有关桥梁基础大直径挖孔桩应用的研究

王小骏

(贵州路桥集团有限公司)

0 引 言

大直径人工挖孔扩底桩在建筑工程中运用比较广泛，通过工程实践证明，该技术的应用具有很多优势，如造价低、施工速度快、机械操作简单等。但这种技术在桥梁基础施工中运用的比较少，因为桥梁基础的施工会受到地质条件的影响。因此，其具体应用应该根据桥梁基础地质情况的不同进行合理运用。本文结合工程实例，对大直径挖空桩在桥梁基础中的应用作阐述。

1 大直径扩底桩的承载机理

通常情况下，大直径扩底桩的承载力主要是桩周上的摩阻力以及端承力组成，如下列公式所示

Q=Qb+Qs=qbAb+qsAs

式中:Qb，Qs分别代表的是总端承载力和总摩阻力;qb，qs代表的是单位面积端承载力和单位面积摩阻力;Ab，As分别代表的是桩底截面积和桩侧有效摩阻断表面积。

大直径扩底桩基础，其深度超过5 m，就属于基础范畴。其承载机理和破坏机理有所差异，通常都是浅基础或者是长颈基础，和平常的桩基础状况都不同。可借助相关的试验和测试，例如模型试验和原位测试，对其进行分析与研究。据大量文献资料显示:首先，当浅基础受到外力作用，其结构被破坏时，附近的土体就会发生不均匀沉降，而和其距离较远的土体就会耸起，具体表现为剪切破坏。

其次，高杯口基础的基地和扩基地存在相似之处，其端承面积一般都比较大，如图1 所示，在施工过程中，由于及地上的压密度比较高，埋深比较深，需要事先进行准备工作，例如开挖等，在完成了基础部分的施工任务之后，再进行回填，这样就能够弱化长颈桩以及土体之间的摩擦力。在回填之后，基础部分所受到的外部压力会有所增加，但是上体后期骨戒之后其摩擦力会变成负的，这样一来，总承载力就会比扩底基础小。

图1 高杯口基础的基地

然后，桩基础的破坏模式类属于深层剪切和刺入破坏，因为其桩长都会比较长，其破坏反应是桩顶的下沉，桩周围的土体就会出现隆起现象。

最后，大直径扩底的承载机理是，其具像表现是变形，具体来说就是会向两侧产生挤压作用，不会产生隆起，当荷载较小时，桩底周围的土密度就会逐渐变小，荷载逐渐增大时，扩大头底端外侧就会出现伞形的拉裂缝，形成一定的拉力应力区，有时在端角处会形成局部深层剪切破坏，如图2 所示。

图2 局部深层剪切破坏

2 大直径扩底桩的设计与施工

通过上述对桩基受力原理的分析，可以发现:大直径扩底桩跟普通的桩基有所不同，有时在端角处形成局部深层剪切破坏。在实际的工程施工中，如何结合水文、地质条件等完成相关的计算工作，并且保证桩基的施工质量，需要相关技术人员进行深入研究和创造，指导相关施工人员按照技术要求进行操作。桥梁基础大直径挖孔桩的应用需要基于以下工作基础之上。

2.1 设计内容

首先，在施工之前，需要对相关地质情况进行深入研究，确定岩石或者是支撑土的深度以及其他性质，从而对施工的可操作性进行初步评估，对施工中可能会遇到的问题进行预测，为做好预防工作打下坚实的基础。其次，由于桩基的尺寸不同，要根据工程的施工要求以及特点选择相适应的桩基尺寸，并且制定相关的施工方法，在设计的过程中，要确定施工的容许承载力。再次，要考虑到桩基下沉的意外情况。最后，要根据实际的施工情况以及施工任务的开展情况对设计以及施工方案进行不断的调整。

2.2 设计特点

大直径扩底桩基础的设计计算要求和桩基有相似之处，该类基础由于其受力情况比较复杂，如图3 所示，且会受到土层不同扩底范围的不同而呈现不同的状态了，所以要通过设计与计算对可能出现的状况进行充分考虑。

