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關(guān)于公路橋梁樁基設計原則及要點(diǎn)分析
樁基的設計在橋梁建設過(guò)程中是一項基礎性工程，在對橋梁樁基設計時(shí)要有前期樁基承載力的計算，主要對樁基受力機制和施工深度及阻力進(jìn)行計算。把樁基設計的各個(gè)環(huán)節從整體上聯(lián)系起來(lái)，進(jìn)而減少工程造價(jià)成本，確保橋梁樁基設計的安全性。中鐵城際主要從樁基設計的內容、原則與理論、方法來(lái)分析。
一、關(guān)于公路橋梁樁基設計原則
公路橋梁樁基設計應堅持科學(xué)性、合理性、可行性原則，為保證樁基設計具有一定的高水平，應該遵循樁基設計的基本原則：
?。ㄒ唬┰O計要具體情況具體分析，因地制宜。設計人員要對實(shí)施區域進(jìn)行實(shí)地考察，對區域內情況進(jìn)行分析，對基本情況有了解和掌握。
?。ǘ┰趯厩闆r進(jìn)行調查、了解后，要科學(xué)、合理地選用可靠可行的設計方法，尤其是對原始參數的選擇一定要謹慎、精確，把誤差降低到最小。
?。ㄈ┰趯痘休d力設計時(shí)，要考慮到其容許范圍內的沉降量，確保安全性。
?。ㄋ模痘O計要嚴格按照科學(xué)原理和科學(xué)方法，在相關(guān)技術(shù)規范的指導下進(jìn)行設計。如果遇到特殊情況或突發(fā)事件，應隨機應變，靈活處理。
在橋梁建設的過(guò)程中，樁基的設計與施工是關(guān)乎橋梁質(zhì)量的基礎性工作。一般情況下，在進(jìn)行橋梁樁基的設計過(guò)程中，要進(jìn)行前期的樁基承載力的計算，研究其中的受力機制及施工深度和阻力，只有從整體上將樁基設計的各個(gè)環(huán)節聯(lián)系起來(lái)，才能降低工程造價(jià)的成本，保證橋梁樁基設計的安全性能。
二、公路橋梁樁基設計要點(diǎn)
一般來(lái)說(shuō)，公路橋梁樁基設計要點(diǎn)主要包括橋梁樁基承載力的設計要點(diǎn)、橋梁樁基沉降問(wèn)題的設計要點(diǎn)、橋梁樁基樁端持力層厚度及嵌入巖層深度的設計要點(diǎn)、橋梁樁基配筋的設計要點(diǎn)等。對橋梁樁基的設計要點(diǎn)分析可以從對這四方面的要點(diǎn)分析進(jìn)行把控。
?。ㄒ唬蛄簶痘休d力的設計要點(diǎn)
1.對于公路橋梁建設來(lái)說(shuō)，科學(xué)計算橋梁樁基承載力是關(guān)鍵
橋梁樁基承載力的控制合理與否直接關(guān)系到橋梁建設質(zhì)量的好壞。如果橋梁樁基承載力計算偏小，橋梁建設的質(zhì)量與合格要求之間的差距就會(huì )偏大，這樣容易增加事故隱患，影響人們生命財產(chǎn)安全；如果橋梁樁基承載力計算偏大，額外增加橋梁樁基建設，則造成資源浪費和不必要的財力支出。一方面與國家倡導的綠色環(huán)保建設理念不符，另一方面對于施工單位而言也不能實(shí)現利潤最大化。因此一定要認真、嚴謹計算公路橋梁樁基承載力，確保橋梁樁基建設的安全性。
2.橋梁樁基承載力的計算公式
結合我國自然地理環(huán)境的特殊性，《公路橋涵地基與基礎設計規范手冊》里對橋梁樁基承載力的計算有明確的規定，其計算公式為：[P]=（C1A+C2Uh）Ra。公式中“C1、C2”代表的是參考系數，在橋梁樁基承載力計算中要充分考慮到巖石的特殊性質(zhì)（巖石破碎程度、清孔實(shí)際情況）；“A”是樁基底部橫截面的總面積；“U”是周長(cháng)長(cháng)度（直徑）；“h”主要指橋梁樁基嵌入基巖的深度；“Ra”指的是巖石的抗壓強度。
