農(nóng)村公路橋梁樁基設(shè)計(jì)問題分析

李文娟

（天水孚嘉交通工程勘察設(shè)計(jì)有限公司，甘肅 天水 741000）

提高農(nóng)村公路橋梁樁基設(shè)計(jì)的科學(xué)性、合理性，對(duì)于降低工程造價(jià)、提高公路橋梁的質(zhì)量、縮短建設(shè)所需工程期等都有很大的意義。以下，筆者結(jié)合自身多年的工作經(jīng)驗(yàn)，對(duì)樁基設(shè)計(jì)的相關(guān)問題進(jìn)行詳細(xì)的闡述。

1 準(zhǔn)確區(qū)別端承樁和摩擦樁等樁基類型

大多數(shù)的觀點(diǎn)認(rèn)為，只要是嵌巖樁就一定是端承樁，只要是端承樁都不用考慮土層側(cè)阻力。但很多的公路橋梁施工實(shí)踐證明∶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(zhǎng)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)。因此，在區(qū)別端承樁和摩擦樁時(shí)，不能把嵌巖與否當(dāng)作唯一的判斷標(biāo)準(zhǔn)，而應(yīng)該綜合分析以上的多種因素。

2 準(zhǔn)確計(jì)算樁基承載力

作為農(nóng)村公路橋梁設(shè)計(jì)必不可少且十分重要的一項(xiàng)工作，樁基承載力的計(jì)算必須要科學(xué)合理。有關(guān)樁基承載力的計(jì)算公式，《公路橋涵地基與基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范》(JTJ024-85)做出了準(zhǔn)確的規(guī)定∶支撐于基巖上部或者是嵌入基巖內(nèi)的鉆樁，其單樁軸向受壓容許承載力［Р］，可以依照以下公式進(jìn)行計(jì)算∶［Р］＝（c1A＋c2Uh）Ra。 其中，Ra表示天然濕度的巖石單軸極限抗壓強(qiáng)度；h表示樁嵌入基巖深度，其中不包含風(fēng)化層的厚度；U表示樁嵌入基巖部分的橫截面周長(zhǎng)，根據(jù)設(shè)計(jì)直徑進(jìn)行計(jì)算；A表示樁底截面面積；c1、c2是依照清孔情況、巖石的破碎程度等因素確定的系數(shù)。

從這個(gè)公式可以看出∶嵌巖樁的單樁軸向受壓容許承載力［Р］只和兩個(gè)因素有關(guān)，一是樁底處巖石的強(qiáng)度和嵌入基巖的深度，二是清孔情況、巖石破碎程度等因素。根據(jù)《公路橋涵地基與基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范》(JTJ024-85)的相關(guān)內(nèi)容，認(rèn)為嵌巖樁就是端承樁，并且符合上述的公式。但實(shí)際情況是，必須要保證嵌巖樁的清孔潔凈程度很高，樁底巖石的硬度極大，因?yàn)橹挥性谶@種情況下，樁的豎向移動(dòng)較小，土層側(cè)阻力不大，樁基才是真正的端承樁，上述的公式才更為適用。

在上述公式中，規(guī)定“h”為樁嵌入基巖深度，但是不包含風(fēng)化層的厚度，簡(jiǎn)單來說就是樁嵌入的基巖一定要是較新的，至于風(fēng)化巖層的厚度則沒有硬性規(guī)定。一些強(qiáng)風(fēng)化硬質(zhì)巖，比如花崗巖，一般來說它的極限強(qiáng)度較極軟巖、新鮮巖更大；這表明大多數(shù)的硬質(zhì)巖都具有高強(qiáng)度的風(fēng)化層的強(qiáng)度，如果對(duì)風(fēng)化巖層的厚度沒有要求，一味追去基巖的新鮮度，那么在進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，就會(huì)導(dǎo)致計(jì)算的樁基承載力［Р］和實(shí)際的樁基承載能力Р存在較大的差異，使樁基承載力計(jì)算的準(zhǔn)確度大打折扣；在實(shí)際施工時(shí)，會(huì)加大工程量、降低工作效率，致使工程無法按時(shí)竣工。

大量的工程實(shí)踐表明，若巖石的表明較為平滑，樁的嵌巖深度h>2d，此時(shí)樁側(cè)嵌固力可以達(dá)到總荷載一半以上。嵌固深度越大，其承載力也越大。但如果嵌固深度h>3d，其承載力則無明顯的增長(zhǎng)。上述公式未對(duì)h的數(shù)值進(jìn)行明確規(guī)定。所以，在進(jìn)行農(nóng)村公路橋梁樁基設(shè)計(jì)時(shí)，可以適度增加樁徑。

3 確定嵌巖深度和樁端持力層厚度

在農(nóng)村公路橋梁樁基設(shè)計(jì)過程中，常常會(huì)遇到以下的現(xiàn)象∶兩質(zhì)地較軟的巖層中間包含著一層質(zhì)地堅(jiān)硬且存在一定厚度的夾層，又或者是一些地區(qū)溶洞較多。在這種情況下，要是這個(gè)夾層的厚度不大，鉆孔樁就必須要從中穿過，才能到達(dá)持力層，這樣一來，就加大了施工的難度，進(jìn)而影響施工進(jìn)度。

