道路橋梁中樁基的作用及其設(shè)計(jì)分析

于慶楠

【摘要】道路橋梁樁基的設(shè)計(jì)包括大量繁瑣的工作，在進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)必須對(duì)道路橋梁樁基周圍的受力情況、最大承載力計(jì)算、負(fù)摩阻力以及嵌巖深度等多方面內(nèi)容進(jìn)行細(xì)致的分析計(jì)算，只有這樣才能夠保證道路橋梁樁基設(shè)計(jì)更加科學(xué)合理，從而更好的提升道路橋梁的安全性和可靠性。本文首先闡述了樁基的作用及特點(diǎn)、樁基在工程中所起到的具體作用，主要對(duì)樁基設(shè)計(jì)進(jìn)行了分析和探討，并且樁基設(shè)計(jì)中應(yīng)當(dāng)注意的問題，以供借鑒。

【關(guān)鍵詞】道路 橋梁 樁基 設(shè)計(jì)

道路橋梁作為基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的重要組成部分，其設(shè)計(jì)工作是一項(xiàng)非常重要的工程，樁基設(shè)計(jì)是工程設(shè)計(jì)的重要基礎(chǔ)，因此不僅要了解樁基豎向力所產(chǎn)生的樁基負(fù)摩阻力，機(jī)理和原因，更要懂得如何計(jì)算負(fù)摩擦力。

一、樁基的作用及特點(diǎn)

樁可以使部分豎向荷載及水平荷載傳遞至地基進(jìn)行承擔(dān)，達(dá)到減輕負(fù)荷的作用。同時(shí)它還具有抗彎能力和一定的剛度，因此由于工程類別不同，所以樁基類型也存在著很大差別，在普通工業(yè)及民用建筑中，主要分為以下幾種樁基類型：人工挖孔樁、預(yù)制樁、沉管灌注樁和鉆孔灌注樁，如果是在基坑支護(hù)的工程當(dāng)中則使用地下連續(xù)墻、鉆孔灌注樁和止水?dāng)嚢铇?，道路橋梁工程一般采用鉆孔灌注樁和鉆埋壓裝樁，在路基處理過程當(dāng)中則是采用預(yù)應(yīng)力管樁和CFG樁等。

二、樁基在工程中所起到的具體作用

樁基在工程中所起到的具體作用的主要體現(xiàn)：1）因?yàn)闃痘A(chǔ)具有較大剛度，所以它會(huì)保證上部建筑物發(fā)生較小的沉降，同時(shí)也可以使其能夠均勻的變形，可以更好地滿足其使用要求。2）經(jīng)過周圍介質(zhì)與樁基間的相互接觸、摩擦，可以使上覆荷載傳遞給樁體周圍的土體或基礎(chǔ)，減輕所產(chǎn)生的壓力。從而進(jìn)一步為上部建筑物起到一定的支撐作用，對(duì)其穩(wěn)定性起到了良好的保證。3）如果遇到地下水位較高或水下施工時(shí)，首先就應(yīng)該考慮用樁基礎(chǔ)對(duì)地基進(jìn)行處理，這樣可以使工程具有較好的經(jīng)濟(jì)性。4）因?yàn)闃痘哂休^大抗拔能力和側(cè)向剛度，所以它能夠抵抗傾覆力矩和水平力，同時(shí)還能有效減輕地震帶來的影響，對(duì)建筑物的安全起到了保護(hù)作用。5）如果遇到了地基液化的情況，首先可以將樁穿過液化土層，使其能夠穩(wěn)定地層，這樣就可以減輕或消除液化土對(duì)建筑物所造成的傷害，還可以保證建筑物在遇到各種荷載或者地震條件影響下的安全性。

