橋梁樁基礎(chǔ)的設(shè)計(jì)與施工要點(diǎn)分析

唐艷輝

(廣東省長(zhǎng)大公路工程有限公司， 廣東 廣州 511431)

0 前言

隨著近幾年國(guó)家政策的出臺(tái)，國(guó)民經(jīng)濟(jì)生產(chǎn)總值的飛速增長(zhǎng)對(duì)交通基礎(chǔ)設(shè)施的需求也不斷提升。橋梁作為跨越河流、山谷等交通障礙的主要建筑物，伴隨著人類發(fā)展歷史，一方面橋梁技術(shù)的發(fā)展推動(dòng)了人類發(fā)展的腳步，另一方面人類技術(shù)的提升也促進(jìn)了橋梁建造技術(shù)的進(jìn)步。國(guó)內(nèi)很多地方為加快地區(qū)經(jīng)濟(jì)發(fā)展，方便交通出行開始修筑橋梁。橋梁結(jié)構(gòu)所處的使用環(huán)境一般是河流區(qū)域，在建筑規(guī)范里面屬于潮濕環(huán)境，而且橋梁基礎(chǔ)底部所處地層大多復(fù)雜，巖層、泥沙層等材料物理力學(xué)參數(shù)差別較大，這提高了對(duì)橋梁基礎(chǔ)的強(qiáng)度、剛度的要求。根據(jù)相關(guān)統(tǒng)計(jì)結(jié)果表明：2007年到2012年短短幾年時(shí)間內(nèi)全國(guó)就發(fā)生橋梁坍塌事故多達(dá)十幾起，共有110多人受傷，140多人死亡，近20多人失蹤?？紤]到在常用的基礎(chǔ)中橋梁主要采用樁基礎(chǔ)，因此保障強(qiáng)梁樁基礎(chǔ)在使用壽命內(nèi)的安全可靠性顯得極為重要。本文將從橋梁樁基礎(chǔ)的設(shè)計(jì)方面和施工方面針對(duì)橋梁樁基礎(chǔ)的安全可靠性分別進(jìn)行討論。

1 橋梁樁基礎(chǔ)的設(shè)計(jì)要點(diǎn)

1.1 巖溶地區(qū)的橋梁樁基礎(chǔ)

對(duì)于處在巖溶地區(qū)的橋梁結(jié)構(gòu)來(lái)說(shuō)，不同樁因位置不同地質(zhì)條件不同帶來(lái)的差別較大，為方便說(shuō)明問(wèn)題，本文將從摩擦樁、嵌巖樁兩種形式進(jìn)行討論。

1）摩擦樁。當(dāng)實(shí)際橋梁樁基設(shè)計(jì)工況面臨較差的持力層，持力層內(nèi)含有較多溶洞，巖溶發(fā)育區(qū)較廣導(dǎo)致持力層底板強(qiáng)度不夠時(shí)，可以對(duì)填土的厚度、密實(shí)度進(jìn)行分析，當(dāng)填土的密實(shí)度足夠時(shí)，可考慮將橋梁樁基設(shè)計(jì)成摩擦性樁。樁基設(shè)計(jì)過(guò)程中假設(shè)樁基自身混凝土結(jié)構(gòu)與巖石膠結(jié)程度較好，充分考慮樁身與巖石之間的摩阻力所提供的樁基承載力。忽略樁端土的承載力，因?yàn)闃抖宋恢幂^深，巖層內(nèi)部縫隙中地下水的存在會(huì)導(dǎo)致樁端沉淀土的存在。同時(shí)進(jìn)行樁基設(shè)計(jì)時(shí)還要考慮摩擦性樁的負(fù)摩阻力。較厚的土層相對(duì)應(yīng)樁身向下沉降，有負(fù)向變形時(shí)，對(duì)樁身的負(fù)摩阻力較大，需計(jì)算分析。

