公路桥梁桩基设计的常见问题分析探讨

程伟

摘 要：近年来，随着社会经济的发展，我国公路桥梁建设事业突飞猛进。绝大多数桥梁工程大多选用桩基础，因此，桥梁桩基设计是否恰当合理，很大程度上影响着工程质量、造价、工期和使用的效果。为此，本文主要就公路桥梁桩基设计的常见问题，进行了具体的分析，以供参考。

关键词：公路桥梁桩基；设计；问题

引 言：桩基是桥梁结构的基础部分，在进行设计的时候要综合各方面因素，才能保证桩基的科学性及合理性，从而保证桥梁建设的安全可靠，实现企业降低成本提高效益的目的。

1 公路桥梁桩基概述

公路是指联接城市、乡村和工矿基地之间，主要供汽车行驶并具备一定技术标准和设施的道路，它是由路基、路面、桥梁、涵洞和隧道这几部分组成。而桥梁是道路跨越天然或人工障碍物而修建的建筑物。而公路桥梁桩基中桩基础是最古老的基础形式之一。桩基的组成部分有两个，分别为承台和基桩，桩基的作用主要是用来把上部结构的力传入地基里面从而减少上部结构所受的力。在实际的施工过程中，有一些情况是不适合采用桩基础的，比如上层土比下层土硬得多；土层中有障碍物而又无法排除；只能采用打入或振入法施工，而附近有重要的或对振动强烈敏感的建筑物，这些情况都不适合使用桩基础。

1.1 桩基的分类

按照桩的荷载传递方式，一般将桩基分为端承桩与摩擦桩两种类型。当桩基础穿透土层后，桩端可以在坚硬土层或者岩层上支承，其上部的荷载主要依靠桩端处坚硬土层或者岩层提供的反力来支承，此时的桩侧摩阻力小到可以忽略不计，这种情况下称为端承桩。而当土层很厚，桩端无法到达硬土层或者岩层上时，桩的荷载则主要依靠桩身和周围土层之间的摩擦力来承担，此时桩端处土层或者岩层的反力较小，这种情况下的桩被称为摩擦桩。

1.2桩基的工作原理

桩基作为上部建筑与土层之间的链接部分，由于上部建筑重力的作用，桩基会与土层之间产生一定位置的偏移。桩基因为自身的重力方向竖直向下，而上部建筑也会给桩基施加一个向下的压力，这样的话，桩基一定会朝下移动，桩基在向下运动的过程中，会与土层之间发生剪力，当桩基与土层之间相对位移越大的时候，二者之间的剪力也会随之逐渐增大。当这个剪力值达到一个极限值得时候，它就会不再增加，这时候如果载荷继续上升的话，就会有端桩来继续承接这个载荷量，大多数桩基载荷力的特点都是这样。而当桩基底部的岩石硬度未达到要求的情况下，可能会产生桩底变形或者周围土层沉降造成的位移的现象。

1.3桩基的构造

桩基的主要成分是钢筋。桩与承台正确连接的条件下，两者之间应形成喇叭形，将钢筋放置在喇叭上端。桩基础设计正确施工得当，则具有承载力高、稳定性好、沉降量小而均匀，抗震能力强，适应性好，机械化程度高，生产效率高，耗用材料少、施工简便等特点。在河水河道中，可避免水下工程，抵抗河流冲刷，简化施工设备和技术要求，加快施工速度并改善工作条件。

2 桩基设计中应当注意的问题

2.1 理解桩基竖向力及其原理

桩基要就会与土层之间发生位移。由于地球引力的作用，桩基所承受的力势必朝下，桩基与土层之间产生相对位移，形成剪力。

2.2 因地制宜，对症下药

由于我国幅员辽阔，在自然环境的影响下，形成各种各样的地势地貌，有高山有平原，有高坡有溶洞，各个地方多少都有人居住，为了出行的方便，人们开始修建公路和桥梁，而桩基的关键地位在此时就越发地明显，我们不能眉毛胡子一把抓，千篇一律，照搬照抄，应当根据实际情况来综合分析，所以在设计过程中要认真研究各个地貌，有必要亲自到现场考察。

