(zhì)巖的微弱風(fēng)化層強度較高，具體體現(xiàn)在強風(fēng)化層的強度上。因此，一味要求嵌入新鮮基巖在實際建設(shè)中是不妥的，可以這些層次嵌入深度不予考慮�；�于此原則，樁基的嵌巖，其深度較厚，風(fēng)化層也相對較厚。這些因素直接導(dǎo)致計算承載力[P]的計算數(shù)據(jù)的失真。一般來說，其實際極限承載能力遠遠大于計算結(jié)果；因此在施工過程中必然導(dǎo)致工程的延期，以及增大工程的施工量。

　　2、計算橋梁樁基的沉降情況

　　橋梁樁基存在的沉降是必然，然而解決這個問題是十分復(fù)雜、繁瑣的。由于通過設(shè)備很難對樁體周圍的土體的應(yīng)力變化關(guān)系給出實際、細致的觀測，我們還不能通過對客觀現(xiàn)象觀察，建立應(yīng)力的數(shù)學(xué)模型，不能提煉出反映樁體周圍土質(zhì)的真實的應(yīng)力關(guān)系。通過土體中樁基礎(chǔ)的觀測，特別是對軟土中摩擦樁的沉降過程的觀測，我們發(fā)現(xiàn)其存在一定的規(guī)律。在時間維度上，其具有一定的它的時間性。一般來說，土中樁基礎(chǔ)的沉降需要一個較長的沉降過程的，在工程竣工后，一般需要8～10年時間，而沉降速率可以降到每年7mm左右。這些現(xiàn)象說明，軟土中的樁基礎(chǔ)沉降的與時間因素有直接關(guān)系。按土力學(xué)的理論，樁基沉降的主要部分包括兩個部分，即應(yīng)土體的流變和固結(jié)變形；而刺入變形是樁基礎(chǔ)沉降的第二特征。通過一系列的試驗研究，我們發(fā)現(xiàn)：樁基發(fā)生不同程度的沉降后，構(gòu)成樁沉降的不可忽略的一部分原因就是刺入變形。試驗的時間不能太長，這樣不能保證土的徐變現(xiàn)象和固結(jié)的充分發(fā)展。但是在樁基礎(chǔ)沉降的產(chǎn)生和發(fā)展過程里，樁端附近的土體和樁基兩側(cè)很早就表現(xiàn)出“非線性”特征，土體出現(xiàn)塑性不僅僅在樁基的承載力在達到極限范圍時才體現(xiàn)出來。通過對樁側(cè)摩阻力的研究時我們還發(fā)現(xiàn)：相對位移相對較小時，相對位移和摩阻力的大小成正比關(guān)系。而相對位移接近極限值Q，此時的摩阻力也達到最大，進而產(chǎn)生相應(yīng)的滑動位移。極限值Q也被稱為最大彈性位移，學(xué)術(shù)界一般界定Q的范圍在3～6mm之間。對于細長樁來說，樁基的頂部承載的荷載不高時，由于彈性壓縮的原因，樁基周圍土層的位移就超過極值時，便產(chǎn)生相應(yīng)的滑移。在連續(xù)加載的環(huán)節(jié)里，產(chǎn)生滑移區(qū)域也隨之?dāng)U大；樁基與樁基間的土體變形的固結(jié)和徐變使得相對滑移區(qū)域產(chǎn)生周期性變化。這是產(chǎn)生橋梁樁基刺入變形的最基本要素。

　　3、樁端持力層厚度及嵌入巖層深度

　　在樁基設(shè)計過程里，一般會遇到不同軟弱巖層間的穿越，尤其需要穿越強度很高的巖層時，若夾層厚度不能承載其基本的厚度范圍，那就需要鉆孔樁對夾層進行穿越，這才可以到達持力層。這點是十分考驗施工進度的，同時對于工程機械來說也提出了十分苛刻的要求。

　　樁底基巖厚度的確定，可以從以下幾個條件出發(fā)進行考慮：在對樁身周圍覆蓋的土層側(cè)阻力不進行考慮時，在嵌入巖層的灌注樁周邊可以嵌入相對完整的中風(fēng)化、未風(fēng)化以及微風(fēng)化等最小深度的硬質(zhì)巖體，構(gòu)造要求一般為0.6米；同時要求樁底以下4倍的樁基直徑范圍內(nèi)需要沒有洞隙、斷裂帶和軟弱夾層的分布；在樁端的應(yīng)力擴散范圍內(nèi)，需要沒有巖體的臨空面。而對于一般夾層來說，僅需要其滿足其前面兩個條件即可。有些樁基位于巖溶地區(qū)，其巖體形狀一般來說奇特且多變，毫無規(guī)律可循，借助先進的勘探手段也不能探明其準確大小與實際位置，直接導(dǎo)致工程費用增加和工程工期延長。為保證樁基設(shè)計的合理性、科學(xué)性、經(jīng)濟性，我們必須結(jié)合實際經(jīng)驗與計算數(shù)值科學(xué)確定樁端持力層和嵌入巖層深度的厚度值，為工程施工奠定理論基礎(chǔ)。

　　4、采取合理的樁基配筋布置

　　理論上，基樁的各個截面的配筋需根據(jù)樁基內(nèi)力進行統(tǒng)一的計算和布置�？刹捎糜锌煽恳罁�(jù)的方法對樁基內(nèi)力進行計算。在進行計算中，需要考慮樁身彎矩的主要特點：

　　彎矩分布規(guī)律近于一條自頂向下衰減的波形曲線，且衰減很快；樁身最大彎矩發(fā)生在第一個非完整波形內(nèi)，一般在地面以下約3m 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；第一個彎矩零點位置在樁入土深度h=4/αh處。鋼筋布置方式在實際的設(shè)計中主要有兩種：第一，配筋依據(jù)為最大彎矩處。從樁的上部到最大彎矩處下一定錨固長位置，減少一半的筋比，伸至彎矩為零下一定錨固長位置，再下為素混凝土段，對于軟基，樁主筋最好穿過軟土層。另一種是將基樁主筋一半部分一直伸到樁底。從樁體受力和節(jié)省工程費用以及發(fā)生事故處理的難度來看，前一種更合理。由于樁基較長一段不設(shè)鋼筋，比后者節(jié)省了部分鋼筋；底部斷樁時，鋼筋在籠拔后，可原孔再鉆，減少扁擔(dān)樁的發(fā)生機率。但是，第二種配筋方式可以減小施工難度，樁基灌注混凝土?xí)r，鋼筋籠的定位是十分重要的，鋼筋布置到樁底，易于固定鋼筋籠。

　　參考文獻

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