浅谈公路桥梁桩基设计应注意的问题

赵健

（黑龙江省公路勘察设计院，黑龙江 哈尔滨 150080）

在公路桥梁设计过程中，桩基设计对于整个桥梁的质量具有十分重要的影响。桥梁往往都承担着巨大的载荷，而基桩是桥梁承载能力的基础和保证，直接关系到桥梁施工能否如期完成以及桥梁的工程造价。本文对公路桥梁桩基设计中应该注意的一些问题进行了探讨，为桥梁建设出一份力。

1 正确区分端承桩和摩擦桩等桩基类

传统观点认为嵌岩桩肯定是端承桩，其对于土层产生的侧阻力是不受影响的。而施工现场的事实证明土层的深度、基岩的种类、桩的长度和直径的比例都对桩的侧阻力以及端阻力具有直接的关系。

在实际中，长径比直接影响到上层土层的侧阻力，而且二者之间成正比例关系，侧阻力随着1/d的值得增大而增大。嵌岩桩由人工进行挖孔，且长度比较短而直径较大，其端阻力的发挥要先于侧阻力，摩擦比较明显。在非软土层的情况下，如果长径比高于40，那么嵌岩段的承载作用不是很大，桩基在这种情况下主要表现为摩擦桩，桩端在风化比较严重的岩层中嵌入就可以达到要求。在一些软土地质，当灌注桩的长径比高于45时，嵌岩段的阻力远远低于总载荷的百分之二十，而当灌注桩的长径比高于60时，嵌岩段端阻力低于总载荷的百分之五。造成这种现象主要有两个方面的原因：第一，嵌岩桩由于自身具有一定的弹性，在载荷作用之下出现压缩，出现沉降，从而导致桩四周的土层发生剪应力，二者之间产生了相对的摩擦力。第二，钻孔的时候没有将孔内的残渣清理干净，这些残渣在孔低形成一个蓬松的垫子，在压力的作用之下发生沉降，再加上桩自身存在的单行压缩，这样桩和四周的土层或者是岩体之间就会产生相对的位移这样侧阻力就出现了。这种沉降以及桩自身的弹性压缩与其自身的长径比具有直接的联系，长径比越大，这种现象就越明显，同样在压缩和沉降过程中产生的摩擦力和侧阻力就越大。

在这个过程当中，桩端的应力与嵌岩的深径比成反比例关系，深径比的值越大，桩端的应力值就越高，桩端的应力在深径比大于5的时候，无限接近于零。在软土地质环境下，嵌岩桩的深径比在5到7之间时，桩端阻力几乎可以达到何在总量的5%到16%。

从上面可以看出，不能单纯从嵌岩与否来区分端承桩和摩擦桩，同时还要从土层的深度、桩的长径比以及嵌岩的深径比等一系列的因素。

2 科学计算桩基承载力

桩基承载力的计算是桥梁设计的重要内容。关于承载力的计算公式，《公路桥涵地基与基础设计规范》给出了明确的规定：支承在基岩上或嵌入基岩内的钻(挖)桩，其单桩轴向受压容许承载力[P]，可按下式计算：

Ra-天然湿度的岩石单轴极限抗压强度

h-桩嵌入基岩深度，不包括风化层

U-桩嵌入基岩部分的横截面周长，按设计直径计算

A-桩底截面面积

C1、C2-根据清孔情况、岩石破碎程度等因素确定的系数

从上面的计算公式可以看出，桩底位置的岩石强度以及嵌入基岩的深度的大小直接决定嵌岩桩的单桩轴向受压容许承载力，同时还要考虑钻孔的清理情况以及岩石破碎程度。只有按照传统观念，嵌岩桩就是端承桩，这个公式才比较适用。而在实际中，还存在着钻孔存在残渣或者是桩底的岩石强度不够，桩底由于残渣的作用而发生纵向的位移，桩基在很大程度上存在着摩擦力，很难成为真正的端承桩。因此这个公式在实际中只能在理想状态下才比较适用。

