公路桥梁桩基设计应注意的问题

 引言：

桩基础是桥梁的两种关键基础种类之一，在桥梁的设计计算和施工中起着至关重大的作用，万丈高楼平地起，只有稳固的基础，才可以建造经久耐用、安全稳固的上部结构。桥梁桩基的设计是不是得当，对项目造价、质量、工期和应用影响非常大。笔者结合工作实践，就桩基设计中要注意的问题实施初步探讨。 

1、桩基负摩阻力 

　　1.1 桩与土中间的位移是施展桩基承载力的必要条件 

　　对摩擦桩而言，就是经过桩与土中间的相对位移所形成的摩阻力来供应桩基自重与上部恒活载。正摩阻力是我们一般在计算桩长时所牵涉到的摩阻力，，就是大于四周土体沉降的桩的沉降，向上的摩阻力是四周土体对桩形成的。然而，由桩和四周土体的相对位移所确定的是用来作为桩侧摩阻力的方向。例如路段是软土的，尤其是在路段桥台，受到台背路基填土自重和汽车荷载的双重功能的是深厚软土，压缩变形是其桩基四周的软土层会形成的，这样就出现了沉降。一旦其沉降量比桩基本身沉降量大的话，向下的摩阻力是四周土体对桩基形成的，这也便是大家所言的桩基负摩阻力。 

　　1.2桩基在设计时，负摩阻力对桩基影响假如不思考的话，就也许会导致下面后果： 

　　关于摩擦桩，会让桩基加快下沉的速度，桥梁的上下构造最后被破坏；关于端乘桩，桩身或桩端的地基有可能被破坏。所以，在桥梁实施设计时，负摩阻力给桩基承载力带来的影响一定要思考到。形成负摩阻力关键的桩基表面有下面2种状况：（1）荷载在桩基四周的地表面放置有很多，比如填土桥台后路基等，地面沉降非常容易引发，负摩阻力形成；（2）降低地下水位，例如地下水抽取等行为，会让土中增加有效应力，从而造成土体固结，产生下沉。 

　　2、科学计算桩基承载力 

　　计算桩基承载力是桥梁设计的关键内容。有关承载力的计算公司，《公路桥涵地基和基础设计标准》（JTJ024-85）给出了清楚的规定：在基岩上或嵌入基岩内的钻（挖）桩支承，其[P]是单桩轴向受压容许承载力，能依照下式计算： 

　　[P]=（c1A+c2uh）Ra 

　　Ra--天然湿度的岩石单轴极限抗压强度 

　　h--桩嵌入基岩深度，风化层不包含 

　　U--桩嵌入基岩局部的横截面周长，依照设计直径计算 

　　A--桩底截面面积 

　　c1、e2--依据清孔状况、岩石破碎程度等原因决定的系数 

　　公式说明：嵌岩桩[P]的单桩轴向受压容许承载力，桩底处岩石的强度与嵌入基岩的深度是决定的，还有清孔状况、破碎的岩石程度等原因。依据标准描述，端承桩一般都以为是嵌岩桩，这个公式就适用。现实上，只有在嵌岩桩绝对干净的清孔，处于理想支撑的桩底，桩底岩石完整而且强度非常高时，桩的竖向位移非常微小，桩基才展现为典型的端承桩，公式的应用是不容置疑的。 

　　公式中对"h"的需求是"桩嵌入基岩的深度，不包含风化层"。一般的了解是桩一定要嵌入新鲜基岩，而不管其上面风化岩层的强度怎样。有的强风化硬质岩，其极限强度常常大于极软岩新鲜岩的强度。说明通常硬质岩的微弱风化层、甚至强风化层的强度都比较高，不思考这些层次的嵌岩深度，所有都要求嵌入新鲜基岩是对的。依照这个原则，在风化层非常厚的状况下，桩基嵌岩非常深。在设计上，一定要造成计算承载力远小于现实极限承载能力P；在施工上，则会导致工程量的加大，延长工期。 

