淺談公路橋梁樁基設(shè)計應(yīng)注意的問題

趙健

（黑龍江省公路勘察設(shè)計院，黑龍江 哈爾濱 150080）

在公路橋梁設(shè)計過程中，樁基設(shè)計對于整個橋梁的質(zhì)量具有十分重要的影響。橋梁往往都承擔著巨大的載荷，而基樁是橋梁承載能力的基礎(chǔ)和保證，直接關(guān)系到橋梁施工能否如期完成以及橋梁的工程造價。本文對公路橋梁樁基設(shè)計中應(yīng)該注意的一些問題進行了探討，為橋梁建設(shè)出一份力。

1 正確區(qū)分端承樁和摩擦樁等樁基類

傳統(tǒng)觀點認為嵌巖樁肯定是端承樁，其對于土層產(chǎn)生的側(cè)阻力是不受影響的。而施工現(xiàn)場的事實證明土層的深度、基巖的種類、樁的長度和直徑的比例都對樁的側(cè)阻力以及端阻力具有直接的關(guān)系。

在實際中，長徑比直接影響到上層土層的側(cè)阻力，而且二者之間成正比例關(guān)系，側(cè)阻力隨著1/d的值得增大而增大。嵌巖樁由人工進行挖孔，且長度比較短而直徑較大，其端阻力的發(fā)揮要先于側(cè)阻力，摩擦比較明顯。在非軟土層的情況下，如果長徑比高于40，那么嵌巖段的承載作用不是很大，樁基在這種情況下主要表現(xiàn)為摩擦樁，樁端在風化比較嚴重的巖層中嵌入就可以達到要求。在一些軟土地質(zhì)，當灌注樁的長徑比高于45時，嵌巖段的阻力遠遠低于總載荷的百分之二十，而當灌注樁的長徑比高于60時，嵌巖段端阻力低于總載荷的百分之五。造成這種現(xiàn)象主要有兩個方面的原因：第一，嵌巖樁由于自身具有一定的彈性，在載荷作用之下出現(xiàn)壓縮，出現(xiàn)沉降，從而導(dǎo)致樁四周的土層發(fā)生剪應(yīng)力，二者之間產(chǎn)生了相對的摩擦力。第二，鉆孔的時候沒有將孔內(nèi)的殘渣清理干凈，這些殘渣在孔低形成一個蓬松的墊子，在壓力的作用之下發(fā)生沉降，再加上樁自身存在的單行壓縮，這樣樁和四周的土層或者是巖體之間就會產(chǎn)生相對的位移這樣側(cè)阻力就出現(xiàn)了。這種沉降以及樁自身的彈性壓縮與其自身的長徑比具有直接的聯(lián)系，長徑比越大，這種現(xiàn)象就越明顯，同樣在壓縮和沉降過程中產(chǎn)生的摩擦力和側(cè)阻力就越大。

在這個過程當中，樁端的應(yīng)力與嵌巖的深徑比成反比例關(guān)系，深徑比的值越大，樁端的應(yīng)力值就越高，樁端的應(yīng)力在深徑比大于5的時候，無限接近于零。在軟土地質(zhì)環(huán)境下，嵌巖樁的深徑比在5到7之間時，樁端阻力幾乎可以達到何在總量的5%到16%。

從上面可以看出，不能單純從嵌巖與否來區(qū)分端承樁和摩擦樁，同時還要從土層的深度、樁的長徑比以及嵌巖的深徑比等一系列的因素。

2 科學(xué)計算樁基承載力

樁基承載力的計算是橋梁設(shè)計的重要內(nèi)容。關(guān)于承載力的計算公式，《公路橋涵地基與基礎(chǔ)設(shè)計規(guī)范》給出了明確的規(guī)定：支承在基巖上或嵌入基巖內(nèi)的鉆(挖)樁，其單樁軸向受壓容許承載力[P]，可按下式計算：

