浅析桥梁桩基础的设计与施工要点
2016-11-21
在桥梁建设的过程中，桩基的设计与施工是关乎桥梁质量的基础性工作。一般情况下，在进行桥梁桩基的设计过程中，要进行前期的桩基承载力的计算，研究其中的受力机制及施工深度和阻力，只有从整体上将桩基设计的各个环节联系起来，才能降低工程造价的成本，保证桥梁桩基设计的安全性能。
1 桥梁桩基础的承载力设计与施工要点
1.1 设计要点
1.1.1 一般情况下，桥梁建设的关键在于桥梁桩基承载力的计算。只有严格控制桥梁桩基的承载力，才能保证桥梁建设的质量。当桥梁桩基承载力计算过小时，会降低桥梁的质量，从而增大事故发生的风险，进一步危害人民大众的生命财产安全，当桥梁桩基承载力计算结果过大时，会造成不必要的资源浪费，在一定程度上不符合绿色环保建设的理念，也不利于承建单位实现利益最大化的目标。
1.1.2 我国颁布的《公路桥梁地基与基础设计规范手册》中对桥梁桩基承载力的计算有明确的规定，结合我国特殊的建设地理环境，制定了桥梁桩基承载力计算公式：[P]=（C1A+C2Uh）Ra。式中：C1、C2是对桥梁桩基承载力计算过程中确定系数的规定，主要是指在计算桥梁桩基承载力的过程中要综合考虑岩石的特殊性质比如岩石的破碎程度、清孔的具体情况；h代表了桥梁桩基嵌入基岩的深度；Ra是岩石的抗压强度；A代表了桩底的横截面的总面积；U是周长长度，在具体的计算过程中指的是直径。
1.1.3 根据计算公式的分析，不难发现：桥梁桩基承载力的计算的各个环节是相互联系相互作用的。尤其是桩底嵌入基岩的深度和岩石的强度及承载力都是密切相关的，而且在桥梁桩基的建设过程中一定不能忽视岩石破碎程度的研究，简单来讲，岩石的破碎程度直接影响着桩基的承载力大小。纵观传统桥梁建设的理念，只有当“端承桩”等同于嵌岩桩时，此公式的实用性会比较高。
1.2 施工要点
1.2.1 在实际的桥梁建设过程中，不得不考虑其他的影响因素，比如在具体的施工过程中，岩石的强度达不到桥梁桩基的要求、在钻孔的过程中不注意清孔的问题，导致遗留较多的残渣，使得建设中的桩基容易发生位移。此外，桥梁桩基的建设一定会产生摩擦力，这种摩擦力或多或少都会对桩基承载力产生不利的影响，对此，不能将桥梁桩基的建设在不加考察的情况下统统视为“端承桩”的施工对象。只有严格考察施工环境，达到最理想状态的时候，此公式才具有实用价值与实施价值。
1.2.2 公式中h的内涵并没有包含风化层情况下，桩嵌入基岩的深度。在具体的施工过程中，不管风化层的强度如何，不管风化层的破碎程度如何，桥梁的桩基必须要嵌入到最新的基岩上去的做法是不妥的。最好是将桥梁桩基嵌入到比如花岗岩等强风化硬质岩上，才能真正意义上保证桥梁桩基的承载力。
1.2.3 在具体的施工过程中，一定要根据施工环境进行设计，要将岩石的风化程度、深度考虑到桩基承载力的计算中来，从根本上保证桥梁桩基计算数据的准确性，是实现桥梁建设质量的根本所在。一般来看，实际的桥梁桩基承载力都要远远大于计算的结果，这种情况会增加工程项目的施工时间，导致大量人力资源与财力资源的浪费，在根本上加大了施工量，不利于施工单位利益最大化目标的实现。
2 桥梁桩基础的沉降问题设计与施工要点
2.1 设计与施工思路
一般而言，随着时间的推移，不管桥梁桩基的稳定性多好，都会出现情况不等的沉降情况。导致桥梁桩基出现沉降现象的因素很多，因此在解决桥梁桩基沉降问题时是比较复杂的。桥梁桩基的沉降是很难通过外部肉眼观察出来的，也很难通过机器设备对桩体周围土体应力变化检测出来，一定程度上增加了检测桥梁桩体沉降现象的难度，但是还是可以从土体中桩基体的观察中发现一些规律。
2.2 设计与施工要点
2.2.1 从时间的维度上来看，桥梁桩体的沉降是有一定时间的规定性的。通过观察对比与归纳分析，桥梁桩体沉降一般需要8～10年的时间，沉降的速度一般为每年7mm左右。这些数据都可以直观地反映桥梁桩基的沉降是有时间规定的，简单来讲，可以根据时间这个维度来对桥梁桩基的沉降做一个大致的判断。
2.2.2 从土力学的理论维度出发，也可以判断桥梁桩基的沉降情况。一般来讲，土力学原理对桥梁桩基的沉降包括两个方面：固结变形和土体的流变。桩基础沉降的第二特征表现为刺入变形，根据对具体桥梁桩基的观察与研究，我们可以提出以下的结论：刺入变形是导致桥梁桩基沉降的主要原因，当桥梁桩基出现沉降问题时，就比如会导致刺入变形。值得注意的是，一般要严格控制实验时间，不能无限制的延长实验时间，只有在较短的实验过程中，才能保证实验的效果。