公式中对“h”的要求是“桩嵌入基岩的深度，不包括风化层”。通常的理解是桩必须嵌入新鲜基岩，而不论其上面风化岩层的强度如何。有的强风化硬质岩（如花岗岩），其极限强度往往大于极软岩新鲜岩的强度。说明一般硬质岩的微弱风化层、甚至强风化层的强度都相当高，不考虑这些层次的嵌岩深度，一律要求嵌入新鲜基岩是不妥的。按照这个原则，在风化层很厚的情况下，桩基嵌岩很深。在设计上，必然导致计算承载力[P]远小于实际极限承载能力P；在施工上，则会导致工程量的增大，工期的延长。

工程试验证明，当岩面较平整，桩的嵌岩深度h>2d时，桩侧嵌固力约占总荷载50%以上。随着嵌固深度增加，承载力也随之增大。但嵌固深度h>3d时，承载力增长不大。公式中没有对h规定限值，也没有随h值增大而设定相关的折减系数。因此，在桩基设计实践中，当桩基承载力需要通过较大的嵌岩深度来提高时，不妨考虑加大桩径。

3 准确确定嵌岩深度及桩端持力层厚度

在公路桥梁的实际设计过程当中常常遇到软质岩层中夹有硬度很高的岩层，还有可能地下存在溶洞结构。为了确保钻孔桩能够达到相应的承载能力，就必须使其通过夹层，到达持力层的深度，这会给施工带来极大的难度，影响工程在工期规定的范围之内完成。

对桩底基岩厚度的确定，主要有三个条件：

不考虑桩身周围覆盖土层侧阻力，嵌岩灌注桩周边嵌入完整和较完整的未风化、微风化、中风化硬质岩体的最小深度，按构造要求0.5m。

要求桩底以下三倍桩径范围内无软弱夹层、断裂带、洞隙分布。

在桩端应力扩散范围内无岩体临空面。对于一般夹层，只要满足前两个条件即可作为持力层。对岩溶地区桩基，由于岩体形状奇特多变，岩溶洞隙的分布毫无规律，现有勘探手段难以事先查明它的准确位置及大小，导致工期延长、工程费用增加。基于计算所需的边界条件十分复杂，而岩溶地基比一般岩石地基影响因素更多，以前通常要求桩端下有4m、5m或五倍桩径持力层厚度，对于不同桩径、不同的单桩承载力，如果同样要求基桩端面以下有5m完整基岩，两者的可靠度是不尽相同的。为使桩基设计经济合理，应根据经验值和试算数值相结合的方法来确定嵌岩深度及桩端持力层厚度。

4 采取合理的桩基配筋布置

基桩各截面的配筋，理论上应根据桩基内力进行计算布置。桩基内力可采用有可靠依据的方法计算。计算桩基时，桩身弯矩有四个特点：

弯矩分布规律近于一条自顶向下衰减的波形曲线，且衰减很快；桩身最大弯矩发生在第一个非完整波形内，一般在地面以下约3m位置；桩身弯矩在第一个弯矩零点以下很小，可以忽略不计，其下桩身主要起传递竖向力作用；第一个弯矩零点位置在桩入土深度h=4/αh 处。

钢筋布置方式在实际的设计中主要有两种：第一，配筋依据为最大弯矩处。从桩的上部到最大弯矩处下一定锚固长位置，减少一半配筋再一直伸至弯矩为零下一定锚固长位置，再下为素混凝土段，对于软基，桩主筋最好穿过软土层。另一种是将基桩主筋一半部分一直伸到桩底。从桩体受力和节省工程费用以及发生事故处理的难度来看，前一种更合理。

这是因为：由于桩基较长一段不设钢筋，比后者节省了部分钢筋；底部断桩时，钢筋笼拔出后，可原孔再钻，减少扁担桩发生机率。但是，第二种配筋方式可以减小施工难度，桩基灌注混凝土时，钢筋笼的定位是十分重要的，钢筋布置到桩底，易于固定钢筋笼。

[1]沈建章,俞勤仙.公路桥梁桩基设计应注意的问题[J].现代商贸工业,2008,(02).

[2]陈书书.浅谈公路桥梁的桩基设计[J].科技资讯,2008,(20).

[3]吴振宇.探讨公路桥梁桩基设计应注意的问题[J].黑龙江科技信息,2009,(28).