桥梁桩基设计研究
2010-10-09
1.桩基设计内容
桩基设计的内容，主要包括：桩型选择及方案对比、择、桩基几何参数(桩径、桩长及桩距等)的选定、单桩桩基结构型式选(轴向及横向)承载力的确定、桩基础地基应力计算、桩顶传递荷载结构形式的选定、地基变形分析、桩身与桩帽结构设计、地基梁及承台的配筋及构造设计、桩位平面布置设计、群桩效应分析、桩身强度验算、环境对桩的侵蚀、腐蚀及磨损作用及相应的防护措施的考虑、对桩基施工时不良环境效应的预估。
2.桩基设计原则
2.1 桩基荷载的选用
作用于桥梁桩基础上的荷载由基础本身及基础以上的建(构)筑物和其它自然力荷载组成，设计中常分为永久荷载(恒载)、可变荷载和偶然荷载。永久荷载通常指上部结构的自重以及经常起作用的其他荷载；可变荷载则指车辆制动力，牵引力，车轴横向摇摆力，流水压力以及浮冰压力等；偶然荷载指船撞力、地震力、特殊情况产生的塌方、滑坡、泥石流等的推力和爆炸力等。
桥梁桩基所受的荷载多种多样，设计桩基应针对具体情况，按计算目的不同，将荷载组合分为以下两种情况：(1)承载能力极限状态：对应于桩基达到最大承载能力或整体失稳或发生不适于继续承载的变形。计算应采用作用效应的基本组合和地震作用效应组合。(2)正常使用极限状态：对应于桩基达到正常使用时所规定的变形限值或达到耐久性要求的某项限值。
2.2 桩基与岸坡的边载相互作用
桥台背后是长长的岸坡，它对桥台是个很大的边载，岸坡对桥台产生很大的侧向压力(土压力)，它还会使桥基底面对不同位置下因沿深度产生的不同附加应力，从而使软土固结，使桩受到负摩擦力和弯矩的作用，增大了桩的负荷使桩破坏，沉降加大了而且沉降不均。高桩台桩基中的岸坡变形，主要由于前挖后填破坏了岸坡原有的平衡状态而引起，初期一般以横向变形为主，经过一段时问，影响可能逐渐衰减。岸坡的侧向变形影响在靠近坡顶附近最为突出，设置叉桩可增强抵抗岸坡侧向变形的影响能力。
2.3 桩基设置深度的选择
桩基设置深度是指桩基设置在原河床或海底泥面以下的深度。它包含有两个深度，一个是基础周围土层的最大冲刷深度(一般冲刷加局部冲刷)，二是桩基础稳定性与变形所要求的基桩有效深度。
2.4 浮托力与水流冲刷作用
河床受水流冲刷过深是桥梁出现事故最多见的情况，当冲刷深度超过了设计预估值时，桥台(高桩台)下桩的自由长度变大了，或出现了自由长度(低桩台)，而且周围土对桩的抗力也受到了削弱，所以桩基设计时必须注意河床冲刷问题。如果承台是埋入局部冲刷线以下，便可计及承台侧面和桩身侧面土的弹性抗力；如果承台底面高出局部冲刷线或地面(无水的地方)，则只能计埋入土中桩的侧面的弹性抗力。
3.桩基设计方法
常规的桩基设计方法是将荷载、承载力(抗力)等设计参数视为定值，上部结构的荷载全部由桩承担。根据经验确定的安全系数来度量桩基的可靠度，这与实际情况是不大相符合的。它把土看作具有某种平均性质的均质材料，而不考虑土的变异性，把上部结构荷载直接作用在基础上，并假定地基反力呈线性分布作用在地基底面上，从而应用倒梁法、倒楼盖法、静定体系力法等方法计算基础；在地基的分析中，按线性分布的基底反力进行强度和变形验算。
目前主要运用桩基概率极限状态设计法，包含两个方面的内容：一是桩基的承载力取不发生破坏或因变形过大无法继续承载的最大值，变形(或裂缝)限制在不影响正常使用和耐久性的限值以内；二是以概率理论为基础，对荷载效应、抗力进行统计分析的基础上，使桩基的失效概率符合规定的限值，即达到一定的可靠度。采用以各基本变量的标准值和分项系数表达式的实用设计表达式来进行设计。而标准值和分项系数的取值均以概率方法确定，这样，设计人员无需进行概率方面的分析运算，仍可按传统的方式进行桩基设计。
参考文献：
【1】罗骥先，桩基工程检测手[M]，北京：人民交通出版社 2002
【2】尹景祥，低应变反射波法在高速公路灌注桩检测的应用[J]，河北煤炭 2006 (3) 47-49