3.從計算公式中分析要點(diǎn)
計算橋梁樁基承載力需要對各個(gè)環(huán)節綜合考慮，各個(gè)環(huán)節緊扣相連、相互作用。橋梁樁基嵌入基巖的深度“h”、巖石的強度“Ra”與承載力是緊密聯(lián)系的，在整個(gè)公式中看到“C1、C2”的重要性，即巖石破碎程度對橋梁樁基建設的重要影響，是不能忽視的，參考系數的大小直接影響到最后結果的大小，也就是說(shuō)巖石的破碎程度與承載力大小有著(zhù)直接關(guān)聯(lián)。
但在實(shí)際橋梁建設中，不可避免的因素不能不考慮，比如施工中造成的殘渣、摩擦力等，這些都會(huì )對樁基承載力帶來(lái)不利的作用，因此橋梁樁基承載力設計前要認真考察施工環(huán)境，只有在各個(gè)環(huán)節達到最理想的狀態(tài)下，橋梁樁基承載力計算公式才具有一定的實(shí)用價(jià)值與可行的實(shí)施價(jià)值。
?。ǘ蛄簶痘两祮?wèn)題的設計要點(diǎn)
出現橋梁樁基沉降現象的影響因素有很多，不管前期橋梁樁基建設的穩定性有多強，時(shí)間一久，都會(huì )出現樁基沉降問(wèn)題。一般來(lái)說(shuō)，用肉眼很難發(fā)現橋梁樁基的沉降現象，也很難通過(guò)機器設備對樁體周?chē)馏w的應力變化檢測出來(lái)，這就增加了對橋梁樁基沉降的檢測難度。
1.橋梁樁基沉降有一定的時(shí)間規律
雖然橋梁樁基沉降很難通過(guò)肉眼和儀器發(fā)現，但是其沉降仍然具有一定的時(shí)間規律性可循。根據多年的工作經(jīng)驗，經(jīng)過(guò)長(cháng)時(shí)間的觀(guān)察和歸納總結，橋梁樁基沉降大概有8到10年的蟄伏期，沉降的速度通常為每年沉降7mm左右。根據對這些數據的考量，可以對橋梁樁基沉降的時(shí)間規律性有一定的了解，將這些規律歸納進(jìn)樁基設計要點(diǎn)里。
2.土力學(xué)原理分析橋梁樁基沉降
從土力學(xué)理論角度來(lái)看，橋梁樁基沉降包括固結變形和土體流變兩個(gè)方面。橋梁樁基沉降的主要原因是刺入變形，橋梁樁基沉降又會(huì )導致刺入變形。 造成土�w流變的原因有很多，除了樁基承載力超出正常范圍內，還有樁側摩擦阻力的影響。橋梁樁基的相對位移與摩擦阻力成正相關(guān)，橋梁樁基位移越大，摩擦阻力就越大，反之，則越小。當樁基相對位移達到臨界值時(shí)，其摩擦阻力就會(huì )達到極限，進(jìn)而出現滑動(dòng)現象。
?。ㄈ蛄簶痘A樁端持力層厚度與嵌入巖層深度的設計要點(diǎn)
橋梁樁基在施工過(guò)程中會(huì )穿過(guò)不同質(zhì)地的巖層，遇到高強度、厚夾層的巖石時(shí)，要完成穿越巖層的工作需要用鉆孔樁，以此來(lái)實(shí)現持力層的出現。因此在對橋梁樁基礎樁端持力層厚度與嵌入巖層深度的設計時(shí)要有嚴格的計算。
1.最小深度硬質(zhì)巖體的嵌入