在確定樁底基巖厚度時(shí)，一般要滿足三個(gè)條件∶一是在不計(jì)樁周邊覆蓋土層側(cè)阻力的前提下，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)巖體的最小深度要達(dá)到0.5m；二是以樁底為基準(zhǔn)，往下3倍的樁徑范圍內(nèi)不能存在軟弱夾層、斷裂帶或是洞隙；三是在樁端應(yīng)力擴(kuò)散范圍內(nèi)無巖體臨空面。對(duì)大多數(shù)的夾層來說，僅僅需要達(dá)到前面兩個(gè)要求就可以成為持力層。對(duì)于溶洞較多地區(qū)的樁基，因其巖體不夠穩(wěn)固，溶洞分分布雜亂無章，現(xiàn)代技術(shù)還很難勘測(cè)其具體位置，所以會(huì)增加施工所需時(shí)間，使工程造價(jià)提高。此外，為了提高樁基設(shè)計(jì)的經(jīng)濟(jì)性、科學(xué)性，在確定嵌巖深度和樁端持力層厚度時(shí)，要綜合經(jīng)驗(yàn)值和試算數(shù)值進(jìn)行分析。

4 合理進(jìn)行樁基配筋布置

在進(jìn)行樁基配筋布置時(shí)，一般來說，要按照樁基內(nèi)力經(jīng)過精密的計(jì)算之后再進(jìn)行布置。樁身彎矩存在以下四個(gè)方面的特征∶一是彎矩的分布呈一條自上向下遞減的波形曲線，并且遞減速度十分快；二是樁身最大的彎矩存在于首個(gè)不完整的波形內(nèi)，大多是距離地表以下3m的地方；三是樁身彎矩在首個(gè)彎矩零點(diǎn)以下很小，可以忽略不計(jì)，其下樁身主要起傳遞豎向力作用；四是第一個(gè)彎矩零點(diǎn)位置在樁入土深度 h=4/αh 處。

在農(nóng)村公路橋梁樁基的設(shè)計(jì)過程中，配筋的布置方法有以下兩種。一是依據(jù)最大彎矩處進(jìn)行配筋。從樁頂一直伸到最大彎矩一半處下一定錨固長(zhǎng)位置，減少一半配筋再一直伸至彎矩為零下一定錨固長(zhǎng)位置，再下為素混凝土段。二是把基樁主筋的二分之一伸入樁底。從樁體的受力情況、工程造價(jià)的高低和出現(xiàn)問題的解決難度等角度來分析，第一種方法適用性更高。具體原因可總結(jié)為以下兩點(diǎn)∶（1）在第一種方法中，有很長(zhǎng)一段樁基不需要設(shè)置鋼筋，因而相對(duì)第二種方法減少了鋼筋的使用量；（2）如果出現(xiàn)底部斷樁的現(xiàn)象，即使鋼筋籠被拔出來，仍然能夠依照原來的位置進(jìn)行鉆孔，可以有效的降低出現(xiàn)扁擔(dān)樁的概率。

5 樁基負(fù)摩阻力

對(duì)摩擦樁來說，樁基的支撐力大部分來自樁基與土體之間相對(duì)位移產(chǎn)生的摩擦力，在進(jìn)行樁基承載力計(jì)算時(shí)，采用的摩阻力大多是正摩阻力，換句話說是由于樁基本身的下沉較周邊土體下沉更大所產(chǎn)生的摩阻力。然而在對(duì)某些土層較軟的公路進(jìn)行施工時(shí)，由于車輛的碾壓以及其他一些外界因素帶來的壓力導(dǎo)致軟土層斷裂變形，進(jìn)而出現(xiàn)下沉現(xiàn)象；當(dāng)軟土層的下沉量遠(yuǎn)大于樁基的下沉量時(shí)，土體和樁基間的摩阻力方向向下，這時(shí)產(chǎn)生的摩阻力就是樁基負(fù)摩阻力。

在進(jìn)行撞擊設(shè)計(jì)時(shí)，如果對(duì)負(fù)摩阻力的分析不夠透徹，會(huì)在很大程度上影響樁基的施工在質(zhì)量。其一，這會(huì)導(dǎo)致摩擦樁基加快下沉，導(dǎo)致公路橋梁的整體結(jié)構(gòu)遭到破壞；其二，這種不正常的下沉?xí)茐臉痘姆€(wěn)固性。導(dǎo)致負(fù)摩阻力產(chǎn)生的主要因素并不是單方面的，一是由于樁基的周邊土體存在較多的荷載；比如軟土層的大量下沉導(dǎo)致負(fù)摩阻力產(chǎn)生；二是一些樁基的地下水位線不高，導(dǎo)致周邊土體的效應(yīng)力上升，土體板結(jié)進(jìn)而下沉所產(chǎn)生的負(fù)摩阻力。因此，在對(duì)農(nóng)村公路橋梁樁基進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，要綜合分析各種因素，提出相應(yīng)的解決措施，積極做好各項(xiàng)應(yīng)對(duì)工作，避免出現(xiàn)土體大量下沉的現(xiàn)象，減少負(fù)摩阻力的產(chǎn)生。

6 結(jié)束語

總的來說，農(nóng)村公路橋梁樁基的設(shè)計(jì)工作是十分繁雜的，在設(shè)計(jì)時(shí)一定要綜合公路橋梁的樁基承載力、嵌巖深度、樁基配筋、樁基負(fù)摩阻力等各方因素進(jìn)行科學(xué)分析，合理設(shè)計(jì)；以不斷提高農(nóng)村公路橋梁樁基設(shè)計(jì)的質(zhì)量，進(jìn)而提升農(nóng)村公路橋梁的安全性和穩(wěn)固性，并在一定程度上減少公路橋梁的工程造價(jià)，提高建設(shè)的經(jīng)濟(jì)性，不斷提升農(nóng)村公路橋梁的施工水平。

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