农村公路桥梁桩基设计问题分析

【关键词】农村公路;桥梁桩基;设计 

　　提高农村公路桥梁桩基设计的科学性、合理性，对于降低工程造价、提高公路桥梁的质量、缩短建设所需工程期等都有很大的意义。以下，笔者结合自身多年的工作经验，对桩基设计的相关问题进行详细的阐述。 

　　1 准确区别端承桩和摩擦桩等桩基类型 

　　大多数的观点认为，只要是嵌岩桩就一定是端承桩，只要是端承桩都不用考虑土层侧阻力。但很多的公路桥梁施工实践证明：桩侧阻力、端阻力的发挥性状与上覆土层的性质和厚度、桩长径比、嵌入基岩性质和嵌岩深径比、桩底沉渣厚度等因素有关。因此，在区别端承桩和摩擦桩时，不能把嵌岩与否当作唯一的判断标准，而应该综合分析以上的多种因素。 

　　2 准确计算桩基承载力 

　　作为农村公路桥梁设计必不可少且十分重要的一项工作，桩基承载力的计算必须要科学合理。有关桩基承载力的计算公式，《公路桥涵地基与基础设计规范》（JTJ024-85）做出了准确的规定：支撑于基岩上部或者是嵌入基岩内的钻桩，其单桩轴向受压容许承载力[Р]，可以依照以下公式进行计算：[Р]=（c1A+c2Uh）Ra。其中，Ra表示天然湿度的岩石单轴极限抗压强度;h表示桩嵌入基岩深度，其中不包含风化层的厚度;U表示桩嵌入基岩部分的横截面周长，根据设计直径进行计算;A表示桩底截面面积;c1、c2是依照清孔情况、岩石的破碎程度等因素确定的系数。 

　　从这个公式可以看出：嵌岩桩的单桩轴向受压容许承载力[Р]只和两个因素有关，一是桩底处岩石的强度和嵌入基岩的深度，二是清孔情况、岩石破碎程度等因素。根据《公路桥涵地基与基础设计规范》（JTJ024-85）的相关内容，认为嵌岩桩就是端承桩，并且符合上述的公式。但实际情况是，必须要保证嵌岩桩的清孔洁净程度很高，桩底岩石的硬度极大，因为只有在这种情况下，桩的竖向移动较小，土层侧阻力不大，桩基才是真正的端承桩，上述的公式才更为适用。 

　　在上述公式中，规定“h”为桩嵌入基岩深度，但是不包含风化层的厚度，简单来说就是桩嵌入的基岩一定要是较新的，至于风化岩层的厚度则没有硬性规定。一些强风化硬质岩，比如花岗岩，一般来说它的极限强度较极软岩、新鲜岩更大;这表明大多数的硬质岩都具有高强度的风化层的强度，如果对风化岩层的厚度没有要求，一味追去基岩的新鲜度，那么在进行设计时，就会导致计算的桩基承载力[Р]和实际的桩基承载能力Р存在较大的差异，使桩基承载力计算的准确度大打折扣;在实际施工时，会加大工程量、降低工作效率，致使工程无法按时竣工。 

　　大量的工程实践表明，若岩石的表明较为平滑，桩的嵌岩深度h>2d，此时桩侧嵌固力可以达到总荷载一半以上。嵌固深度越大，其承载力也越大。但如果嵌固深度h>3d，其承载力则无明显的增长。上述公式未对h的数值进行明确规定。所以，在进行农村公路桥梁桩基设计时，可以适度增加桩径。 

　　3 确定嵌岩深度和桩端持力层厚度 

　　在农村公路桥梁桩基设计过程中，常常会遇到以下的现象：两质地较软的岩层中间包含着一层质地坚硬且存在一定厚度的夹层，又或者是一些地区溶洞较多。在这种情况下，要是这个夹层的厚度不大，钻孔桩就必须要从中穿过，才能到达持力层，这样一来，就加大了施工的难度，进而影响施工进度。 

