橋梁上部結(jié)構(gòu)荷載通常較大，后期質(zhì)量穩(wěn)定、承載能力高的鉆孔灌注樁往往成為絕大多數(shù)橋梁工程首選的基礎(chǔ)形式。橋梁樁基的設(shè)計(jì)是否得當(dāng)，對(duì)工程造價(jià)、質(zhì)量、工期及使用影響很大。筆者結(jié)合工作實(shí)踐，就樁基設(shè)計(jì)中的一些問(wèn)題進(jìn)行初步探討。
1 正確區(qū)分端承樁和摩擦樁等樁基類(lèi)型
通常認(rèn)為，凡嵌巖樁必為端承樁，凡端承樁均不考慮土層側(cè)阻力。實(shí)際上，大量現(xiàn)場(chǎng)結(jié)果表明：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)。
一般情況下，上覆土層的側(cè)阻力是可以發(fā)揮的，而且隨著長(zhǎng)徑比l/d的增大，側(cè)阻力也相應(yīng)增大；只有短粗的人工挖孔嵌巖樁，端阻力先于土層側(cè)阻力發(fā)揮，端阻力對(duì)樁的承載力起主要作用，屬端承樁。對(duì)l/d>15-20的泥漿護(hù)壁鉆（沖）孔嵌巖樁，無(wú)論是嵌入風(fēng)化巖還是完整基巖中，樁側(cè)阻力均先于端阻力發(fā)揮，表現(xiàn)出明顯的摩擦型。對(duì)于l/d≥40，且覆蓋土層不屬于軟弱土，嵌巖樁端的承載作用較小，此時(shí)樁基受力狀態(tài)為摩擦樁，樁端嵌入強(qiáng)風(fēng)化或中風(fēng)化巖層中即可。在某些地區(qū)，泥質(zhì)軟巖嵌巖灌注樁l/d>45時(shí)，嵌巖段總阻力占總荷載比例小于20%；l/d>60時(shí)，嵌巖段端阻力占總荷載比例小于5%。究其原因，一方面由于嵌巖樁樁身的彈性壓縮，導(dǎo)致樁頂沉降，這個(gè)彈性壓縮量引發(fā)了樁周土體的剪應(yīng)力，也即是土對(duì)樁的摩阻力。另一方面，鉆孔樁的孔底殘留的沉渣，形成一個(gè)可壓縮的軟墊，至使樁底也會(huì)產(chǎn)生沉降，這一沉降和上述樁本身的壓縮導(dǎo)致樁身與土體、嵌巖段樁身與巖體產(chǎn)生相對(duì)λ移，從而產(chǎn)生側(cè)阻力。而這種樁身彈性壓縮和樁底沉降是隨著長(zhǎng)徑比l/d的增大而增大的，因而導(dǎo)致摩擦力和側(cè)阻力的增大。
同時(shí)，傳遞到樁端的應(yīng)力也隨嵌巖深徑比hr/d的增大而減小。當(dāng)hr/d>5時(shí)傳遞到樁端的應(yīng)力接近于零；但對(duì)泥質(zhì)軟巖嵌巖樁，hr/d=5-7時(shí)，樁端阻力仍可占總荷載的5%～16%。
由此可見(jiàn)，端承樁和摩擦樁的區(qū)分，不能單純從是否嵌巖來(lái)區(qū)分，要考慮上覆土層的性質(zhì)和厚度、樁長(zhǎng)徑比、嵌入基巖性質(zhì)、嵌巖深徑比和樁底沉渣厚度等因素。
2 科學(xué)計(jì)算樁基承載力
樁基承載力的計(jì)算是橋梁設(shè)計(jì)的重要內(nèi)容。關(guān)于承載力的計(jì)算公司，《公·橋涵地基與基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范》（JTJ024-85）給出了明確的規(guī)定：支承在基巖上或嵌入基巖內(nèi)的鉆（挖）樁，其單樁軸向受壓容許承載力[Р]，可按下式計(jì)算：
公式表明：嵌巖樁的單樁軸向受壓容許承載力[Р]，僅取決于樁底處巖石的強(qiáng)度和嵌入基巖的深度，以及清孔情況、巖石破碎程度等因素。根據(jù)規(guī)范描述，通常認(rèn)為只要是嵌巖樁，就是端承樁，就適用于這個(gè)公式。實(shí)際上，只有在嵌巖樁在清孔絕對(duì)干凈，樁底處于理想支撐，樁底巖石完整且強(qiáng)度很高時(shí)，樁的豎向λ移很微小，樁基才表現(xiàn)為典型的端承樁，公式的使用是無(wú)可爭(zhēng)議的。實(shí)際工程中，只有當(dāng)樁基長(zhǎng)徑比較小，土層側(cè)阻力占比例不大時(shí)，樁基主要表現(xiàn)為端承樁的特征，公式才可使用。
公式中對(duì)“h”的要求是“樁嵌入基巖的深度，不包括風(fēng)化層”。通常的理解是樁必須嵌入新鮮基巖，而不論其上面風(fēng)化巖層的強(qiáng)度如何。有的強(qiáng)風(fēng)化硬質(zhì)巖（如花崗巖），其極限強(qiáng)度往往大于極軟巖新鮮巖的強(qiáng)度。說(shuō)明一般硬質(zhì)巖的微弱風(fēng)化層、甚至強(qiáng)風(fēng)化層的強(qiáng)度都相當(dāng)高，不考慮這些層次的嵌巖深度，一律要求嵌入新鮮基巖是不妥的。按照這個(gè)原則，在風(fēng)化層很厚的情況下，樁基嵌巖很深。在設(shè)計(jì)上，必然導(dǎo)致計(jì)算承載力[Р]遠(yuǎn)小于實(shí)際極限承載能力Р；在施工上，則會(huì)導(dǎo)致工程量的增大，工期的延長(zhǎng)。