在不考慮土層側阻力因素下，橋梁樁基設計要有最小深度硬質(zhì)巖體的嵌入。對嵌入的硬質(zhì)巖體應保證沒(méi)有經(jīng)過(guò)風(fēng)化，如果有風(fēng)化，應使風(fēng)化影響很小，并且是相對完整的硬質(zhì)巖體，保證質(zhì)地優(yōu)良。設計中要嚴格規范橋梁樁基直徑范圍內不得有斷裂帶、洞間隙和巖石軟弱夾層的分布。
2.設計要充分考慮巖層厚度、風(fēng)化層度和易破碎度
因為巖體分布不均衡，巖層性質(zhì)復雜，一般的勘探手段并不能準確地考察巖層的厚度、風(fēng)化層度和易破碎度，這對橋梁樁基設計增加了難度和挑戰。單單靠橋梁樁基計算公式不能確保橋梁樁基設計的科學(xué)性、合理性和可行性，因此在設計中要進(jìn)行實(shí)地考察，認真分析樁端持力層和嵌入巖層深度的厚度值。
?。ㄋ模蛄簶痘浣畹脑O計要點(diǎn)
在前面的論述中可知，橋梁樁基的科學(xué)設計必須是各個(gè)環(huán)節的密切配合聯(lián)系的，樁基的各個(gè)配筋只有進(jìn)行了科學(xué)的計算和設計才能保證橋梁樁基設計的合理性。利用公式可以得出樁基的內力數據，但在現實(shí)情況下，還需考慮到樁身彎矩表現出波形曲線(xiàn)等特征。
1.最大彎矩現象
最大彎矩現象是樁身在第一個(gè)非完整波形范圍內在地下3米處出現的。在最大的彎矩處設計配筋具有較強的技術(shù)難度。
2.最大彎矩處的布筋操作
在對最大彎矩處進(jìn)行布筋設計時(shí)，首先應有一個(gè)錨用來(lái)固定位置，以此為基準點(diǎn)，從樁的上部一直到最大彎矩處，確保筋比能至少減少一半。如果彎矩為零下，用錨固定位置，再向下，應及時(shí)改用素混凝土。
三、結語(yǔ)
綜上所述，橋梁樁基設計工作是橋梁樁基建設的重點(diǎn)，只有在設計階段保證科學(xué)合理性，在設計中精確橋梁樁基承載力、樁基沉降問(wèn)題、橋梁樁基礎樁端持力層厚度與嵌入巖層深度、橋梁樁基配筋等各項數據，才能保證橋梁樁基施工的安全性，提高橋梁建設的質(zhì)量，降低安全事故的發(fā)生概率。
一、關(guān)于公路橋梁樁基設計原則
公路橋梁樁基設計應堅持科學(xué)性、合理性、可行性原則，為保證樁基設計具有一定的高水平，應該遵循樁基設計的基本原則：
?。ㄒ唬┰O計要具體情況具體分析，因地制宜。設計人員要對實(shí)施區域進(jìn)行實(shí)地考察，對區域內情況進(jìn)行分析，對基本情況有了解和掌握。
?。ǘ┰趯厩闆r進(jìn)行調查、了解后，要科學(xué)、合理地選用可靠可行的設計方法，尤其是對原始參數的選擇一定要謹慎、精確，把誤差降低到最小。
?。ㄈ┰趯痘休d力設計時(shí)，要考慮到其容許范圍內的沉降量，確保安全性。
?。ㄋ模痘O計要嚴格按照科學(xué)原理和科學(xué)方法，在相關(guān)技術(shù)規范的指導下進(jìn)行設計。如果遇到特殊情況或突發(fā)事件，應隨機應變，靈活處理。
在橋梁建設的過(guò)程中，樁基的設計與施工是關(guān)乎橋梁質(zhì)量的基礎性工作。一般情況下，在進(jìn)行橋梁樁基的設計過(guò)程中，要進(jìn)行前期的樁基承載力的計算，研究其中的受力機制及施工深度和阻力，只有從整體上將樁基設計的各個(gè)環(huán)節聯(lián)系起來(lái)，才能降低工程造價(jià)的成本，保證橋梁樁基設計的安全性能。
二、公路橋梁樁基設計要點(diǎn)
