桥梁设计中的桩基设计分析

杨 敏

（滨州市公路勘察设计院有限公司，山东 滨州 256600）

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。此外，配筋和承台可以保障桩基具有足够的结构强度，也是桩基设计的重要内容，特别情况下，需要计算桩基和承台的抗裂和裂缝长度。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。

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。而永久荷载源于桥梁桩基上部结构应力与自重，其给桥梁也会带来影响。而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。因此，桥梁桩基承受的荷载较大，这就需要我们紧密结合实际来强化荷载处理。

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 桥梁工程桩基设计要点

3.1 准确计算单桩竖向极限承载力

1）如果对桩基的设计要求达到甲级时，就需进行试验，这时可利用单个桩基进行实际测试，检测桩基实际能够承担的承载力。2）如果对桩基的设计要求达到乙级时，且实际建造的地方地质条件非常简单，这时可从一项相似度非常高的工程进行借鉴，且需符合相应的要求，这时还可进行综合选择。3）如果对桩基的设计要求达到丙级时，可以根据相应的试验数据和实际经验进行设计。在进行极限端阻力、侧阻力、单个桩基竖向极限承载力进行实际的测试过程中应满足以下几个要求：1）对比较常见的桩基类型，在进行承载力的计算过程中可根据向应的要求来进行实际的测量和确认。2）对一些直径较大的桩基，在进行实际的测量工作时，最有效的方法就是使用深层平板载荷试验，这是在测试极限端阻力时非常适用的一种方式。如果在实际的建设过程中使用的是镶嵌形式桩基，则也可用平板载荷试验进行实际的测试工作。3）在一般情况下，进行桩基的侧阻力和阻力的测量方式上可使用先埋藏测试元件的形式来进行实际的测量工作.并且还可对标准值和参数进行统计，并制订成应的曲线图，所以可用这种方式来进行实际值的测试工作，并得出相应的结论。

3.2 桩端持力层厚度

嵌岩桩和支承桩都需要较大强度的持力层，岩石类型不同其强度与风化产物也不尽相同，硬质岩强度可达20～200MPa，完全符合嵌岩桩基底强度条件，所以本工程要求穿硬质岩弱风化层并嵌入微风化岩层的设计不尽合理，增加施工难度的同时还会延长工期。所以在嵌岩桩设计时，必须考虑岩层裂隙发育、岩石强度等，只要达到桩基竖向应力要求，嵌岩桩持力层可以选择硬质岩弱风化层。

3.3 桥梁桩基高桩承台优化设计

高桩桩基是指有多根桩和基线的承台组成的桩基础结构，其主要作用是将桩端荷载通过承台和桩传入持力层地基中，在桥梁桩基中广泛应用该桩基作为基础结构。高桩承台能穿过软土层进入地下持力层，与低桩承台相比具有更好的承载能力。在原有的高桩桩基设计基础上，通过设置桩与桩间的连梁，增挖附桩，将一根桩改为四根，增加高桩承台的稳定性。

3.4 采用符合受力特点的桩基配筋构造

桩基的各截面配筋，理论上应根据桩基内力计算进行布置。桩基内力可采用有可靠依据的方法计算，计算桩基内力时，桩身的弯矩具有独特的特点。

桩基弯矩分布规律近似于1条自桩顶向下衰减的波形曲线，且衰减很快，桩身最大弯矩发生在第一个非完整波形内，一般地面以下约3.5m位置，桩身弯矩在第一个弯矩零点以下很小，可以忽略不计，其下桩身主要起传递竖向力作用。

桩基配筋标准采用最大弯矩部位的内力，经行配筋验算，由桩基桩顶的5倍桩径范围内加密箍筋间距，加密箍筋间距一般为100mm。

4 结论

综上所述，桥梁桩基在桥梁建设中起到重要作用。其桩基设计也是一个复杂且繁琐的过程，在设计前设计人员必须全面了解桥梁桩基覆土层受力情况、桩径比、桩基承载力、负摩阻力、嵌岩深度、桩端持力层厚度等。通过综合对比和分析土层情况及桩端持力层性质，才能确保桥梁桩基设计结果的合理性，为桥梁桩基施工提供科学可靠的依据。确保桥梁工程施工质量、工期、造价等目标的顺利实现。