2）嵌巖樁。首先是嵌巖樁底部持力層厚度的確定；為確保橋梁樁端傳力路徑安全穩(wěn)定，一般工程設(shè)計(jì)中會(huì)將樁端位置設(shè)置在巖溶發(fā)育區(qū)、溶洞層的下面，利用強(qiáng)度較高的基巖作為橋梁樁基的持力層。但是由于工程自身地質(zhì)條件限制，橋梁樁基的樁端難以穿越巖溶發(fā)育區(qū)，此時(shí)只能考慮巖溶發(fā)育區(qū)的上部巖層為持力層，因此必須正確的計(jì)算持力層的承載力能否滿足橋梁樁基設(shè)計(jì)需求。其次是通過(guò)巖溶發(fā)育區(qū)的上部巖層所受彎矩對(duì)其自身厚度進(jìn)行強(qiáng)度演算；考慮到持力層的相對(duì)完整，強(qiáng)度較大，洞間距大于三倍橋梁樁基時(shí)一般需進(jìn)行受彎驗(yàn)算。持力層最小厚度參考下面公式1。

式中：M為持力層所受彎矩，KN·m，根據(jù)持力層巖石的邊界約束情況分下面幾種類型：（1）持力層頂板周邊完整，頂板中間存在縫隙，此時(shí)考慮為懸臂梁結(jié)構(gòu)，其中彎矩M按照M=0.5qL2+PL計(jì)算。（2）持力層頂板周邊存在縫隙，頂板中間完整，此時(shí)考慮為簡(jiǎn)支梁結(jié)構(gòu)，其中彎矩M按照M=0.125qL2+0.25PL計(jì)算。

（3）持力層頂板周邊以及頂板都完整時(shí)，考慮固端梁結(jié)構(gòu)，其中彎矩M按照M=0.083qL2+0.175PL計(jì)算。其中P為樁端傳來(lái)的集中荷載，單位KN，L為頂板的跨度，單位m。最后，按照剪切應(yīng)力大小對(duì)持力層厚度進(jìn)行演算。洞間距小于三倍橋梁樁基時(shí)一般需進(jìn)行剪切應(yīng)力檢驗(yàn)。計(jì)算公式見(jiàn)公式2.

在實(shí)際橋梁建筑工程中，要根據(jù)樁端持力層以及頂板完整性分別選取不同的計(jì)算公式進(jìn)行演算，無(wú)縫隙完整性較好的考慮固端梁結(jié)構(gòu)計(jì)算，有縫隙完整性較差的考慮簡(jiǎn)支梁結(jié)構(gòu)。

1.2 凍土地區(qū)的橋梁樁基礎(chǔ)

1）凍脹地區(qū)的樁基礎(chǔ)設(shè)計(jì)應(yīng)該考慮凍脹土的影響。其影響主要是凍脹力的作用，當(dāng)土體凍結(jié)就會(huì)發(fā)生體積膨脹現(xiàn)象，如果此時(shí)橋梁樁基位于凍脹土范圍內(nèi)，就會(huì)承受凍脹土的額外作用力。一旦凍脹土的問(wèn)題沒(méi)有合理解決，將可能引起樁基與承臺(tái)的斷裂破壞。因此應(yīng)該在考慮凍脹力的情況下進(jìn)行橋梁樁基的抗拉計(jì)算以及穩(wěn)定性校核。

2）近幾年全球變暖問(wèn)題日益突出，當(dāng)橋梁工程所處的凍脹土地區(qū)溫度發(fā)生突變，大幅度上升導(dǎo)致凍脹土解凍，成為非凍脹土。如果再橋梁樁基設(shè)計(jì)時(shí)沒(méi)能考慮這個(gè)問(wèn)題，凍脹土地基承載力的突變將可能引發(fā)樁基沉陷、橋梁斷裂等嚴(yán)重后果。因此在橋梁樁基設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)該根據(jù)凍土性質(zhì)進(jìn)行分部考慮，如下表1所示。。

表1 不同凍土類型樁基礎(chǔ)承載力計(jì)算

2 橋梁樁基礎(chǔ)的施工要點(diǎn)

2.1 巖溶地區(qū)的橋梁樁基礎(chǔ)