三.樁基設(shè)計(jì)的分析

1、計(jì)算單樁豎向極限承載力。1）極限承載力的計(jì)算屬于樁基設(shè)計(jì)的重要內(nèi)容，在設(shè)計(jì)的時(shí)候，豎向承載力應(yīng)滿足以下規(guī)定：①如果建筑樁基設(shè)計(jì)是甲級(jí)，就應(yīng)該利用單樁靜載試驗(yàn)來確定極限承載力；②當(dāng)樁基設(shè)計(jì)為乙級(jí)，并且具有簡單的地質(zhì)條件，就可以參照類似的工程條件進(jìn)行樁基設(shè)計(jì)，同時(shí)還應(yīng)該結(jié)合相應(yīng)的原位試驗(yàn)等加以綜合確定；③如果樁基為丙級(jí)時(shí)，就可以根據(jù)經(jīng)驗(yàn)參數(shù)及原位測試等方式來進(jìn)行確定。2）極限端阻力、極限側(cè)阻力、單樁豎向極限承載力標(biāo)準(zhǔn)值應(yīng)按下列規(guī)定確定：①例如一般的樁基承載力可根據(jù)規(guī)范來確定；②然而那些大直徑端承型樁，就可以利用深層平板載荷試驗(yàn)確定極限端阻力；如果是嵌巖樁，還可以根據(jù)巖基平板載荷試驗(yàn)確定；③通常情況下，樁的極限側(cè)阻力及阻力可通過預(yù)埋測試元件的方式通過靜載試驗(yàn)確定。與此同時(shí)還可以建立標(biāo)準(zhǔn)值與參數(shù)之間的經(jīng)驗(yàn)曲線，最終根據(jù)這些經(jīng)驗(yàn)參數(shù)法確定單樁豎向極限承載力。

2、選擇樁長及樁型選擇。樁型和樁長是樁基設(shè)計(jì)中必不可少的重要內(nèi)容，當(dāng)進(jìn)行選擇時(shí)，首先應(yīng)該對(duì)建筑施工現(xiàn)場的環(huán)境條件進(jìn)行勘察，對(duì)成樁的樁基對(duì)環(huán)境可能造成的影響、成樁的可行性、施工工藝、施工工期以及樁基成本等多角度，和對(duì)樁基類型和長度進(jìn)行優(yōu)化、調(diào)整，使其能夠在節(jié)約投資的基礎(chǔ)上對(duì)建筑物安全效果有良好的保證。

3、對(duì)樁基豎向承載力的計(jì)算。當(dāng)遇到計(jì)算豎向承載力時(shí)，如果樁基承擔(dān)軸心荷載，就要保證基樁或復(fù)合基樁的豎向力滿足要求，如果承擔(dān)偏心豎向荷載時(shí)，那就應(yīng)該提高其標(biāo)準(zhǔn)；當(dāng)考慮地震荷載情況時(shí)，那么對(duì)其豎向承載力的計(jì)算就應(yīng)做到更加嚴(yán)格、仔細(xì)。

4、軟弱下臥層驗(yàn)算。下臥層的壓縮應(yīng)該按規(guī)范要求進(jìn)行，如果是樁距沒有超過6d的群樁基礎(chǔ)，那么在樁端持力下所存在的大承載力就應(yīng)該低于樁端持力層承載力1/3。當(dāng)考慮樁端硬持力層壓力擴(kuò)散角影響的情況時(shí)，那么就可以用實(shí)驗(yàn)來對(duì)其進(jìn)行確認(rèn)。

5、樁項(xiàng)作用效應(yīng)計(jì)算。如果是普通建筑物或是較小荷載的高層建筑，在進(jìn)行樁基設(shè)計(jì)時(shí)就應(yīng)考慮到柱、墻等在基樁的樁頂所產(chǎn)生的作用效應(yīng)，對(duì)豎向力及水平力所產(chǎn)生的影響進(jìn)行考慮；然而如果是需要承擔(dān)地震荷載的低承臺(tái)樁基，就更應(yīng)該進(jìn)行嚴(yán)格規(guī)范的驗(yàn)算了，如果當(dāng)建筑物位于抗震有利的地段時(shí)就可以不考慮地震帶來的影響；若是有可能發(fā)生8度及8度以上的建筑物區(qū)域或受水平力較大的樁基設(shè)計(jì)的話，那就要考慮承臺(tái)與樁基的共同效果以及與土體間的彈性抗力作用，最終達(dá)到設(shè)計(jì)準(zhǔn)確、科學(xué)的設(shè)計(jì)目的。