　　项目试验证明，当岩面相对平整，桩为h>2d的嵌岩深度时，约占总荷载50%以上的桩侧嵌固力。随着增加的嵌固深度，也随之加大承载力。但为h>3d的嵌固深度时，承载力增长不大。公式中没有对h规定限值，也没有随h值加大而设定有关的折减系数。所以，在设计桩基实践中，当桩基承载力需要经过相对大的嵌岩深度来提升时，不妨思考加大桩径。 

　　3、嵌岩深度与桩端持力层厚度 

　　在桥梁设计桩基的经过中，2个软弱岩层中间需要穿越必然的厚度常常会遇到，而且岩层强度非常高的状况。这种状况下，假如不能承载其厚度需求的是夹层厚度，那么钻孔桩穿越夹层就需要了，以达到持力层。这是一个特别检验施工机械和施工进度的过程。确定桩底基岩厚度，关键有3个方面： 

　　a.对于桩底以下局部，需要3倍桩径区域内没有断裂带、软弱夹层、分布的洞隙；b.嵌岩灌注桩四周嵌入完美与相对完整的最小深度微风化、未风化、中风化硬质岩体，不用思考桩身四周掩盖土层侧阻力，依照结需要扩散0.5m；c.桩端应力区域内没有岩体的临空面。通常夹层在满足前2个条件的状况下，就能作为持力层引用。制作岩溶区域的桩基，非常大程度上，因为分布的岩溶洞隙没有规律性，再加上岩体多变的形状，复杂的勘探方法，很难提前知道它正确的部位和大小，再加之增加的项目费用与复杂的边界条件，造成延长工期。并且，跟普通岩石地岩溶地基比较，其影响愿意繁杂，区域相对广。在以前的经验条件下，需要有5倍或4m、5m的桩端下桩径持力层厚度，对于不一样的单桩、不一样桩径承载力，在相同要求下，基桩端面以下要有5m完整的基岩，这2者可靠度不完全一样。为让桩基设计经济适当，在试算数值相结合与经验值的办法下，来决定嵌岩深度和桩端持力层厚度。 

　　4、桩基配筋布置合理实施 

　　在桩基实施配筋布置时，通常而言，要依照桩基内力经过精密的计算以后再实施布置。桩身弯矩存在下面4个方面的特点：第一，弯矩的分布呈一条自上向下递减的波形曲线，而且递减速度特别快；第二，存在于首个不完整的波形内的是桩身最大的弯矩，很多都是距离地表以下3m的地方；第三，在首个弯矩零点以下很小的是桩身弯矩，能够疏忽不计，其下桩身关键起传递竖向力功能；第四，第一个弯矩零点部位在桩入土深度h=4/αh处。 

　　在公路桥梁桩基的设计经过中，布置配筋的办法有下面2种。首先根据最大弯矩处实施配筋。从桩顶一直伸到最大弯矩一半处下必然锚固长部位，让一半配筋减少再一直伸至弯矩为零下必然锚固长部位，再下为素混凝土段。其次是把基桩主筋的1/2伸入桩底。从桩体的受力状况、项目造价的高低与发生问题的处理难度等角度来分析，适用性更高的是第一种方法。详细因素能总结为下面2点：（1）在第一种办法中，有非常长一段桩基不需要设置钢筋，所以相对第二种方法让钢筋的使用量减少了；（2）假如发生底部断桩的情况，就算钢筋笼被拔出来，依然可以按照之前的部位实施钻孔，能够有效的降低发生扁担桩的概率。 

　　结语： 

　　总之，我们假如要设计好桩基础，就一定要首先完全的了解和认识它，在设计时必须要综合公路桥梁的桩基承载力、嵌岩深度、桩基配筋、桩基负摩阻力等每一方面的原因实施科学分析，综合给予分析与计算，从而科学、适当的实施桩基设计。只有这样，才可以在提升桥梁安全、工程造价降低、桥梁耐久性增加等方面做出踊跃的贡献。