摘要：隨著社會(huì)的發(fā)展與進(jìn)步，重視公路橋梁嵌巖樁基設(shè)計(jì)對于現(xiàn)實(shí)生活中具有重要的意義。本文主要介紹公路橋梁嵌巖樁基設(shè)計(jì)的有關(guān)內(nèi)容。
關(guān)鍵詞公路橋梁；嵌巖樁；樁基；計(jì)算；設(shè)計(jì)；
中圖分類號(hào)：X734 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：
引言
在公路橋梁的正常運(yùn)行時(shí)，公路橋梁上部結(jié)構(gòu)的荷載一般都較大，所以要求設(shè)計(jì)嵌巖樁基應(yīng)具有較高的性能，所以承載能力高、質(zhì)量穩(wěn)定的鉆孔灌注樁是絕大多數(shù)橋梁工程首選的基礎(chǔ)形式。設(shè)計(jì)的橋梁樁基是否適當(dāng)，對工程質(zhì)量、造價(jià)、工期及使用都有很大的影響。
一、嵌巖樁的定義
又稱嵌巖墩。 樁的下段有一定長度澆筑于巖體中的鉆孔灌注樁。樁端嵌入巖體中的樁稱為嵌巖樁。不論巖體的風(fēng)化程度如何只要樁端嵌入巖體中均可稱為嵌巖樁，嵌入不同特性的巖體中的嵌巖樁其特性的差異是由巖體特性的差異所引起的。巖石為顆粒間連接牢固、呈整體或具有節(jié)理裂隙的巖體。巖石的風(fēng)化程度分為未風(fēng)化、微風(fēng)化、中等風(fēng)化、強(qiáng)風(fēng)化、全風(fēng)化5個(gè)等級(jí)。
國外認(rèn)為：只要樁端嵌入巖體中，不論巖體的風(fēng)化程度如何、堅(jiān)硬性如何，都稱為嵌巖樁。樁端支承于中等風(fēng)化程度以上巖層的樁就可稱其為嵌巖樁,不包括嵌入全風(fēng)化、強(qiáng)風(fēng)化巖情況。
嵌巖樁作業(yè)，身底端有一定長度嵌入基巖體的一種基礎(chǔ)樁類型。其目的是使樁身與基巖結(jié)為一體,以提高樁的穩(wěn)固性與承載能力。嵌巖樁一般要求穿過土層和風(fēng)化層嵌入到微風(fēng)化或完整基巖中1 5～2倍。嵌巖樁巖段鉆孔通常用大直徑組合式牙輪鉆頭或滾刀鉆頭施工,亦可用大直徑空氣潛空錘或組合式潛孔錘施工。
二、嵌巖樁基的單樁承載能力的計(jì)算
樁基承載力的計(jì)算是橋梁設(shè)計(jì)的重要部分�！豆窐蚝A(chǔ)與地基設(shè)計(jì)規(guī)范》(JTG D63—2007)中明確的規(guī)定：支承在嵌入基巖內(nèi)或基巖上的挖 (鉆)樁，其單樁軸向的受壓容許承載力lRa]，可按如的下式計(jì)算：
Ra表示單樁軸 向受壓承載力容許值；C、C2i表示根據(jù)巖石破碎程度、清孔情況等因素確定的系數(shù)；Ap表示樁底截面面積； s表示覆蓋層土的側(cè) 阻力發(fā)揮系數(shù)：hj表示樁嵌入基巖深度；q表示樁側(cè)第i層土的側(cè)阻力標(biāo)準(zhǔn)值；Li表示各土層的厚度；u表示樁嵌入基巖部分的橫截面周長，按照設(shè)計(jì)的直徑計(jì)算：C表示單軸抗壓強(qiáng)度和樁端巖石飽標(biāo)準(zhǔn)值；
上述公式表明：Ra只跟嵌入基巖的深度和樁底處巖石的強(qiáng)度，以及巖石破碎程度、清孔情況等因素有關(guān)。依據(jù)規(guī)范所描述，通常大家會(huì)認(rèn)為只要是嵌巖樁跟端承樁是一樣的，也適用于這個(gè)公式。而實(shí)際上不是，只有在嵌巖樁的清孔為絕對干凈，樁底只有支撐作用，樁底強(qiáng)度很高且?guī)r石完整時(shí)，樁幾乎沒有豎向位移，樁基才能算是端承樁，公式也才能使用。在實(shí)際的工程中，只有在土層側(cè)阻力所占的比例較小，當(dāng)樁基長徑比不大時(shí)，樁基大致表現(xiàn)出端承樁的特征，公式才可以使用。
