【摘要】近年來，我國在公路交通等基礎(chǔ)方面投入逐年加大，尤其在公路橋梁的建設(shè)方面取得迅猛的發(fā)展。國內(nèi)的數(shù)橋梁工程絕大多數(shù)選用樁基為基礎(chǔ)，樁基設(shè)計(jì)只有科學(xué)、合理，才能保證工程的造價(jià)、工程質(zhì)量、施工工期以及工程的實(shí)際使用效果。本文對橋梁設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行總結(jié)的基礎(chǔ)上，針對樁基設(shè)計(jì)中存在的問題開展分析和研究。

　　【關(guān)鍵字】樁基設(shè)計(jì)；公路橋梁樁基；工程質(zhì)量

　　樁基的設(shè)計(jì)是橋梁建設(shè)過程中最為基礎(chǔ)的工作。對橋梁進(jìn)行樁基設(shè)計(jì)是一個(gè)十分繁瑣和復(fù)雜的過程，在設(shè)計(jì)過程中必須考慮多種因素的影響，如計(jì)算樁基承載力、研究樁基的受力機(jī)理、樁基的嵌巖深度以及樁基的負(fù)摩阻力等，通過對這些因素進(jìn)行綜合的分析與計(jì)算，才能最終給出科學(xué)、合理的樁基設(shè)計(jì)方案。只有這樣才能降低工程成本、提高橋梁建設(shè)的安全性、可靠性、耐久性等。

　　1、計(jì)算橋梁樁基的承載力情況

　　在橋梁建設(shè)中，計(jì)算橋梁樁基承載力是橋梁設(shè)計(jì)的核心。在《公路橋梁地基與基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范手冊》中明確規(guī)定了公路橋梁樁基承載力的計(jì)算公式，支承在嵌入基巖內(nèi)或基巖上的鉆(挖)樁。公式中，關(guān)于單樁軸向受壓容許承載力[P]的計(jì)算公式為：

　　[P]=（C1A+C2Uh）Ra

　　C1、C2代表確定系數(shù)，一般需綜合考慮巖石破碎程度、清孔的情況等因素；h表示不包括風(fēng)化層的樁嵌入基巖深度；Ra表示在極限范圍內(nèi)，天然濕度條件下的巖石單軸抗壓強(qiáng)度；A代表了樁底的橫截面總面積；U代表嵌入基巖部分的樁基橫截面周長長度，一般以設(shè)計(jì)直徑為準(zhǔn)。

　　從計(jì)算公式可以發(fā)現(xiàn)：樁底位置的嵌入基巖的深度和巖石強(qiáng)度與單樁軸向受壓承載力有極為密切的聯(lián)系，并且在建設(shè)過程中還要兼顧巖石破碎程度以及鉆孔的清理情況等因素的影響。在橋梁建設(shè)的傳統(tǒng)觀念里，“端承樁”可等同于嵌巖樁，此公式的適用性才相對較高�？墒牵�在實(shí)際橋梁建設(shè)中，還存在諸多其他因素的影響，如樁底的巖石強(qiáng)度打不到強(qiáng)度要求，鉆孔存在較多的殘?jiān)�，由于受到殘�(jiān)�的影響，樁底可能發(fā)生縱向位移。而且，很大程度上，樁基必然受到摩擦力的影響，因此不能真正意義成為“端承樁”對象�？梢哉f，此公式的適用度不高，只能在理想狀態(tài)下，才具有計(jì)算與應(yīng)用價(jià)值。

　　公式里對“h”的要求前提是“不包括風(fēng)化層”的樁嵌入基巖的深度。一般情況下不論其上面風(fēng)化巖層的強(qiáng)度大小如何，樁基必須嵌入在新鮮的基巖上。如花崗巖等強(qiáng)風(fēng)化硬質(zhì)巖，其巖體的極限強(qiáng)度一般大于等于新鮮巖體的強(qiáng)度。這說明硬質(zhì)巖的微弱風(fēng)化層強(qiáng)度較高，具體體現(xiàn)在強(qiáng)風(fēng)化層的強(qiáng)度上。因此，一味要求嵌入新鮮基巖在實(shí)際建設(shè)中是不妥的，可以這些層次嵌入深度不予考慮�；�于此原則，樁基的嵌巖，其深度較厚，風(fēng)化層也相對較厚。這些因素直接導(dǎo)致計(jì)算承載力[P]的計(jì)算數(shù)據(jù)的失真。一般來說，其實(shí)際極限承載能力遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于計(jì)算結(jié)果；因此在施工過程中必然導(dǎo)致工程的延期，以及增大工程的施工量。