2.2.3 在具体的桥梁桩基沉降的过程中，“非线性”是桥梁桩端附近土体和桩基两侧的最主要表现形式。导致土体出现塑性的原因多种多样，不仅仅局限于桩基承载力超过一般范围的情况。另外，还可以通过对桩侧摩擦阻力的测验得出以下结论：摩擦阻力与桥梁桩基的相对位移成正比。桥梁桩基位移越严重，摩擦阻力越大。当相对位移达到极限值时，桩基的摩擦阻力也就达到了极限，从而出现滑动位移。
2.2.4 相对位移的极限值是弹性位移，相关部门也对弹性位移的范围做了明确的规定：3～6mm之间。以细长桩为例，一般桩基的承载力不高，在弹性压缩的情况下，桩基周围土层是超过极限值的，这种情况就容易导致相应滑移现象的产生。随着承载力的加重，滑移区域也会随之扩大。综上所述，土体变形和固结的徐变是产生桥梁桩基变形的根本原因。3 桥梁桩基础的桩端持力层厚度及嵌入岩层深度设计与施工要点
3.1 设计与施工思路
在进行桩基的设计过程中，要充分考虑施工环境及岩石层的状况。一般情况下，桩基的施工过程中会穿过不同质地的岩层，当需要穿过高强度的岩层时，夹层的厚度不在桩基的承载范围内时，就需要用到钻孔桩来实现岩层的穿越，才能够保证持力层的出现。持力层的保证是构建在施工进度之上的，也对施工技术人员提出了严格的施工要求。
3.2 设计与施工要点
3.2.1 将土层侧阻力因素排除在外时，可以在桥梁桩基的周围嵌入最小深度的硬质岩体。一般情况下，嵌入的硬质岩体必须是相对完整且未风化或者是风化程度较小的硬质岩体，其他情况下的硬质岩体是不符合要求的。在具体的施工过程中，要严格按照0.6米的构建要求，保证桥梁桩基直径范围内没有断裂带、洞间隙或者是岩石软弱夹层的分布。
3.2.2 在桥梁桩端的应力扩散范围内，尽可能地避免岩体临空面的出现。在一般的岩石夹层的情况下，只要满足以上两种要求即可。在有些岩溶地区进行桥梁桩基的设计与施工的过程中，由于岩体的不规则分布及岩层性质的纷繁复杂，没有一些规律可循，在一般的勘探手段下也不能对岩层的厚度、风化层度、易破碎度进行考察，在一定程度上增加了桥梁桩基设计和施工的难度，也给施工单位增加了工程量，使得桥梁建设不能如期竣工。对此，要保证桥梁桩基设计的科学性、经济性及合理性，就不能仅仅依靠计算公式得来的相关数据，而是要根据桥梁桩基设计与建设的施工环境实事求是地确定桩端持力层和嵌入岩层深度的厚度值，从而在整体上保证桥梁桩基的质量。
4 桥梁桩基础的桩基配筋设计与施工要点
4.1 设计与施工思路
从理论上出发，要对桥梁桩基各个面的配筋进行合理科学的计算和设计。一般情况下，可以根据有效的公式或者方式方法对桩基的内力进行一个准确的计算。在具体的计算过程中，值得注意的是要将桩身弯矩的主要特征纳入到考虑范围中来：波形曲线是桩身发生弯矩时的主要分布规律，是从桩身的顶端向下衰减的过程，一旦出波形曲线，衰减现象非常之快。
4.2 设计与施工要点
根据具体的研究分析，在第一个非完整波形范围之内，桩身会发生最大的弯矩现象，这个最大的弯矩现象一般会出现在地面向下3米的位置处。其设计与施工要点如下：
4.2.1 在最大弯矩处进行钢筋的布筋操作。通常会用一个锚固定位置，沿着桩的上部到最大的弯矩处，这样可以减少至少一半的筋比，当弯矩为零下的时候，可以用锚固定位置，再下可以用素混凝土进行固定，在具体的施工过程中，如果遇到软土层，那么桩主筋一定要穿过软土层。
4.2.2 可以将桩基的主筋伸到桩底。通过两种方式方法的对比，前者的优越性明显高于后者，但还是要根据现实的施工环境来决定，综合考虑各种因素，从而做出最科学的、更合理的决策。另外，当桩底出现断桩现象时，可以对钢筋进行笼拨，进行原孔再钻的操作，在整体上降低扁担桩出现的概率。但是，综合各种因素，第二种配筋方法可以在一定程度上减少桥梁桩基的施工难度，从而保证桥梁如期竣工，也能够在一定程度上保证桥梁的质量。
5 结语
综上所述，只有严格把握和控制桥梁桩基设计与施工过程中的重难点问题，才能不断提高我国桥梁建设的能力水平，只有准确计算桥梁桩基的承载力，严格把握桩基的沉降问题、对桩端的持力层进行系统的把握分析及实事求是地采取合理的桩端配筋方法，从整体上把握桥梁桩基的设计和施工的重难点问题，才能保证桥梁建设的质量，降低安全事故的发生概率，从而不断提高我国桥梁建设的能力与水平。
参考文献
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