桥梁桩基设计要点

桥梁桩基设计要点

张碧荣

林同棪国际工程咨询（中国）有限公司武汉分公司 湖北 武汉 430000

摘要：任何的桥梁工程项目实施中，对桩基设计都有着严格的设计标准，为实现桩基设计优化，设计人员应根据桥梁工程的结构特点和要求，做好相应的承载力分析与计算。但我国很多的桥梁工程桩基设计中，经常存在着桩基设计方面的问题。未来的各类桥梁工程实施中，工程企业都应采用新的设计理念和思路，提高桩基设计质量。

关键词：桥梁桩基；设计要点

1设计背景

桥梁基础是桥梁设计的重要内容，钻（挖）孔灌注桩基础（以下简称“桩基础”）是桥梁最常用、最主要的的基础形式之一，本文主要针对钻孔灌注桩基础展开讨论。在桥梁结构设计中，桩基设计是一项十分重要的内容，桥梁桩基作为隐蔽工程，其设计是否合理，对桥梁安全及工程规模有着重大的影响，对桥梁施工和工程进度也有一定影响。因此，在桩基设计中应坚持因地制宜、精心设计的原则，切实加强设计要点的掌握，更好地控制桥梁桩基设计质量。桥梁桩基础设计，需要根据桥位处的水文条件、现场地形地质条件、上部结构型式、施工要求等因素全面考虑，合理确定桩基础的构造和配筋。在桥梁桩基础设计中存在一些通病或常见问题，这些通病或问题影响到设计质量，有的可能影响到桥梁安全、工程规模、施工及工程进度，影响到设计单位在业主心目中的形象，应引起设计人员的重视和注意。

2桥梁桩基设计要点

当前的交通事业发展中，人们对桥梁工程的建设施工质量提出了越来越高的要求和标准，桩基作为桥梁工程的基础结构，其设计关系到整体桥梁结构的性能。因此，任何的桥梁工程建设中，施工人员都应加强对桩基设计的质量管理，以保障桩基设计与桥梁工程现场、结构的一致性。

2.1勘查施工环境

进行施工前勘察时，根据勘察重点不同，分阶段完成勘察工作。在初勘阶段，应重点勘察桥梁工程所处的地形、地质等自然环境条件，初勘阶段通过钻孔探测辅助物探的方式确定地质。桥梁工程处于亚热带海洋气候区，全年湿润多雨，初勘后分析该项目区内土质复杂，下水位深1.3m，桩基施工受自然环境的影响较大。详勘阶段采用多种物探方式，依据初勘核查结果，明确土质从下及上分别为黄土粘质土、清灰土粘质土、灰色粘质土、填土。因此，必须加强桩基-土体牢固性以及完善防水设计。对复杂的土质条件，采用一桩一孔的形式。对于桩径超过1.5m的桩基，采用一个中心孔，四个周边孔的设计方式，以达到安全稳固的施工要求。此外，根据施工方案和施工规范要求，勘察作业应原位测试，施工技术人员现场核查设计图纸等资料，全面掌握、了解现场土质等环境情况，并改进施工技术方案，保证勘察结果满足桥梁桩基施工需求。

2.2桩基选型及间距

桥梁桩基承担着桥梁自重和交通荷载，根据桩基上荷载的传播路径，可以将桩基分为端承桩和摩擦桩两类。端承桩通过深入土层深处且布设于硬质基岩，凭借基底岩层的支撑承担桥梁上部结构荷载，端承桩桩体很少产生相对位移和摩擦力。摩擦桩对于土层较厚且桩基长度难以抵达硬质土层等可靠持力层的情况较为适用，桩基荷载主要由桩身及桩周土层摩擦力承担，桩端土层及基岩反力小。端承桩和摩擦桩端阻力、侧阻力均与桩长径比值密切相关，当桩底位于持力层且桩长径比在15-20范围内时，桩侧阻力比桩端阻力优先发挥作用。当桩长径比在40以上且无软弱土层覆盖的情况下，桩端嵌入中强风化层时，端承桩桩端承载力较小。桥梁桩基设计必须考虑最小间距的要求，在设计中应考虑对邻桩施工的影响，防止发生群桩效应。若桩间距过大，则会影响设计承台的稳定性，桩间距过小，则会增大施工成本，造成施工障碍。