工程試驗(yàn)證明，當(dāng)巖面較平整，樁的嵌巖深度h>2d時(shí)，樁側(cè)嵌固力約占總荷載50%以上。隨著嵌固深度增加，承載力也隨之增大。但嵌固深度h>3d時(shí)，承載力增長(zhǎng)不大。公式中û有對(duì)h規(guī)定限值，也û有隨h值增大而設(shè)定相關(guān)的折減系數(shù)。因此，在樁基設(shè)計(jì)實(shí)踐中，當(dāng)樁基承載力需要通過(guò)較大的嵌巖深度來(lái)提高時(shí)，不妨考慮加大樁徑。
3 準(zhǔn)確確定嵌巖深度及樁端持力層厚度
橋梁工程樁基設(shè)計(jì)中，經(jīng)常會(huì)遇到兩軟弱巖層之間穿越強(qiáng)度很高的一定厚度的巖層（夾層），或者有些地區(qū)溶洞比較發(fā)育。如果這種夾層厚度不夠承載厚度要求，鉆孔樁就需要穿越夾層，以達(dá)到持力層，這對(duì)施工機(jī)械和施工進(jìn)度都是極大的考驗(yàn)。
對(duì)樁底基巖厚度的確定，主要有三個(gè)條件：（1）不考慮樁身周Χ覆蓋土層側(cè)阻力，嵌巖灌注樁周邊嵌入完整和較完整的δ風(fēng)化、微風(fēng)化、中風(fēng)化硬質(zhì)巖體的最小深度，按構(gòu)造要求0.5m；（2）要求樁底以下3倍樁徑范Χ內(nèi)無(wú)軟弱夾層、斷裂帶、洞隙分布；（3）在樁端應(yīng)力擴(kuò)散范Χ內(nèi)無(wú)巖體臨空面。對(duì)于一般夾層，只要滿(mǎn)足前兩個(gè)條件即可作為持力層。對(duì)巖溶地區(qū)樁基，由于巖體形狀奇特多變，巖溶洞隙的分布毫無(wú)規(guī)律，現(xiàn)有勘探手段難以事先查明它的準(zhǔn)確λ置及大小，導(dǎo)致工期延長(zhǎng)、工程費(fèi)用增加�；谟�(jì)算所需的邊界條件十分復(fù)雜，而巖溶地基比一般巖石地基影響因素更多，以前通常要求樁端下有4m、5m或5倍樁徑持力層厚度，對(duì)于不同樁徑、不同的單樁承載力，如果同樣要求基樁端面以下有5m完整基巖，兩者的可靠度是不盡相同的。為使樁基設(shè)計(jì)經(jīng)濟(jì)合理，應(yīng)根據(jù)經(jīng)驗(yàn)值和試算數(shù)值相結(jié)合的方法來(lái)確定嵌巖深度及樁端持力層厚度。
4 采取合理的樁基配筋布置
基樁各截面的配筋，理論上應(yīng)根據(jù)樁基內(nèi)力進(jìn)行計(jì)算布置。樁基內(nèi)力可采用m“法或其他有可靠依據(jù)的方法計(jì)算。按m”法計(jì)算樁基時(shí)，樁身彎矩有四個(gè)特點(diǎn)。（1）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；（2）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3mλ置；（3）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；（4）第一個(gè)彎矩零點(diǎn)λ置在樁入土深度h=4/αh處。
在設(shè)計(jì)中通常有兩種鋼筋布置方式。一種是根據(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ê固長(zhǎng)λ置，減少一半配筋再一直伸至彎矩為零下一定ê固長(zhǎng)λ置，再下為素混凝土段，對(duì)于軟基，樁主筋最好穿過(guò)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(lái)看，前一種更合理。這是因?yàn)椋河捎跇痘^長(zhǎng)一段不設(shè)鋼筋，比后者節(jié)省了部分鋼筋；底部斷樁時(shí)，鋼筋籠拔出后，可原孔再鉆，減少扁擔(dān)樁發(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λ是十分重要的，鋼筋布置到樁底，易于固定鋼筋籠。
參考文獻(xiàn)
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