　　在确定桩底基岩厚度时，一般要满足三个条件：一是在不计桩周边覆盖土层侧阻力的前提下，嵌岩灌注桩周边嵌入完整和较完整的未风化、微风化、中风化硬质岩体的最小深度要达到0.5m;二是以桩底为基准，往下3倍的桩径范围内不能存在软弱夹层、断裂带或是洞隙;三是在桩端应力扩散范围内无岩体临空面。对大多数的夹层来说，仅仅需要达到前面两个要求就可以成为持力层。对于溶洞较多地区的桩基，因其岩体不够稳固，溶洞分分布杂乱无章，现代技术还很难勘测其具体位置，所以会增加施工所需时间，使工程造价提高。此外，为了提高桩基设计的经济性、科学性，在确定嵌岩深度和桩端持力层厚度时，要综合经验值和试算数值进行分析。 

　　4 合理进行桩基配筋布置 

　　在进行桩基配筋布置时，一般来说，要按照桩基内力经过精密的计算之后再进行布置。桩身弯矩存在以下四个方面的特征：一是弯矩的分布呈一条自上向下递减的波形曲线，并且递减速度十分快;二是桩身最大的弯矩存在于首个不完整的波形内，大多是距离地表以下3m的地方;三是桩身弯矩在首个弯矩零点以下很小，可以忽略不计，其下桩身主要起传递竖向力作用;四是第一个弯矩零点位置在桩入土深度h=4/αh处。 

　　在农村公路桥梁桩基的设计过程中，配筋的布置方法有以下两种。一是依据最大弯矩处进行配筋。从桩顶一直伸到最大弯矩一半处下一定锚固长位置，减少一半配筋再一直伸至弯矩为零下一定锚固长位置，再下为素混凝土段。二是把基桩主筋的二分之一伸入桩底。从桩体的受力情况、工程造价的高低和出现问题的解决难度等角度来分析，第一种方法适用性更高。具体原因可总结为以下两点：（1）在第一种方法中，有很长一段桩基不需要设置钢筋，因而相对第二种方法减少了钢筋的使用量;（2）如果出现底部断桩的现象，即使钢筋笼被拔出来，仍然能够依照原来的位置进行钻孔，可以有效的降低出现扁担桩的概率。 

　　5 桩基负摩阻力 

　　对摩擦桩来说，桩基的支撑力大部分来自桩基与土体之间相对位移产生的摩擦力，在进行桩基承载力计算时，采用的摩阻力大多是正摩阻力，换句话说是由于桩基本身的下沉较周边土体下沉更大所产生的摩阻力。然而在对某些土层较软的公路进行施工时，由于车辆的碾压以及其他一些外界因素带来的压力导致软土层断裂变形，进而出现下沉现象;当软土层的下沉量远大于桩基的下沉量时，土体和桩基间的摩阻力方向向下，这时产生的摩阻力就是桩基负摩阻力。 

　　在进行撞击设计时，如果对负摩阻力的分析不够透彻，会在很大程度上影响桩基的施工在质量。其一，这会导致摩擦桩基加快下沉，导致公路桥梁的整体结构遭到破坏;其二，这种不正常的下沉会破坏桩基的稳固性。导致负摩阻力产生的主要因素并不是单方面的，一是由于桩基的周边土体存在较多的荷载;比如软土层的大量下沉导致负摩阻力产生;二是一些桩基的地下水位线不高，导致周边土体的效应力上升，土体板结进而下沉所产生的负摩阻力。因此，在对农村公路桥梁桩基进行设计时，要综合分析各种因素，提出相应的解决措施，积极做好各项应对工作，避免出现土体大量下沉的现象，减少负摩阻力的产生。 

　　6 结束语 

　　总的来说，农村公路桥梁桩基的设计工作是十分繁杂的，在设计时一定要综合公路桥梁的桩基承载力、嵌岩深度、桩基配筋、桩基负摩阻力等各方因素进行科学分析，合理设计;以不断提高农村公路桥梁桩基设计的质量，进而提升农村公路桥梁的安全性和稳固性，并在一定程度上减少公路桥梁的工程造价，提高建设的经济性，不断提升农村公路桥梁的施工水平。 

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