1）實(shí)際工程中厚度較大的上部覆蓋土層往往是土質(zhì)松散、密實(shí)度較差，或者是粉質(zhì)粘土、粉土等高含水量的粘性土，這種類型土層在受到較大動(dòng)荷載或者外力擾動(dòng)時(shí)容易發(fā)生液化失去承載能力。當(dāng)此類土層中進(jìn)行施工時(shí)，遇上地下水埋深較小的情況就會(huì)發(fā)生塌孔現(xiàn)象，因此為避免這種問(wèn)題的出現(xiàn)，應(yīng)該增大泥漿用量，保證泥漿量能起到保護(hù)孔壁穩(wěn)定性的作用。當(dāng)施工進(jìn)行到最后終孔階段時(shí)應(yīng)該及時(shí)進(jìn)行泥漿稀釋，保證后續(xù)的清孔工作順利開展。

2）在鉆孔過(guò)程中要加強(qiáng)護(hù)壁工作，因?yàn)閹r溶區(qū)的孔隙較多，透水性好，鉆孔中的泥漿極容易沿著巖層孔隙滲透到其他區(qū)域。當(dāng)橋梁樁基達(dá)到設(shè)計(jì)標(biāo)高時(shí)，應(yīng)樁端底部進(jìn)行檢測(cè)，對(duì)于出現(xiàn)溶洞的情況應(yīng)繼續(xù)鉆進(jìn)，并清空溶洞注入標(biāo)號(hào)為C25的混凝土，保證樁端底部的承載力，同時(shí)減小橋梁樁基的沉降變形，避免不均勻沉降現(xiàn)象的發(fā)生。

3）在樁基鉆孔施工過(guò)程中，應(yīng)時(shí)刻監(jiān)控鉆機(jī)的鉆進(jìn)速度，實(shí)際施工中為保證鉆孔的穩(wěn)定性，易保持穩(wěn)定的鉆井速度。當(dāng)鉆機(jī)的鉆井速度突然變慢時(shí)應(yīng)立即停鉆，檢查是否發(fā)生卡鉆問(wèn)題，當(dāng)鉆井速度突然增大時(shí)應(yīng)檢查鉆孔方向是否偏離預(yù)定持力層。

4）為保證橋梁樁基的可靠性，墩臺(tái)基礎(chǔ)的施工應(yīng)該加強(qiáng)動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)工作。對(duì)于施工的每一根樁要做好鉆進(jìn)過(guò)程數(shù)據(jù)記錄、突發(fā)情況記錄等，對(duì)于鉆孔坍塌、鉆進(jìn)速度突變等問(wèn)題進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明，并以書面報(bào)告交付設(shè)計(jì)、施工方。當(dāng)工程項(xiàng)目的各個(gè)參與主體簽字同意后才可以完成終孔。

2.2 凍土地區(qū)的橋梁樁基礎(chǔ)

1）在進(jìn)行樁基鉆孔時(shí)應(yīng)該在土層中配置鋼結(jié)構(gòu)保護(hù)筒，并在筒壁外表面涂抹渣油。對(duì)于連接樁基和承臺(tái)的鋼筋應(yīng)該做好質(zhì)量檢查，做好錨固措施，以確保連接鋼筋的拉結(jié)作用。

2）鉆孔施工工作必然會(huì)引起孔壁周圍凍土升溫融化，施工結(jié)束后又繼續(xù)凍結(jié)。而凍結(jié)的時(shí)間和凍結(jié)程度將會(huì)影響樁基施工工期和土層的承載力。因此必須選擇一種合理的施工工藝，盡可能的減小對(duì)凍脹土的擾動(dòng)影響。根據(jù)具體施工環(huán)境的不同可以考慮干法鉆孔、濕法鉆孔兩種工藝。

3 結(jié)語(yǔ)

針對(duì)不同施工工況的橋梁工程，要分巖溶區(qū)和凍脹區(qū)兩種情況對(duì)待，并從設(shè)計(jì)和施工兩個(gè)方面分別采取措施確保橋梁樁基礎(chǔ)的使用可靠性。