一般來(lái)說(shuō)，公路橋梁樁基設計要點(diǎn)主要包括橋梁樁基承載力的設計要點(diǎn)、橋梁樁基沉降問(wèn)題的設計要點(diǎn)、橋梁樁基樁端持力層厚度及嵌入巖層深度的設計要點(diǎn)、橋梁樁基配筋的設計要點(diǎn)等。對橋梁樁基的設計要點(diǎn)分析可以從對這四方面的要點(diǎn)分析進(jìn)行把控。
?。ㄒ唬蛄簶痘休d力的設計要點(diǎn)
1.對于公路橋梁建設來(lái)說(shuō)，科學(xué)計算橋梁樁基承載力是關(guān)鍵
橋梁樁基承載力的控制合理與否直接關(guān)系到橋梁建設質(zhì)量的好壞。如果橋梁樁基承載力計算偏小，橋梁建設的質(zhì)量與合格要求之間的差距就會(huì )偏大，這樣容易增加事故隱患，影響人們生命財產(chǎn)安全；如果橋梁樁基承載力計算偏大，額外增加橋梁樁基建設，則造成資源浪費和不必要的財力支出。一方面與國家倡導的綠色環(huán)保建設理念不符，另一方面對于施工單位而言也不能實(shí)現利潤最大化。因此一定要認真、嚴謹計算公路橋梁樁基承載力，確保橋梁樁基建設的安全性。
2.橋梁樁基承載力的計算公式
結合我國自然地理環(huán)境的特殊性，《公路橋涵地基與基礎設計規范手冊》里對橋梁樁基承載力的計算有明確的規定，其計算公式為：[P]=（C1A+C2Uh）Ra。公式中“C1、C2”代表的是參考系數，在橋梁樁基承載力計算中要充分考慮到巖石的特殊性質(zhì)（巖石破碎程度、清孔實(shí)際情況）；“A”是樁基底部橫截面的總面積；“U”是周長(cháng)長(cháng)度（直徑）；“h”主要指橋梁樁基嵌入基巖的深度；“Ra”指的是巖石的抗壓強度。
3.從計算公式中分析要點(diǎn)
計算橋梁樁基承載力需要對各個(gè)環(huán)節綜合考慮，各個(gè)環(huán)節緊扣相連、相互作用。橋梁樁基嵌入基巖的深度“h”、巖石的強度“Ra”與承載力是緊密聯(lián)系的，在整個(gè)公式中看到“C1、C2”的重要性，即巖石破碎程度對橋梁樁基建設的重要影響，是不能忽視的，參考系數的大小直接影響到最后結果的大小，也就是說(shuō)巖石的破碎程度與承載力大小有著(zhù)直接關(guān)聯(lián)。
但在實(shí)際橋梁建設中，不可避免的因素不能不考慮，比如施工中造成的殘渣、摩擦力等，這些都會(huì )對樁基承載力帶來(lái)不利的作用，因此橋梁樁基承載力設計前要認真考察施工環(huán)境，只有在各個(gè)環(huán)節達到最理想的狀態(tài)下，橋梁樁基承載力計算公式才具有一定的實(shí)用價(jià)值與可行的實(shí)施價(jià)值。
?。ǘ蛄簶痘两祮?wèn)題的設計要點(diǎn)
出現橋梁樁基沉降現象的影響因素有很多，不管前期橋梁樁基建設的穩定性有多強，時(shí)間一久，都會(huì )出現樁基沉降問(wèn)題。一般來(lái)說(shuō)，用肉眼很難發(fā)現橋梁樁基的沉降現象，也很難通過(guò)機器設備對樁體周?chē)馏w的應力變化檢測出來(lái)，這就增加了對橋梁樁基沉降的檢測難度。
1.橋梁樁基沉降有一定的時(shí)間規律
雖然橋梁樁基沉降很難通過(guò)肉眼和儀器發(fā)現，但是其沉降仍然具有一定的時(shí)間規律性可循。根據多年的工作經(jīng)驗，經(jīng)過(guò)長(cháng)時(shí)間的觀(guān)察和歸納總結，橋梁樁基沉降大概有8到10年的蟄伏期，沉降的速度通常為每年沉降7mm左右。根據對這些數據的考量，可以對橋梁樁基沉降的時(shí)間規律性有一定的了解，將這些規律歸納進(jìn)樁基設計要點(diǎn)里。
