桥梁桩基础的设计与施工要点分析

唐艳辉

(广东省长大公路工程有限公司， 广东 广州 511431)

0 前言

随着近几年国家政策的出台，国民经济生产总值的飞速增长对交通基础设施的需求也不断提升。桥梁作为跨越河流、山谷等交通障碍的主要建筑物，伴随着人类发展历史，一方面桥梁技术的发展推动了人类发展的脚步，另一方面人类技术的提升也促进了桥梁建造技术的进步。国内很多地方为加快地区经济发展，方便交通出行开始修筑桥梁。桥梁结构所处的使用环境一般是河流区域，在建筑规范里面属于潮湿环境，而且桥梁基础底部所处地层大多复杂，岩层、泥沙层等材料物理力学参数差别较大，这提高了对桥梁基础的强度、刚度的要求。根据相关统计结果表明：2007年到2012年短短几年时间内全国就发生桥梁坍塌事故多达十几起，共有110多人受伤，140多人死亡，近20多人失踪。考虑到在常用的基础中桥梁主要采用桩基础，因此保障强梁桩基础在使用寿命内的安全可靠性显得极为重要。本文将从桥梁桩基础的设计方面和施工方面针对桥梁桩基础的安全可靠性分别进行讨论。

1 桥梁桩基础的设计要点

1.1 岩溶地区的桥梁桩基础

对于处在岩溶地区的桥梁结构来说，不同桩因位置不同地质条件不同带来的差别较大，为方便说明问题，本文将从摩擦桩、嵌岩桩两种形式进行讨论。

1）摩擦桩。当实际桥梁桩基设计工况面临较差的持力层，持力层内含有较多溶洞，岩溶发育区较广导致持力层底板强度不够时，可以对填土的厚度、密实度进行分析，当填土的密实度足够时，可考虑将桥梁桩基设计成摩擦性桩。桩基设计过程中假设桩基自身混凝土结构与岩石胶结程度较好，充分考虑桩身与岩石之间的摩阻力所提供的桩基承载力。忽略桩端土的承载力，因为桩端位置较深，岩层内部缝隙中地下水的存在会导致桩端沉淀土的存在。同时进行桩基设计时还要考虑摩擦性桩的负摩阻力。较厚的土层相对应桩身向下沉降，有负向变形时，对桩身的负摩阻力较大，需计算分析。

2）嵌岩桩。首先是嵌岩桩底部持力层厚度的确定；为确保桥梁桩端传力路径安全稳定，一般工程设计中会将桩端位置设置在岩溶发育区、溶洞层的下面，利用强度较高的基岩作为桥梁桩基的持力层。但是由于工程自身地质条件限制，桥梁桩基的桩端难以穿越岩溶发育区，此时只能考虑岩溶发育区的上部岩层为持力层，因此必须正确的计算持力层的承载力能否满足桥梁桩基设计需求。其次是通过岩溶发育区的上部岩层所受弯矩对其自身厚度进行强度演算；考虑到持力层的相对完整，强度较大，洞间距大于三倍桥梁桩基时一般需进行受弯验算。持力层最小厚度参考下面公式1。

式中：M为持力层所受弯矩，KN·m，根据持力层岩石的边界约束情况分下面几种类型：（1）持力层顶板周边完整，顶板中间存在缝隙，此时考虑为悬臂梁结构，其中弯矩M按照M=0.5qL2+PL计算。（2）持力层顶板周边存在缝隙，顶板中间完整，此时考虑为简支梁结构，其中弯矩M按照M=0.125qL2+0.25PL计算。

（3）持力层顶板周边以及顶板都完整时，考虑固端梁结构，其中弯矩M按照M=0.083qL2+0.175PL计算。其中P为桩端传来的集中荷载，单位KN，L为顶板的跨度，单位m。最后，按照剪切应力大小对持力层厚度进行演算。洞间距小于三倍桥梁桩基时一般需进行剪切应力检验。计算公式见公式2.