2.3桩基负摩阻力

在桩长的计算过程中，所涉及的摩擦力为正摩擦力，这一摩擦力具体指桩体沉降值大于周边土体沉降的情况下，土体向桩体所施加的向上摩阻力。因为桩侧摩擦力的方向在很大程度上是由桩体、周围土体的相对位移量所决定的，尤其是对一些软土地基段而言，填土自重、行车荷载都会引起一定的变形与沉降，一旦其沉降量超出了桩基沉降量的具体限制，周边土体对桩基的向下摩阻力为桩基的负摩阻力。因此，在桩基设计中，须重视桩基负摩阻力的存在，做好对桩基的设计优化。在桥梁工程建设施工中，桩基负摩阻力的存在位置较多，但并不是全部的负摩阻力都存在于全部的软弱基层中，在桩周软土压缩沉降作用下，桩身正摩阻力呈现出从上到下逐步减小的变化趋势，最初的负摩阻力出现在桩顶位置，因为土体存在持续沉降与变形的现象，也就使负摩阻力的作用范围持续下移，此条件下，正负摩阻力抵消的点便为中性点，此点的桩侧摩阻力为零。对中性点之上的部位，由于土层沉降量要远高于桩基，便导致中性点之上的部位属于负摩阻区，相应地，中性点之下的区域则属于正摩阻区。中性点所处地点是受到多种因素共同作用来决定的，如桩基底部持力基层硬度、桩基周边土体力学属性、桩基直径和地下水位变动情况。

2.4嵌岩深度与持力层厚度的确定

在桥梁的桩基设计工作中，可能遇到两层软弱层间穿越高强度岩层的情况，而且还有很多地区岩溶发育。若夹层的厚度无法使承载力达到要求，则钻孔桩要从这一夹层中穿过，达到持力层的目的，但这样无论是对施工机械设备还是施工进度均有很高的要求，是一次极大的考验。在确定桩底基岩实际厚度的过程中，需要充分考虑以下三个条件：对桩身周围覆土存在的侧阻力不予考虑，嵌岩桩的周边应嵌入完整或相对完整的硬质岩体当中，其嵌入的最小深度应达到0.5m以上；桩底下部三倍桩径区域内不能存在洞隙、软弱夹层和断裂带；在桩端应力持续扩散的范围中，不能存在岩体临时面。对普通的夹层而言，满足前两个基本条件就可以作为持力层使用。而对于岩溶发育地区，应考虑到岩体形状多种多样，且溶洞的分布大多无规律可循，采用现有勘探技术无法了解溶洞具体位置和规模时，会使工期大幅延长，并增加相应的费用。由于设计计算过程中的边界条件往往比较复杂，对岩溶地基而言，其影响因素要比普通岩石地基更多、更复杂，之前一般要求桩端的底部有桩径五倍以上厚度的持力层，而对于桩径和单桩承载力均不相同的桩，若提出同样的要求，则不同桩的可靠度将完全不同。为保证桩基设计合理性与经济性，需要以过去工作经验为依据，结合试算数据确定适宜的嵌岩深度与持力层厚度。

2.5桩基承载力计算要点

桩基的承载力不能小于荷载20%-30%；桩深要在计算结果基础上加桩径的0.5倍；设计时对持力层范围内是否存在软弱夹层进行核实，并注意现有勘探资料中对持力层岩性进行的描述；如果计算确定的桩底标高和下一层相对较好的岩层相接近，则可以把桩底直接放在下一层；同一结构应采用相同类型的桩；在同一承台内，两根相邻的桩，其桩底标高实际差值要根据具体的岩性确定，先对桩长相对较大的桩进行施工；对于最小桩长这一问题，要通过对桩径、岩性、荷载与其受力形式的综合考虑来确定。

3结束语

本文在已有研究的基础上，系统论述了桥梁桩基的理论研究和设计要点，实际推理桩基设计方法。桥梁桩基作为桥梁建设的基础，其设计过程非常复杂，因此设计前，施工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。

参考文献

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[2]方钱宝.排污隧道近距离侧穿既有高铁桥梁桩基设计方案研究[J].工程技术研究,2020(2):218-220.