橋梁樁基受力狀態(tài)和穩(wěn)定性研究

張繼文

【摘要】以工程實(shí)際為基礎(chǔ)，主要針對巖溶地區(qū)公路橋梁樁基設(shè)計(jì)所經(jīng)常遇到的問題進(jìn)行分析與研究，并且通過分析結(jié)果，給出在橋梁樁基設(shè)計(jì)過程中所需要遵循的基本原則以及在設(shè)計(jì)過程中經(jīng)常遇到的問題與關(guān)鍵點(diǎn)。通過分析與研究能夠?qū)I(yè)人士提供一定的借鑒與參考意見。

【關(guān)鍵詞】巖溶地區(qū)；公路橋梁；樁基；設(shè)計(jì)要點(diǎn)

現(xiàn)在，我國造橋技術(shù)不斷成熟，出現(xiàn)了非常多的橋梁基礎(chǔ)形式，其中包含了擴(kuò)大基礎(chǔ)、樁基基礎(chǔ)以及沉井基礎(chǔ)等三種形式。在所有的橋梁基礎(chǔ)中，橋梁結(jié)構(gòu)都需要承受比較大的載荷，所以，越強(qiáng)的承載能力，樁基就會(huì)被運(yùn)用得更廣，同時(shí)質(zhì)量也越加穩(wěn)定。特別是針對一些地質(zhì)情況較差，承載力不夠的地質(zhì)情況，一般都是選擇樁基基礎(chǔ)作為橋梁施工過程中的基礎(chǔ)形式。而本文的研究形式，就是以巖溶地區(qū)公路橋梁樁基設(shè)計(jì)的角度來分析橋梁樁基的受力狀態(tài)，以此來達(dá)到對橋梁工程質(zhì)量提高的目的。

一、樁基承載性能研究

針對巖溶地區(qū)的特殊條件而言，在樁基承載性能方面的研究包含了受力的情況以及相關(guān)的影響因素。最近幾年，針對樁基承載性能研究的方法有很多，運(yùn)用最為廣泛的方法有理論模擬法、數(shù)值模擬法以及物理模擬法等。在物理模擬法方面，主要通過三個(gè)步驟來實(shí)現(xiàn)，也就是通過離心模擬實(shí)驗(yàn)、相似模擬實(shí)驗(yàn)以及現(xiàn)場原位實(shí)驗(yàn)等，綜合針對樁基與土體之間存在的載荷性能聯(lián)系情況，可以了解到，載荷首先存在于裝機(jī)頂部，然后通過樁身進(jìn)行傳遞。首先是通過巖土層中存在的摩擦力來發(fā)揮相關(guān)的作用，一旦裝側(cè)摩擦力出現(xiàn)，并達(dá)到一定限度后，載荷繼續(xù)增加的情況下，樁端或者巖石就開始產(chǎn)生作用，所增加的載荷就通過這一部分來承擔(dān)。通過研究發(fā)現(xiàn)，在巖溶地區(qū)，樁基受力情況主要有下面幾點(diǎn)：第一，樁基受力狀態(tài)相關(guān)影響因素特別多，其中包含了持力層的特點(diǎn)與性質(zhì)、成樁施工過程中的工藝特點(diǎn)、樁體長度以及對巖土進(jìn)行覆蓋過程中導(dǎo)致其存在的整體性能等；第二，一旦樁身的長徑比達(dá)到20以上的情況時(shí)，樁基的受力就會(huì)減小，樁側(cè)摩擦阻力就會(huì)增加；第三，一旦樁身的長徑比小于20時(shí)，樁基就沒有明顯的變形存在，樁端巖層來承受樁基的受力；第四，圍巖特性、相對樁基偏位、填充物質(zhì)量、裂縫大小、邊界條件、頂板厚度以及巖溶洞穴尺寸等因素，同樣能夠影響到樁基的承載力。所以，在針對巖溶地區(qū)進(jìn)行橋梁樁基設(shè)計(jì)過程中，應(yīng)該充分對其受力進(jìn)行了解與分析，通過與結(jié)合與樁基受力有關(guān)的各方面因素與條件，保證能夠合理與安全地設(shè)計(jì)橋梁樁基結(jié)構(gòu)，這樣來提高橋梁樁基設(shè)計(jì)過程中的整體質(zhì)量。