Ra-天然濕度的巖石單軸極限抗壓強度

h-樁嵌入基巖深度，不包括風化層

U-樁嵌入基巖部分的橫截面周長，按設(shè)計直徑計算

A-樁底截面面積

C1、C2-根據(jù)清孔情況、巖石破碎程度等因素確定的系數(shù)

從上面的計算公式可以看出，樁底位置的巖石強度以及嵌入基巖的深度的大小直接決定嵌巖樁的單樁軸向受壓容許承載力，同時還要考慮鉆孔的清理情況以及巖石破碎程度。只有按照傳統(tǒng)觀念，嵌巖樁就是端承樁，這個公式才比較適用。而在實際中，還存在著鉆孔存在殘渣或者是樁底的巖石強度不夠，樁底由于殘渣的作用而發(fā)生縱向的位移，樁基在很大程度上存在著摩擦力，很難成為真正的端承樁。因此這個公式在實際中只能在理想狀態(tài)下才比較適用。

公式中對“h”的要求是“樁嵌入基巖的深度，不包括風化層”。通常的理解是樁必須嵌入新鮮基巖，而不論其上面風化巖層的強度如何。有的強風化硬質(zhì)巖（如花崗巖），其極限強度往往大于極軟巖新鮮巖的強度。說明一般硬質(zhì)巖的微弱風化層、甚至強風化層的強度都相當高，不考慮這些層次的嵌巖深度，一律要求嵌入新鮮基巖是不妥的。按照這個原則，在風化層很厚的情況下，樁基嵌巖很深。在設(shè)計上，必然導(dǎo)致計算承載力[P]遠小于實際極限承載能力P；在施工上，則會導(dǎo)致工程量的增大，工期的延長。

工程試驗證明，當巖面較平整，樁的嵌巖深度h>2d時，樁側(cè)嵌固力約占總荷載50%以上。隨著嵌固深度增加，承載力也隨之增大。但嵌固深度h>3d時，承載力增長不大。公式中沒有對h規(guī)定限值，也沒有隨h值增大而設(shè)定相關(guān)的折減系數(shù)。因此，在樁基設(shè)計實踐中，當樁基承載力需要通過較大的嵌巖深度來提高時，不妨考慮加大樁徑。

3 準確確定嵌巖深度及樁端持力層厚度

在公路橋梁的實際設(shè)計過程當中常常遇到軟質(zhì)巖層中夾有硬度很高的巖層，還有可能地下存在溶洞結(jié)構(gòu)。為了確保鉆孔樁能夠達到相應(yīng)的承載能力，就必須使其通過夾層，到達持力層的深度，這會給施工帶來極大的難度，影響工程在工期規(guī)定的范圍之內(nèi)完成。

對樁底基巖厚度的確定，主要有三個條件：

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化、微風化、中風化硬質(zhì)巖體的最小深度，按構(gòu)造要求0.5m。

要求樁底以下三倍樁徑范圍內(nèi)無軟弱夾層、斷裂帶、洞隙分布。

在樁端應(yīng)力擴散范圍內(nèi)無巖體臨空面。對于一般夾層，只要滿足前兩個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確位置及大小，導(dǎo)致工期延長、工程費用增加?；谟嬎闼璧倪吔鐥l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或五倍樁徑持力層厚度，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)計經(jīng)濟合理，應(yīng)根據(jù)經(jīng)驗值和試算數(shù)值相結(jié)合的方法來確定嵌巖深度及樁端持力層厚度。

4 采取合理的樁基配筋布置

基樁各截面的配筋，理論上應(yīng)根據(jù)樁基內(nèi)力進行計算布置。樁基內(nèi)力可采用有可靠依據(jù)的方法計算。計算樁基時，樁身彎矩有四個特點：

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，減少一半配筋再一直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。

這是因為：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，鋼筋籠拔出后，可原孔再鉆，減少扁擔樁發(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。

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[3]吳振宇.探討公路橋梁樁基設(shè)計應(yīng)注意的問題[J].黑龍江科技信息,2009,(28).