桥梁桩基设计要点分析

王晶 李擘

成都西南交通大学设计研究院有限公司中南分院 湖北武汉 430000

在桥梁工程施工的期间，桥梁桩基施工在整个工程中是最为重要的一个施工部位，桥梁桩基是桥梁上部荷载的载体，通过桩基础可以有效地转移到天然地基上，桩基础因沉降量小，可最大程度地减少桥梁因沉降造成的损害现象，延长桥梁使用寿命。

1 桩基设计理论

桩基设计是检测和控制桩基的抗压能力，使其符合桥梁总设计的要求。桥梁桩基设计需要满足两个要求：一方面，桩基和土体之间要相互稳定，满足沉降位移要求；另一方面，桩基自身要有稳定的结构强度，以满足桩基承载力的要求。桩基和土体的相互作用可以保证桩基具有足够大的承载能力，使桩身不会产生误差外的沉降变形，当桩基受水平方向的荷载时，对桩产生的弯矩与变形在允许范围内。桩基设计与其地基处理的不同之处在于其设计理念是“先实践，后理论计算”。桩基设计主要包括承载能力设计和沉降变形计算，通过设置桩长、桩径等参数设计桩基承载力，以保证桩基具有足够的负荷能力。为避免过度变形造成桥梁损坏而进行沉降变形计算。目前，我国桩基设计正处于变革时期，主要计算方法有：容许承载力计算、总安全系数计算、分项系数计算等。桩基计算理论主要分为两类，容许应力理论的定值设计和依托概率理论的极限状态设计。定值设计法的原理是规定地基和桩身强度，限制剪切应力来调整地基沉降，属于较为典型的桩基验算方法。依据桥梁所处土体、河流等自然环境条件，确定桩基、承台的参数设置以及图纸验算桩基中各桩的承载力，根据工程实际情况对桩基进行轻度和沉降计算，进而完成墩台下构的设计[1]。

2 桥梁桩基设计荷载的基本梳理

第一，桩基荷载作用方面，因为桥梁可以承受的荷载主要包含了永久荷载与可变荷载，但是在施工中，经常受到诸多因素影响，也难以避免存在偶然荷载。而永久荷载源于桥面车辆、行人的荷载及桥梁结构自重，可变荷载主要是由于受到车辆制动、牵引而形成的作用力。而偶然荷载则是指由于自然灾害而给桩基带来的影响。第二，负摩擦力。若桩基周围的地层出现了沉陷，就需要在地层桩体中出现向下滑动的位移，若此位移比桩基下沉的位移要大，那么桩侧土就会给桩基带来向下作用力，这个力就叫作负摩擦力，所以在计算时也应该结合地质做好对负摩阻力的精确计算。

3 桥梁桩基设计

桥梁桩基设计主要包括嵌入深度与承载力性能问题。桩基承载力性能研究包括受力状态等方面，桩基承载性能研究方法主要有数值模拟法等，物理模拟法分为室内相似模拟实验、现场原位实验。综合分析桩基荷载传递性能，荷载由桩顶开始向下传递，桩侧摩阻力达到一定限度后荷载增加，桩端发挥作用承担增加荷载。桩基受力状态特点为与多方面因素有关，如持力层性质及覆盖岩土性能等；桩身长径比超过20，桩侧摩阻力较大；小于20时桩基受力由桩端岩层承受；相对桩基偏位、裂缝大小、顶板厚度等因素影响桩基的承载力。桥梁桩基设计应结合受力状态影响因素，提高桥梁桩基整体质量[2]。

桩基设计时，要求桩的各项参数都能充分发挥桩基的承载能力。无论是整体设计还是局部设计，应当满足桩基设计要求，依照科学计算确定桩身材料的强度等级。在桩基设计过程中，要保证设计规划切实可行，并符合桥梁的使用功能。同时，应当运用先进施工技术和施工方法，充分控制桩基的性能，最大程度发挥桩基的承载能力，使桩基设计成本最低，安全性能最佳，满足桩基设计的多方面要求。桥梁桩基分为低桩台和高桩台，低桩台适用于季节性等冲刷流速较小的河流；高桩台适用于常年有水，冲刷力度较大的河流。在实际施工中，高桩台是施工设计的重点。桩基设计主要参照初步规划方案，结合实际施工环境和工程要求，完善制定安全、经济、适用的具体施工方案。其设计要点内容包括桩基承载力计算、桩基承载性能分析、桩基嵌入深度、分析地基沉降变形问题、预估自然环境及其他因素对桩基的影响程度，采取相应的防范措施[3]。

4 结语

桥梁桩基对桥梁稳定性和支撑性起到了非常大的作用，可以说桩基是支撑桥梁荷载的主要结构，其可以把所受到的荷载进行有效分散，从而保障桥梁的安全。但是在桥梁桩基施工时，会因为施工的工艺，外界的因素等导致在施工的过程中会遇到较多的困难。因此，桥梁桩基作为桥梁建设的基础，其设计过程较为复杂，设计人员应当充分了解桩基实际情况和周围自然环境，综合分析桩基、土体、河流冲刷力等多种因素，全方位衡量后再完善桩基设计，确保桥梁桩基达到最大承载力并具有安全性，保证桥梁桩基施工质量以及成本的合理性。桥梁桩基设计不仅受地质条件、自然环境等因素制约，在施工中使用的施工技术和工艺也是影响桩基承载能力的重要因素。为此，施工人员应提升施工工艺、完善施工管理制度、加大质量检测力度，提高后期施工效率，严格按照施工方案的规划高质量完成施工。