2.3 具备丰富的专业知识

因为公路桥梁设计是一项非常重要的工程，所以桩基是工程设计的重要基础，因此不仅要了解桩基竖向力所产生的桩基负摩阻力，机理和原因，更要懂得如何计算负摩擦力。这就要求设计者有专门和系统的训练和学习的经验，并且能够懂得理论结合实际，熟练地运用理论知识，如果对现实实际情况做了充分的调查和研究，那么就可以使公路桥梁桩基设计中的安全系数提到一个更高的层次。

2.4 桩基设计计算中的说明

首先，因为桩的水平荷载与位移是非线性的关系，所以m值会随着荷载与位移的增大而逐渐的有所减少，因此，如果要确定m值就应该与桩的实际荷载相适应。对于一般结构来说，地面处最大的位移不超过10mm，然而对于位移敏感的结构及桥梁结构来说一般为6mm。如果当位移较大时，则需要将m值适当地降低。其次，如果基础侧面是数种不同土层的时候，那么则根据换算前后的基系数图形面积在深度hm内相等的原则，将其换算为一个当量 m值，最后作为整个深度的m值。第三，如果桩底面地基土竖向地基系数是C0时，则C0=m0h。

3 准确计算桩基的承载力

桩基是用来支撑桥面及车辆的重要部分，因此，需要对桩基的最大支撑能力进行有效地计算，从而更好的设计桥梁所能承受的最大重量，保证桥梁和车辆的相应安全问题。在对公路桥梁桩基最大承载力进行计算时，应该参照我国当前相关的公路桥梁桩基计算公式进行计算，公式的表达式为：[P]=（clA+c2Uh）Ra。在该式中[P]表示的是桩基所能承受的最大承载力，Ra表示桩基底部岩石的极限抗压力强度，h表示的是桩基深入底部岩石中的深度，U表示的是桩基进入岩石层内部分的地面周长，而A表示的是装基底部的截面积，另外的cl和c2都表示的是一个相对固定的系数。在使用这一公式进行桩基最大承载力时，应该注意一些相关的补充和说明条件，比方说h指的是桩基在去除风化层后深入岩石层的深度，如果在计算过程中不重视这一问题，那么将直接导致最终的计算结果与实际差生偏差，从而给整座公路桥梁项目带来一定的安全隐患。此外，工程中对于公式计算结果的影响因素较多，而且处于一种经常变化的状态下，所以，设计施工过程中也不能太过于依赖这一公式，通过对工程实际的情况进行分析后，在合适的情况下充分利用好这一公式，可以帮助工程设计施工得到相应的准确结果。

4 嵌岩深度和桩端持力层厚度

在橋梁桩基的设计过程中，往往会遇到两个软弱岩层之间需要穿越一定厚度，且强度很高的岩层的情况。这种情况下，如果夹层厚度无法承载其厚度要求，就需要钻孔桩穿越夹层，以到达持力层。这是一个非常考验施工机械与施工进度的过程。

确定桩底基岩的厚度，主要从以下三个条件出发：（1）不考虑桩身周围覆盖的土层侧阻力，在嵌岩灌注桩的周边嵌入完整或较完整的未风化、微风化以及中风化硬质岩体的最小深度，按构造要求0.5米；（2）要求桩底以下3倍桩径范围内没有软弱夹层、洞隙以及断裂带分布；（3）在桩端应力扩散范围内没有岩体临空面。对于普通的夹层，只要其满足前两个条件就可以作为持力层。而对岩溶地区桩基，因为岩体形状大多奇特多变，岩溶洞隙的分布也毫无规律可循，借助当前的勘探手段也无法预先探明其准确位置和大小，直接导致工程工期延长、工程费用增加。为了保证桩基设计的经济性与合理性，应结合经验值与试算数值，来确定嵌岩深度和桩端持力层的厚度。

5 结束语

总之，我们如果要设计好桩基础，就必须首先完全的认识与了解它，然后根据它与岩石、土壤、沉渣及自身的关系特性综合考虑，结合实验结论与经验，合理的设计使用桩基础，力求经济适用，坚固持久。

参考文献：

[1]王振峰.谈桥梁桩基缺陷的几种处理方法[J].陕西建筑，2006（06）.

[2]刘冠营.溶洞群地区桥梁桩基设计与施工中的若干问题[J].建材发展导向，2011，（9）.

[3]王振峰.谈桥梁桩基缺陷的几种处理方法[J].陕西建筑，2006（06）.