公式中所提到的 “h”是指 “樁嵌入基巖的深度，但不包括風(fēng)化層”。一般都認(rèn)為是樁必須嵌入新鮮基巖，而不管其上面風(fēng)化巖層的強(qiáng)度怎么樣。因?yàn)橛械膹?qiáng)風(fēng)化硬質(zhì)巖層(如花崗巖)，它們的極限強(qiáng)度則會(huì)大于極軟巖新鮮巖的強(qiáng)度。這說明一般硬質(zhì)巖的強(qiáng)風(fēng)化層或微弱風(fēng)化層的強(qiáng)度都相對較高，如不考慮這些層次的嵌巖深度，只是一味的要求嵌入新鮮基巖是不行的。根據(jù)這個(gè)原則，如果風(fēng)化層很厚，樁基嵌巖則會(huì)很深。所以在設(shè)計(jì)上，這會(huì)致使計(jì)算的承載力Ra遠(yuǎn)小于實(shí)際的極限承載能力Ra；在工程施工上，這會(huì)增大工程量，延長工期。工程試驗(yàn)表面，當(dāng)巖面比較平整時(shí)，樁的嵌巖深度h>2d時(shí)，樁側(cè)嵌固力約占總荷載5O％以上 。承載力會(huì)隨著嵌固深度增加而增大，但嵌固的深度h>3d時(shí)，承載力增長比較小。所以，在進(jìn)行樁基設(shè)計(jì)實(shí)踐時(shí)，如提高樁基承載力必須要通過較大的嵌巖來現(xiàn)實(shí)時(shí)，可以考慮加大樁徑。
三、公路橋梁嵌巖樁基礎(chǔ)設(shè)計(jì)應(yīng)注意的問題
1．正確區(qū)分端承樁和摩擦樁等樁基類型
通常認(rèn)為，凡嵌巖樁必為端承樁，凡端承樁均不考慮土層側(cè)阻力。實(shí)際上，大量現(xiàn)場結(jié)果表明：樁側(cè)阻力、端阻力的發(fā)揮性狀與上覆土層的性質(zhì)和厚度、樁長徑比、嵌入基巖性質(zhì)和嵌巖深徑比、樁底沉渣厚度等因素有關(guān)。
一般情況下，上覆土層的側(cè)阻力是可以發(fā)揮的，而且隨著長徑比l/d的增大，側(cè)阻力也相應(yīng)增大；只有短粗的人工挖孔嵌巖樁，端阻力先于土層側(cè)阻力發(fā)揮，端阻力對樁的承載力起主要作用，屬端承樁。對l/d>15－20的泥漿護(hù)壁鉆(沖)孔嵌巖樁，無論是嵌入風(fēng)化巖還是完整基巖中，樁側(cè)阻力均先于端阻力發(fā)揮，表現(xiàn)出明顯的摩擦型。對于l/d≥40，且覆蓋土層不屬于軟弱土，嵌巖樁端的承載作用較小，此時(shí)樁基受力狀態(tài)為摩擦樁，樁端嵌入強(qiáng)風(fēng)化或中風(fēng)化巖層中即可。在某些地區(qū)，泥質(zhì)軟巖嵌巖灌注樁l/d>45時(shí)，嵌巖段總阻力占總荷載比例小于20%；l/d>60時(shí)，嵌巖段端阻力占總荷載比例小于5%。究其原因，一方面由于嵌巖樁樁身的彈性壓縮，導(dǎo)致樁頂沉降，這個(gè)彈性壓縮量引發(fā)了樁周土體的剪應(yīng)力，也即是土對樁的摩阻力。另一方面，鉆孔樁的孔底殘留的沉渣，形成一個(gè)可壓縮的軟墊，至使樁底也會(huì)產(chǎn)生沉降，這一沉降和上述樁本身的壓縮導(dǎo)致樁身與土體、嵌巖段樁身與巖體產(chǎn)生相對位移，從而產(chǎn)生側(cè)阻力。而這種樁身彈性壓縮和樁底沉降是隨著長徑比l/d的增大而增大的，因而導(dǎo)致摩擦力和側(cè)阻力的增大。