在实际桥梁建筑工程中，要根据桩端持力层以及顶板完整性分别选取不同的计算公式进行演算，无缝隙完整性较好的考虑固端梁结构计算，有缝隙完整性较差的考虑简支梁结构。

1.2 冻土地区的桥梁桩基础

1）冻胀地区的桩基础设计应该考虑冻胀土的影响。其影响主要是冻胀力的作用，当土体冻结就会发生体积膨胀现象，如果此时桥梁桩基位于冻胀土范围内，就会承受冻胀土的额外作用力。一旦冻胀土的问题没有合理解决，将可能引起桩基与承台的断裂破坏。因此应该在考虑冻胀力的情况下进行桥梁桩基的抗拉计算以及稳定性校核。

2）近几年全球变暖问题日益突出，当桥梁工程所处的冻胀土地区温度发生突变，大幅度上升导致冻胀土解冻，成为非冻胀土。如果再桥梁桩基设计时没能考虑这个问题，冻胀土地基承载力的突变将可能引发桩基沉陷、桥梁断裂等严重后果。因此在桥梁桩基设计时应该根据冻土性质进行分部考虑，如下表1所示。。

表1 不同冻土类型桩基础承载力计算

2 桥梁桩基础的施工要点

2.1 岩溶地区的桥梁桩基础

1）实际工程中厚度较大的上部覆盖土层往往是土质松散、密实度较差，或者是粉质粘土、粉土等高含水量的粘性土，这种类型土层在受到较大动荷载或者外力扰动时容易发生液化失去承载能力。当此类土层中进行施工时，遇上地下水埋深较小的情况就会发生塌孔现象，因此为避免这种问题的出现，应该增大泥浆用量，保证泥浆量能起到保护孔壁稳定性的作用。当施工进行到最后终孔阶段时应该及时进行泥浆稀释，保证后续的清孔工作顺利开展。

2）在钻孔过程中要加强护壁工作，因为岩溶区的孔隙较多，透水性好，钻孔中的泥浆极容易沿着岩层孔隙渗透到其他区域。当桥梁桩基达到设计标高时，应桩端底部进行检测，对于出现溶洞的情况应继续钻进，并清空溶洞注入标号为C25的混凝土，保证桩端底部的承载力，同时减小桥梁桩基的沉降变形，避免不均匀沉降现象的发生。

3）在桩基钻孔施工过程中，应时刻监控钻机的钻进速度，实际施工中为保证钻孔的稳定性，易保持稳定的钻井速度。当钻机的钻井速度突然变慢时应立即停钻，检查是否发生卡钻问题，当钻井速度突然增大时应检查钻孔方向是否偏离预定持力层。

4）为保证桥梁桩基的可靠性，墩台基础的施工应该加强动态设计工作。对于施工的每一根桩要做好钻进过程数据记录、突发情况记录等，对于钻孔坍塌、钻进速度突变等问题进行详细说明，并以书面报告交付设计、施工方。当工程项目的各个参与主体签字同意后才可以完成终孔。

2.2 冻土地区的桥梁桩基础

1）在进行桩基钻孔时应该在土层中配置钢结构保护筒，并在筒壁外表面涂抹渣油。对于连接桩基和承台的钢筋应该做好质量检查，做好锚固措施，以确保连接钢筋的拉结作用。

2）钻孔施工工作必然会引起孔壁周围冻土升温融化，施工结束后又继续冻结。而冻结的时间和冻结程度将会影响桩基施工工期和土层的承载力。因此必须选择一种合理的施工工艺，尽可能的减小对冻胀土的扰动影响。根据具体施工环境的不同可以考虑干法钻孔、湿法钻孔两种工艺。

3 结语

针对不同施工工况的桥梁工程，要分岩溶区和冻胀区两种情况对待，并从设计和施工两个方面分别采取措施确保桥梁桩基础的使用可靠性。