桥梁桩基设计中桩长计算问题的探讨

王荣霞，赵瑞静

（河北工业大学 土木工程学院，天津300401）

1 引言

在桥梁结构设计中，桩基础的设计计算是其中很重要的一个内容，它直接关系到桥梁上部结构的安全和正常使用。笔者发现在最新颁布的公路桥涵地基基础设计规范（JTG D63－2007）中，与被替代的旧规范（JTJ023－85）相比，在桩基设计内容中除了对构造要求有所增加之外，有一个很重要的变化点就是摩擦桩单桩轴向受压承载力容许值的计算公式中对外荷载的规定不同，而这个公式恰是我们通常用来确定桩长的常用公式。同时笔者也在目前所有桥梁基础工程教材中发现编者在计算桩长时均未考虑这一变化，存在很大不足。因此，本文通过一桩基计算示例说明依据新旧规范对桩长计算结果的不同，以充分说明新旧规范这一变化对现有结构的设计计算带来的影响，这对于从事该专业设计的人员而言是比较重要的。

2 新旧规范公式的异同

2.1 公路桥涵地基基础规范（JTJ023－85）

摩擦桩单桩轴向受压承载力容许值［Ra］计算公式：

式中u为桩身周长；Ap为桩身截面积；n为土层数；li为局部冲刷线以下各土层的厚度（m）；qik为与li对应各土层与桩侧的摩阻力标准值；［fa0］为桩端土承载力基本容许值；h为桩在地面或一般冲刷线以下的深度；k2为容许承载力随深度的修正系数；γ2为桩端以上各土层的加权平均重度；λ为修正系数；m0为清底系数。规范说明公式中［Ra］在计算时，最大冲刷线以下的桩重的一半值作为荷载考虑。

2.2 公路桥涵地基基础规范（JTG D63－2007）

该规范中，摩擦桩单桩轴向受压承载力容许值［Ra］计算公式及各参数意义仍然同公式中一致，但最后一条计算［Ra］的不同规定是，桩身自重与置换土重（当自重计入浮力时，置换土重也计入浮力）的差值作为荷载考虑。

3 计算示例

3.1 设计资料

3.1.1 地质与水文资料

地基土为密实细砂夹砾石，地基土比例系数m＝10 000kN／m4；地基土的极限摩阻力τ＝70kPa；地基土内摩擦角φ＝40。内聚力c＝0；地基土容许承载力［fa0］＝400kPa；土容重γ＝11.80kN／m3（已考虑浮力）；地面标高为335.34m，常水位标高为339.00m，最大冲刷线标高为330.00m，一般冲刷线标高也为335.34m。

3.1.2 桩、墩尺寸与材料

墩帽顶标高为346.88m，桩顶标高为339.00m，墩柱顶标高为345.31m，墩柱直径1.50m，桩直径1.65m。

3.1.3 荷载情况

上部为30m预应力钢筋混凝土梁，每一根桩承荷载为两跨恒载反力N1＝1 376.00kN；盖梁自重反力 N2＝256.50kN；系梁自重反力 N3＝76.40kN；一根墩柱（直径1.5m）自重N4＝279.00kN；柱（直径1.65m）自重每延10kN（已扣除浮力）；两跨活载反力 N5＝675.486kN；一跨活载反力N6＝403.00kN；桩基础采用冲抓锥钻孔灌注桩基础，为摩擦桩，见图1。

3.2 按旧规范计算桩长

由于地基土层单一，用确定单桩容许承载力的经验公式初步反算桩长，该桩埋入最大冲刷线以下深度为h，一般冲刷线以下深度为h3，则：

图1 桩基计算

式中Nh为根桩受到的全部竖直荷载（kN），其余符号同前，最大冲刷线以下（入土深度）的桩重的－半作外荷计算。当两跨活载时，

计算［P］时取以下数据，桩的设计桩径1.65m，冲抓锥成孔直径1.80m，桩周长，U＝π×1.80＝＝3，所以得。综上所述，h＝10.09（m）.

3.3 按新规范计算桩长

公式中Nh为一根桩受到的全部竖直荷载（kN），其余符号同前，桩身自重q1与置换土重q2（当自重计入浮力时，置换土重也计入浮力）的差值作为荷载考虑。

3.4 两者比较

从应用新规范计算得到的h＝8.9m可知，桩在最大冲刷线以下埋入深度与采用旧规范的10.09m相比小了1.1m，差值不可忽视。因此从这个数据上分析，旧规范的应用使得桩基设计更为保守，相对安全。但是，从公式本身的角度分析，由于采用了容许状态法设计，因此新规范的计算具有一定的安全度。由于公式的数值多数是以静载试验为依据的，所以桩身自重已在土中取得平衡，所以不计入自重也是符合工程实际的。

4 结语

桩基础的设计计算是桥梁结构设计中很重要的内容，本文通过一桩基计算示例，说明新规范对摩擦桩单桩轴向受压承载力容许值的计算公式中荷载的规定不同，使得桩长计算结果比旧规范偏小，但由于桩长设计为容许状态法，因此在安全度上仍有保证，而新规范的规定更贴合工程实际受力状态。了解这一变化对现有结构的设计计算带来的影响，这对于从事该专业设计的人员而言是非常重要的。

［1］凌治平，易经武.基础工程［M］.北京：人民交通出版社，1997.

［2］中华人民共和国交通部.JTG D63－2007公路桥涵地基与基础设计规范［S］.北京：人民交通出版社，2007.

［3］中华人民共和国交通部.JTJ 023－85公路桥涵地基与基础设计规范［S］.北京：人民交通出版社，2006.