同時(shí)，傳遞到樁端的應(yīng)力也隨嵌巖深徑比hr/d的增大而減小。當(dāng)hr/d>5時(shí)傳遞到樁端的應(yīng)力接近于零；但對泥質(zhì)軟巖嵌巖樁，hr/d=5－7時(shí)，樁端阻力仍可占總荷載的5%～16%。
由此可見，端承樁和摩擦樁的區(qū)分，不能單純從是否嵌巖來區(qū)分，要考慮上覆土層的性質(zhì)和厚度、樁長徑比、嵌入基巖性質(zhì)、嵌巖深徑比和樁底沉渣厚度等因素。
2．準(zhǔn)確確定嵌巖深度及樁端持力層厚度
橋梁工程樁基設(shè)計(jì)中，經(jīng)常會(huì)遇到兩軟弱巖層之間穿越強(qiáng)度很高的一定厚度的巖層(夾層)，或者有些地區(qū)溶洞比較發(fā)育。如果這種夾層厚度不夠承載厚度要求，鉆孔樁就需要穿越夾層，以達(dá)到持力層，這對施工機(jī)械和施工進(jìn)度都是極大的考驗(yàn)。
對樁底基巖厚度的確定，主要有三個(gè)條件：(1)不考慮樁身周圍覆蓋土層側(cè)阻力，嵌巖灌注樁周邊嵌入完整和較完整的未風(fēng)化、微風(fēng)化、中風(fēng)化硬質(zhì)巖體的最小深度，按構(gòu)造要求0.5m；(2)要求樁底以下3倍樁徑范圍內(nèi)無軟弱夾層、斷裂帶、洞隙分布；(3)在樁端應(yīng)力擴(kuò)散范圍內(nèi)無巖體臨空面。對于一般夾層，只要滿足前兩個(gè)條件即可作為持力層。對巖溶地區(qū)樁基，由于巖體形狀奇特多變，巖溶洞隙的分布毫無規(guī)律，現(xiàn)有勘探手段難以事先查明它的準(zhǔn)確位置及大小，導(dǎo)致工期延長、工程費(fèi)用增加。基于計(jì)算所需的邊界條件十分復(fù)雜，而巖溶地基比一般巖石地基影響因素更多，以前通常要求樁端下有4m、5m或5倍樁徑持力層厚度，對于不同樁徑、不同的單樁承載力，如果同樣要求基樁端面以下有5m完整基巖，兩者的可靠度是不盡相同的。為使樁基設(shè)計(jì)經(jīng)濟(jì)合理，應(yīng)根據(jù)經(jīng)驗(yàn)值和試算數(shù)值相結(jié)合的方法來確定嵌巖深度及樁端持力層厚度。
3.嵌巖樁基配筋的進(jìn)行布置
我們在設(shè)計(jì)時(shí)通常有兩種鋼筋的布置方式，即最大彎矩處進(jìn)行配筋和將基樁主筋一半部分延伸到樁低處 。最大彎矩處進(jìn)行配筋是從樁頂 直延伸到最大彎矩的一半以下的錨固長位置處，減少二分之一配筋再一直延伸至彎矩為零以下的錨固長位置處，再往下就是素混凝土段。而在基樁主筋一半部分一直伸到樁底配筋，從節(jié)省工程費(fèi)用和樁體受力及發(fā)生事故處理的概率來看，最大彎矩處進(jìn)行配筋種更加合理。但在將基樁主筋一半部分延伸到樁低處配筋可以減小施工的難度，樁基在灌注混凝土?xí)r，鋼筋籠的定位就顯得尤為重要，將鋼筋布置到樁底，對固定鋼筋籠來說就會(huì)容易些。
結(jié)束語
嵌巖樁具有承載力高,抗震性能好,樁基沉降小,群樁效應(yīng)弱等優(yōu)點(diǎn),在橋梁工程等方面得到大量使用。在公路橋梁建設(shè)中,樁基嵌巖樁已成為采用較為廣泛的基礎(chǔ)形式,由于基樁嵌入巖層中,單樁軸向容許承載力決定于樁基底處巖石的強(qiáng)度和嵌入巖層的深度,基樁的外力全部傳至樁底巖層。因而研究公路橋梁嵌巖樁基礎(chǔ)設(shè)計(jì)探討，了解公路橋梁嵌巖樁承載力計(jì)算公式,對我們?nèi)蘸笱芯烤哂兄匾囊饬x。
參考文獻(xiàn)
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