图3 桩的承载力组成

由上图可知，桩基在外荷载Q 的作用下，Qs 与Qp 的发挥程度和桩土之间的相对位移有关。桩基和土之间发生不大的相对位移时，摩阻力就可以充分发挥出来。

2.3 承载力计算

据相关的资料显示，要想保证桩基竖向承载力的准确性，可以通过静载试验进行确定。但是静载试验也有一定的缺点，就是其耗费的时间较长，且试验费用较高，所以一般的工程不可能采用静载试验对桩基的竖向承载力进行确认。就大多数工程的基础条件来看，在条件允许的状况下，都是采用规范公式进行计算的，并且根据相关技术人员以及施工人员的工作经验进行确认或者是调整。从上述文中对大直径扩底桩承载机理的分析，可以看出:有关力的计算和普通的桩径计算有着很大的区别，另外，对于大直径扩底桩来说，其端承载力是整体承载力的重要组成部分，且桩周围会有摩擦现象发生，这在一定程度上会分散荷载，但是由于产生的摩擦作用会消耗掉承载力，使其承载力变弱，桩的荷载传递机理详细如图4 所示，桩侧极限摩阻力的确定和桩侧桩土间的剪切强度有所关联，其计算如下

图4 桩身荷载传递机理

τ=σhtgδ+Ca=Kσvtgδ+Ca

式中:τ 表示的是桩侧单位面积的极限摩阻力;σh、σv表示的是土的水平应力及竖向应力;Ca、δ 表示的是桩、土间的粘结力及摩擦角;K 表示的是土的侧压力系数。

桩底极限阻力的确定，是将桩作为深埋基础，在设定了某种假定情况下，运用极限平衡的理论，导出地基极限荷载(即桩底极限阻力)的理论公式

式中:表示的是桩底地基单位面积的极限荷载(kPa);表示的是与桩底形状有关的系数;表示的是承载力系数，均与土的内摩擦角有关;表示的是桩底平面以上土的平均容重(kN/m3);表示的是桩的入土深度(m)。

在桥梁基础施工中，可以通过理论公式计算桩的竖向承载力，从而便于大直径挖孔桩技术的应用。

除此之外，对于大直径桩侧阻、端阻尺寸效应系数φsi，φp，在计算大孔径扩底桩竖向承载力时，应该根据不同的地质条件以及荷载条件进行不同的处理，遵循具体问题具体分析原则。同时，由于扩底桩底的面积会有所不同，从而会发生基土的沉降变形，这时就要通过桩的沉降变形控制来缓解。

3 工程实例

某工程是当地某连续桥梁下部桩基工程，根据相关的工程地质报告，可以得出施工现场桥梁基础容易出现不均匀沉降。因此，在施工中，对于相关构件的沉降差异要求极为严格。在经过多个设计施工方案对比之后，且综合施工实效性以及可操作性因素，决定采用大直径人工挖孔桩基础。初定桩身的直径是D=1 800 mm，扩底直径DI =2 600 mm，桩身长度为L=15 500 mm，扩高为h=1 500 mm。

由于该场地的基础上层土质含水量高，且状态差，而且其河床的底部还有大量淤泥。因此，如何防止流沙以及涌水成为了施工的关键所在。在经过施工单位以及设计单位的多方讨论之后，决定采用混凝土护壁，钢护筒等多项综合措施，解决了施工难题，在规定的施工工期内完成了所有施工任务。

4 结束语

综上所述，大直径扩底桩基础有着自身的优点，但是也有诸多缺点，例如对施工环境要求较高，且操作比较复杂，需要以大量的计算工作为基础，才能保证施工任务的顺利展开。因此，作为施工单位和设计单位，一定要紧密配合，对施工工序和工艺进行严格控制，并尽量降低工程造价，保证工程的经济效益和社会效益。

［1］程声智.探讨深水桥梁基础施工中断桩处理对策［J］.中小企业管理与科技(下旬刊)，2011，(4):90－91.

［2］龚成中，何春林，戴国亮.大直径深嵌岩桩的承载特性与桩长设计研究［J］.路基工程，2011，(2):12－13.

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