【關(guān)鍵字】樁基設計；公路橋梁樁基；工程質(zhì)量

　　樁基的設計是橋梁建設過(guò)程中最為基礎的工作。對橋梁進(jìn)行樁基設計是一個(gè)十分繁瑣和復雜的過(guò)程，在設計過(guò)程中必須考慮多種因素的影響，如計算樁基承載力、研究樁基的受力機理、樁基的嵌巖深度以及樁基的負摩阻力等，通過(guò)對這些因素進(jìn)行綜合的分析與計算，才能最終給出科學(xué)、合理的樁基設計方案。只有這樣才能降低工程成本、提高橋梁建設的安全性、可靠性、耐久性等。

　　1、計算橋梁樁基的承載力情況

　　在橋梁建設中，計算橋梁樁基承載力是橋梁設計的核心。在《公路橋梁地基與基礎設計規范手冊》中明確規定了公路橋梁樁基承載力的計算公式，支承在嵌入基巖內或基巖上的鉆(挖)樁。公式中，關(guān)于單樁軸向受壓容許承載力[P]的計算公式為：

　　[P]=（C1A+C2Uh）Ra

　　C1、C2代表確定系數，一般需綜合考慮巖石破碎程度、清孔的情況等因素；h表示不包括風(fēng)化層的樁嵌入基巖深度；Ra表示在極限范圍內，天然濕度條件下的巖石單軸抗壓強度；A代表了樁底的橫截面總面積；U代表嵌入基巖部分的樁基橫截面周長(cháng)長(cháng)度，一般以設計直徑為準。

　　從計算公式可以發(fā)現：樁底位置的嵌入基巖的深度和巖石強度與單樁軸向受壓承載力有極為密切的聯(lián)系，并且在建設過(guò)程中還要兼顧巖石破碎程度以及鉆孔的清理情況等因素的影響。在橋梁建設的傳統觀(guān)念里，“端承樁”可等同于嵌巖樁，此公式的適用性才相對較高?？墒?，在實(shí)際橋梁建設中，還存在諸多其他因素的影響，如樁底的巖石強度打不到強度要求，鉆孔存在較多的殘渣，由于受到殘渣的影響，樁底可能發(fā)生縱向位移。而且，很大程度上，樁基必然受到摩擦力的影響，因此不能真正意義成為“端承樁”對象?？梢哉f(shuō)，此公式的適用度不高，只能在理想狀態(tài)下，才具有計算與應用價(jià)值。

　　公式里對“h”的要求前提是“不包括風(fēng)化層”的樁嵌入基巖的深度。一般情況下不論其上面風(fēng)化巖層的強度大小如何，樁基必須嵌入在新鮮的基巖上。如花崗巖等強風(fēng)化硬質(zhì)巖，其巖體的極限強度一般大于等于新鮮巖體的強度。這說(shuō)明硬質(zhì)巖的微弱風(fēng)化層強度較高，具體體現在強風(fēng)化層的強度上。因此，一味要求嵌入新鮮基巖在實(shí)際建設中是不妥的，可以這些層次嵌入深度不予考慮?；诖嗽瓌t，樁基的嵌巖，其深度較厚，風(fēng)化層也相對較厚。這些因素直接導致計算承載力[P]的計算數據的失真。一般來(lái)說(shuō)，其實(shí)際極限承載能力遠遠大于計算結果；因此在施工過(guò)程中必然導致工程的延期，以及增大工程的施工量。

　　2、計算橋梁樁基的沉降情況

　　橋梁樁基存在的沉降是必然，然而解決這個(gè)問(wèn)題是十分復雜、繁瑣的。由于通過(guò)設備很難對樁體周?chē)耐馏w的應力變化關(guān)系給出實(shí)際、細致的觀(guān)測，我們還不能通過(guò)對客觀(guān)現象觀(guān)察，建立應力的數學(xué)模型，不能提煉出反映樁體周?chē)临|(zhì)的真實(shí)的應力關(guān)系。通過(guò)土體中樁基礎的觀(guān)測，特別是對軟土中摩擦樁的沉降過(guò)程的觀(guān)測，我們發(fā)現其存在一定的規律。在時(shí)間維度上，其具有一定的它的時(shí)間性。一般來(lái)說(shuō)，土中樁基礎的沉降需要一個(gè)較長(cháng)的沉降過(guò)程的，在工程竣工后，一般需要8～10年時(shí)間，而沉降速率可以降到每年7mm左右。這些現象說(shuō)明，軟土中的樁基礎沉降的與時(shí)間因素有直接關(guān)系。按土力學(xué)的理論，樁基沉降的主要部分包括兩個(gè)部分，即應土體的流變和固結變形；而刺入變形是樁基礎沉降的第二特征。通過(guò)一系列的試驗研究，我們發(fā)現：樁基發(fā)生不同程度的沉降后，構成樁沉降的不可忽略的一部分原因就是刺入變形。試驗的時(shí)間不能太長(cháng)，這樣不能保證土的徐變現象和固結的充分發(fā)展。但是在樁基礎沉降的產(chǎn)生和發(fā)展過(guò)程里，樁端附近的土體和樁基兩側很早就表現出“非線(xiàn)性”特征，土體出現塑性不僅僅在樁基的承載力在達到極限范圍時(shí)才體現出來(lái)。通過(guò)對樁側摩阻力的研究時(shí)我們還發(fā)現：相對位移相對較小時(shí)，相對位移和摩阻力的大小成正比關(guān)系。而相對位移接近極限值Q，此時(shí)的摩阻力也達到最大，進(jìn)而產(chǎn)生相應的滑動(dòng)位移。極限值Q也被稱(chēng)為最大彈性位移，學(xué)術(shù)界一般界定Q的范圍在3～6mm之間。對于細長(cháng)樁來(lái)說(shuō)，樁基的頂部承載的荷載不高時(shí)，由于彈性壓縮的原因，樁基周?chē)翆拥奈灰凭统^(guò)極值時(shí)，便產(chǎn)生相應的滑移。在連續加載的環(huán)節里，產(chǎn)生滑移區域也隨之擴大；樁基與樁基間的土體變形的固結和徐變使得相對滑移區域產(chǎn)生周期性變化。這是產(chǎn)生橋梁樁基刺入變形的最基本要素。