2.土力學(xué)原理分析橋梁樁基沉降
從土力學(xué)理論角度來(lái)看，橋梁樁基沉降包括固結變形和土體流變兩個(gè)方面。橋梁樁基沉降的主要原因是刺入變形，橋梁樁基沉降又會(huì )導致刺入變形。 造成土�w流變的原因有很多，除了樁基承載力超出正常范圍內，還有樁側摩擦阻力的影響。橋梁樁基的相對位移與摩擦阻力成正相關(guān)，橋梁樁基位移越大，摩擦阻力就越大，反之，則越小。當樁基相對位移達到臨界值時(shí)，其摩擦阻力就會(huì )達到極限，進(jìn)而出現滑動(dòng)現象。
?。ㄈ蛄簶痘A樁端持力層厚度與嵌入巖層深度的設計要點(diǎn)
橋梁樁基在施工過(guò)程中會(huì )穿過(guò)不同質(zhì)地的巖層，遇到高強度、厚夾層的巖石時(shí)，要完成穿越巖層的工作需要用鉆孔樁，以此來(lái)實(shí)現持力層的出現。因此在對橋梁樁基礎樁端持力層厚度與嵌入巖層深度的設計時(shí)要有嚴格的計算。
1.最小深度硬質(zhì)巖體的嵌入
在不考慮土層側阻力因素下，橋梁樁基設計要有最小深度硬質(zhì)巖體的嵌入。對嵌入的硬質(zhì)巖體應保證沒(méi)有經(jīng)過(guò)風(fēng)化，如果有風(fēng)化，應使風(fēng)化影響很小，并且是相對完整的硬質(zhì)巖體，保證質(zhì)地優(yōu)良。設計中要嚴格規范橋梁樁基直徑范圍內不得有斷裂帶、洞間隙和巖石軟弱夾層的分布。
2.設計要充分考慮巖層厚度、風(fēng)化層度和易破碎度
因為巖體分布不均衡，巖層性質(zhì)復雜，一般的勘探手段并不能準確地考察巖層的厚度、風(fēng)化層度和易破碎度，這對橋梁樁基設計增加了難度和挑戰。單單靠橋梁樁基計算公式不能確保橋梁樁基設計的科學(xué)性、合理性和可行性，因此在設計中要進(jìn)行實(shí)地考察，認真分析樁端持力層和嵌入巖層深度的厚度值。
?。ㄋ模蛄簶痘浣畹脑O計要點(diǎn)
在前面的論述中可知，橋梁樁基的科學(xué)設計必須是各個(gè)環(huán)節的密切配合聯(lián)系的，樁基的各個(gè)配筋只有進(jìn)行了科學(xué)的計算和設計才能保證橋梁樁基設計的合理性。利用公式可以得出樁基的內力數據，但在現實(shí)情況下，還需考慮到樁身彎矩表現出波形曲線(xiàn)等特征。
1.最大彎矩現象
最大彎矩現象是樁身在第一個(gè)非完整波形范圍內在地下3米處出現的。在最大的彎矩處設計配筋具有較強的技術(shù)難度。
2.最大彎矩處的布筋操作
在對最大彎矩處進(jìn)行布筋設計時(shí)，首先應有一個(gè)錨用來(lái)固定位置，以此為基準點(diǎn)，從樁的上部一直到最大彎矩處，確保筋比能至少減少一半。如果彎矩為零下，用錨固定位置，再向下，應及時(shí)改用素混凝土。
三、結語(yǔ)
綜上所述，橋梁樁基設計工作是橋梁樁基建設的重點(diǎn)，只有在設計階段保證科學(xué)合理性，在設計中精確橋梁樁基承載力、樁基沉降問(wèn)題、橋梁樁基礎樁端持力層厚度與嵌入巖層深度、橋梁樁基配筋等各項數據，才能保證橋梁樁基施工的安全性，提高橋梁建設的質(zhì)量，降低安全事故的發(fā)生概率。
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