二、樁基承載力計(jì)算

在工程實(shí)際中，按照嵌巖樁、端承樁或者摩擦樁的計(jì)算公式，計(jì)算橋梁樁基承載力，特別是在巖溶地區(qū)，一般在計(jì)算模板選擇方面都是選用嵌巖樁作為合理模板。但是，一般的規(guī)范性公式，其計(jì)算局限性一直處在。比如說摩擦樁，樁基的承載力有兩個(gè)部分，也就是樁端存在的摩擦阻力和支撐力，在發(fā)揮樁承載力的過程中，底層的樁基相對位移、極限摩擦阻力以及巖土層特點(diǎn)這些因素都會(huì)對其造成影響。分析嵌巖樁，就包含了三個(gè)部分的樁基承載力，嵌入巖層導(dǎo)致的摩擦阻力、樁端巖層阻力以及覆土層側(cè)摩擦阻力。樁基承載力受樁端清孔程度、破碎程度、持力層巖石性質(zhì)、嵌入深度、樁身的長徑比以及覆土層結(jié)構(gòu)特性等因素的影響。然而，巖溶地區(qū)，樁基的受力狀態(tài)不夠明確，而且由于地形復(fù)雜，載荷呈不規(guī)則分布狀態(tài)。如果不充分結(jié)合實(shí)際情況，而僅僅套用相關(guān)公式，就無法準(zhǔn)確地對樁基的受力情況給出反應(yīng)，繼而導(dǎo)致樁基出現(xiàn)局部破壞的情況，這樣就會(huì)導(dǎo)致樁基質(zhì)量下降。同時(shí)，還應(yīng)該按照巖溶地區(qū)實(shí)際存在的情況，對參數(shù)做出相關(guān)調(diào)整，保證在施工過程中樁基的最終質(zhì)量。

三、樁基的嵌入深度

在橋梁設(shè)計(jì)要求中，如果樁基的嵌入深度不到0.5m，就應(yīng)該對樁基承載力進(jìn)行調(diào)整，然而，對于深度要求根本就沒有強(qiáng)制性進(jìn)行。這就導(dǎo)致在設(shè)計(jì)樁基的過程中沒有標(biāo)準(zhǔn)可依，樁基質(zhì)量就會(huì)出現(xiàn)問題，主要是還沒有明確嵌巖樁的定義，相關(guān)人士在針對嵌入深度方面有一定的差異存在。一些專業(yè)人士通過實(shí)驗(yàn)的方式來得到理論依據(jù)，指出在嵌入深度達(dá)到一定范圍內(nèi)，樁基能夠充分發(fā)揮其承載力。然而，因?yàn)樵囼?yàn)本身存在一定的局限性，導(dǎo)致得到的結(jié)論并不完善。同時(shí)，一些專業(yè)人士，同時(shí)還指出，嵌入深度不應(yīng)該太大。盡管樁基嵌入深度能夠提高撞期的承受力，但是，真正的提高程度并不明顯。如果花費(fèi)過多的代價(jià)來得到承載力小范圍的提高，從經(jīng)濟(jì)角度而言，是不可取的。我們認(rèn)為，樁基的嵌入深度應(yīng)該根據(jù)實(shí)際工程進(jìn)行確定，綜合考慮樁身長徑比、巖層性質(zhì)以及覆土層結(jié)構(gòu)特性等參數(shù)，得出具體的樁基嵌入深度。

四、結(jié)語

總之，橋梁樁基設(shè)計(jì)過程中，需要針對地質(zhì)條件、工程要求等因素，選擇合適的樁基形式，提高橋梁工程的安全系數(shù)，降低橋梁工程的經(jīng)濟(jì)成本，確保工程質(zhì)量和使用功能。

參考文獻(xiàn)

[1]徐偉.公路橋梁樁基設(shè)計(jì)要點(diǎn)分析[J].城市道橋與防洪，2014（10）：93～95，10.

[2]汪華斌，劉志峰，趙文鋒，周博，李紀(jì)偉.橋梁樁基荷載下溶洞頂板穩(wěn)定性研究[J].巖石力學(xué)與工程學(xué)報(bào)，2013，32（S2）：3655～3662.

[3]浦恩虎.公路橋梁樁基沉降問題探析[J].交通世界，2017（35）：118～119.