　　2、計(jì)算橋梁樁基的沉降情況

　　橋梁樁基存在的沉降是必然，然而解決這個(gè)問題是十分復(fù)雜、繁瑣的。由于通過設(shè)備很難對樁體周圍的土體的應(yīng)力變化關(guān)系給出實(shí)際、細(xì)致的觀測，我們還不能通過對客觀現(xiàn)象觀察，建立應(yīng)力的數(shù)學(xué)模型，不能提煉出反映樁體周圍土質(zhì)的真實(shí)的應(yīng)力關(guān)系。通過土體中樁基礎(chǔ)的觀測，特別是對軟土中摩擦樁的沉降過程的觀測，我們發(fā)現(xiàn)其存在一定的規(guī)律。在時(shí)間維度上，其具有一定的它的時(shí)間性。一般來說，土中樁基礎(chǔ)的沉降需要一個(gè)較長的沉降過程的，在工程竣工后，一般需要8～10年時(shí)間，而沉降速率可以降到每年7mm左右。這些現(xiàn)象說明，軟土中的樁基礎(chǔ)沉降的與時(shí)間因素有直接關(guān)系。按土力學(xué)的理論，樁基沉降的主要部分包括兩個(gè)部分，即應(yīng)土體的流變和固結(jié)變形；而刺入變形是樁基礎(chǔ)沉降的第二特征。通過一系列的試驗(yàn)研究，我們發(fā)現(xiàn)：樁基發(fā)生不同程度的沉降后，構(gòu)成樁沉降的不可忽略的一部分原因就是刺入變形。試驗(yàn)的時(shí)間不能太長，這樣不能保證土的徐變現(xiàn)象和固結(jié)的充分發(fā)展。但是在樁基礎(chǔ)沉降的產(chǎn)生和發(fā)展過程里，樁端附近的土體和樁基兩側(cè)很早就表現(xiàn)出“非線性”特征，土體出現(xiàn)塑性不僅僅在樁基的承載力在達(dá)到極限范圍時(shí)才體現(xiàn)出來。通過對樁側(cè)摩阻力的研究時(shí)我們還發(fā)現(xiàn)：相對位移相對較小時(shí)，相對位移和摩阻力的大小成正比關(guān)系。而相對位移接近極限值Q，此時(shí)的摩阻力也達(dá)到最大，進(jìn)而產(chǎn)生相應(yīng)的滑動(dòng)位移。極限值Q也被稱為最大彈性位移，學(xué)術(shù)界一般界定Q的范圍在3～6mm之間。對于細(xì)長樁來說，樁基的頂部承載的荷載不高時(shí)，由于彈性壓縮的原因，樁基周圍土層的位移就超過極值時(shí)，便產(chǎn)生相應(yīng)的滑移。在連續(xù)加載的環(huán)節(jié)里，產(chǎn)生滑移區(qū)域也隨之?dāng)U大；樁基與樁基間的土體變形的固結(jié)和徐變使得相對滑移區(qū)域產(chǎn)生周期性變化。這是產(chǎn)生橋梁樁基刺入變形的最基本要素。

　　3、樁端持力層厚度及嵌入巖層深度

　　在樁基設(shè)計(jì)過程里，一般會(huì)遇到不同軟弱巖層間的穿越，尤其需要穿越強(qiáng)度很高的巖層時(shí)，若夾層厚度不能承載其基本的厚度范圍，那就需要鉆孔樁對夾層進(jìn)行穿越，這才可以到達(dá)持力層。這點(diǎn)是十分考驗(yàn)施工進(jìn)度的，同時(shí)對于工程機(jī)械來說也提出了十分苛刻的要求。

　　樁底基巖厚度的確定，可以從以下幾個(gè)條件出發(fā)進(jìn)行考慮：在對樁身周圍覆蓋的土層側(cè)阻力不進(jìn)行考慮時(shí)，在嵌入巖層的灌注樁周邊可以嵌入相對完整的中風(fēng)化、未風(fēng)化以及微風(fēng)化等最小深度的硬質(zhì)巖體，構(gòu)造要求一般為0.6米；同時(shí)要求樁底以下4倍的樁基直徑范圍內(nèi)需要沒有洞隙、斷裂帶和軟弱夾層的分布；在樁端的應(yīng)力擴(kuò)散范圍內(nèi)，需要沒有巖體的臨空面。而對于一般夾層來說，僅需要其滿足其前面兩個(gè)條件即可。有些樁基位于巖溶地區(qū)，其巖體形狀一般來說奇特且多變，毫無規(guī)律可循，借助先進(jìn)的勘探手段也不能探明其準(zhǔn)確大小與實(shí)際位置，直接導(dǎo)致工程費(fèi)用增加和工程工期延長。為保證樁基設(shè)計(jì)的合理性、科學(xué)性、經(jīng)濟(jì)性，我們必須結(jié)合實(shí)際經(jīng)驗(yàn)與計(jì)算數(shù)值科學(xué)確定樁端持力層和嵌入巖層深度的厚度值，為工程施工奠定理論基礎(chǔ)。

　　4、采取合理的樁基配筋布置

　　理論上，基樁的各個(gè)截面的配筋需根據(jù)樁基內(nèi)力進(jìn)行統(tǒng)一的計(jì)算和布置�？刹捎糜锌煽恳罁�(jù)的方法對樁基內(nèi)力進(jìn)行計(jì)算。在進(jìn)行計(jì)算中，需要考慮樁身彎矩的主要特點(diǎn)：

　　彎矩分布規(guī)律近于一條自頂向下衰減的波形曲線，且衰減很快；樁身最大彎矩發(fā)生在第一個(gè)非完整波形內(nèi)，一般在地面以下約3m 位置；樁身彎矩在第一個(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；第一個(gè)彎矩零點(diǎn)位置在樁入土深度h=4/αh處。鋼筋布置方式在實(shí)際的設(shè)計(jì)中主要有兩種：第一，配筋依據(jù)為最大彎矩處。從樁的上部到最大彎矩處下一定錨固長位置，減少一半的筋比，伸至彎矩為零下一定錨固長位置，再下為素混凝土段，對于軟基，樁主筋最好穿過軟土層。另一種是將基樁主筋一半部分一直伸到樁底。從樁體受力和節(jié)省工程費(fèi)用以及發(fā)生事故處理的難度來看，前一種更合理。由于樁基較長一段不設(shè)鋼筋，比后者節(jié)省了部分鋼筋；底部斷樁時(shí)，鋼筋在籠拔后，可原孔再鉆，減少扁擔(dān)樁的發(fā)生機(jī)率。但是，第二種配筋方式可以減小施工難度，樁基灌注混凝土?xí)r，鋼筋籠的定位是十分重要的，鋼筋布置到樁底，易于固定鋼筋籠。

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