　　3、樁端持力層厚度及嵌入巖層深度

　　在樁基設計過(guò)程里，一般會(huì )遇到不同軟弱巖層間的穿越，尤其需要穿越強度很高的巖層時(shí)，若夾層厚度不能承載其基本的厚度范圍，那就需要鉆孔樁對夾層進(jìn)行穿越，這才可以到達持力層。這點(diǎn)是十分考驗施工進(jìn)度的，同時(shí)對于工程機械來(lái)說(shuō)也提出了十分苛刻的要求。

　　樁底基巖厚度的確定，可以從以下幾個(gè)條件出發(fā)進(jìn)行考慮：在對樁身周?chē)采w的土層側阻力不進(jìn)行考慮時(shí)，在嵌入巖層的灌注樁周邊可以嵌入相對完整的中風(fēng)化、未風(fēng)化以及微風(fēng)化等最小深度的硬質(zhì)巖體，構造要求一般為0.6米；同時(shí)要求樁底以下4倍的樁基直徑范圍內需要沒(méi)有洞隙、斷裂帶和軟弱夾層的分布；在樁端的應力擴散范圍內，需要沒(méi)有巖體的臨空面。而對于一般夾層來(lái)說(shuō)，僅需要其滿(mǎn)足其前面兩個(gè)條件即可。有些樁基位于巖溶地區，其巖體形狀一般來(lái)說(shuō)奇特且多變，毫無(wú)規律可循，借助先進(jìn)的勘探手段也不能探明其準確大小與實(shí)際位置，直接導致工程費用增加和工程工期延長(cháng)。為保證樁基設計的合理性、科學(xué)性、經(jīng)濟性，我們必須結合實(shí)際經(jīng)驗與計算數值科學(xué)確定樁端持力層和嵌入巖層深度的厚度值，為工程施工奠定理論基礎。

　　4、采取合理的樁基配筋布置

　　理論上，基樁的各個(gè)截面的配筋需根據樁基內力進(jìn)行統一的計算和布置?？刹捎糜锌煽恳罁姆椒▽痘鶅攘M(jìn)行計算。在進(jìn)行計算中，需要考慮樁身彎矩的主要特點(diǎn)：

　　彎矩分布規律近于一條自頂向下衰減的波形曲線(xiàn)，且衰減很快；樁身最大彎矩發(fā)生在第一個(gè)非完整波形內，一般在地面以下約3m 位置；樁身彎矩在第一個(gè)彎矩零點(diǎn)以下很小，可以忽略不計，其下樁身主要起傳遞豎向力作用；第一個(gè)彎矩零點(diǎn)位置在樁入土深度h=4/αh處。鋼筋布置方式在實(shí)際的設計中主要有兩種：第一，配筋依據為最大彎矩處。從樁的上部到最大彎矩處下一定錨固長(cháng)位置，減少一半的筋比，伸至彎矩為零下一定錨固長(cháng)位置，再下為素混凝土段，對于軟基，樁主筋最好穿過(guò)軟土層。另一種是將基樁主筋一半部分一直伸到樁底。從樁體受力和節省工程費用以及發(fā)生事故處理的難度來(lái)看，前一種更合理。由于樁基較長(cháng)一段不設鋼筋，比后者節省了部分鋼筋；底部斷樁時(shí)，鋼筋在籠拔后，可原孔再鉆，減少扁擔樁的發(fā)生機率。但是，第二種配筋方式可以減小施工難度，樁基灌注混凝土時(shí)，鋼筋籠的定位是十分重要的，鋼筋布置到樁底，易于固定鋼筋籠。