6、位移計(jì)算與樁基水平承載力。對(duì)于保證樁基的安全性，位移的計(jì)算及樁基水平承載力起到重要意義，可分為兩種類型：單樁基礎(chǔ)、群樁基礎(chǔ)。1）群樁基礎(chǔ)。當(dāng)遇到力矩較大或水平力的情況時(shí)，首先應(yīng)考慮由承臺(tái)、樁群、土相互作用產(chǎn)生的群樁效應(yīng)，然后對(duì)基樁水平承載力特征值進(jìn)行計(jì)算，土體類型與承臺(tái)底部與地基土之間的摩擦系數(shù)有較大關(guān)系，所以在選取時(shí)應(yīng)該小心謹(jǐn)慎。2）單樁基礎(chǔ)。它在承擔(dān)水平力時(shí)應(yīng)滿足其特征值的要求，主要有以下規(guī)定：①如果是水平荷載為甲級(jí)或乙級(jí)的建筑樁基時(shí)，那么它的特征值就應(yīng)通過單樁水平靜載試驗(yàn)進(jìn)行確定：② 然而對(duì)于那些樁身配筋率不小于0.65%的混凝土灌注樁，就可以通過靜載試驗(yàn)的結(jié)果來獲取地面處水平位移為10mm所對(duì)應(yīng)的荷載的75%為單樁水平承載力特征值；③當(dāng)遇到配筋率小于0.65%的灌注樁時(shí)，可利用單樁水平靜載試驗(yàn)的臨界荷載的75%作為特征值。

7、承臺(tái)的計(jì)算、1）對(duì)于樁下樁基承臺(tái)，首先應(yīng)分別對(duì)樁邊連線、柱邊、變階處所形成的貫通承臺(tái)的受剪承載力和斜截面進(jìn)行驗(yàn)算。如果承臺(tái)懸挑邊形成多個(gè)剪切截面時(shí)，那么就應(yīng)該對(duì)每個(gè)斜截面的受剪承載力進(jìn)行驗(yàn)算。2）關(guān)于條形承臺(tái)梁的彎矩可按照彈性地基梁進(jìn)行分析計(jì)算；如果遇到樁端持力層較為深厚巖體堅(jiān)硬且樁柱軸線不重合時(shí)，首先可以將樁視為不動(dòng)的鉸支座，其次再按連續(xù)梁進(jìn)行計(jì)算。3）對(duì)于樁基承臺(tái)，則應(yīng)該對(duì)其進(jìn)行正截面受彎承載力的計(jì)算，配筋和受彎承載力可根據(jù)規(guī)范規(guī)定進(jìn)行。

四、樁基設(shè)計(jì)中應(yīng)當(dāng)注意的問題

1、對(duì)樁基豎向力及其原理的理解。當(dāng)樁基與土層之間發(fā)生位移時(shí)，由于地球所產(chǎn)生的引力作用，樁基受的力一定是朝下方的，所以樁基與土層之間產(chǎn)生了相對(duì)的位移，最終形成了剪刀。

2、具備豐富的專業(yè)知識(shí)。設(shè)計(jì)者有專門系統(tǒng)的訓(xùn)練和學(xué)習(xí)的經(jīng)驗(yàn)，并且能夠懂得理論結(jié)合實(shí)際，熟練地運(yùn)用理論知識(shí)，如果對(duì)現(xiàn)實(shí)實(shí)際情況做了充分的調(diào)查和研究，就可以使道路橋梁樁基設(shè)計(jì)中的安全系數(shù)提到一個(gè)更高的層次。

結(jié)束語

道路橋梁設(shè)計(jì)是一項(xiàng)非常重要的工程，樁基是工程設(shè)計(jì)的重要基礎(chǔ)，因此不僅要了解樁基豎向力所產(chǎn)生的樁基負(fù)摩阻力，機(jī)理和原因，更要懂得如何計(jì)算負(fù)摩擦力。只有這樣才能夠保證道路橋梁樁基設(shè)計(jì)更加科學(xué)合理，從而更好的提升道路橋梁的安全性和可靠性。

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