浅析山区公路桥梁的基础设计
2016-11-21
1 前言
由于山区公路地质条件的复杂性和多样性，使得山区桥梁基础设计具有相当大难度，加上山区经常会遇到喀斯特、滑坡等不良地质条件，更增加了设计基础的复杂性。
近年来，公路建设与环境保护的日益受到关注，一些比较粗糙的基础设计往往诱发地质病害，对其地基处理，增加了项目的成本，原有的自然环境被破坏。所有的迹象都在促使工程设计应尽可能地把环境保护放在优先地位，以减少对自然环境的前提下，设计应该更仔细设计基础结构，因地制宜的选择最合适的。
2 基础设计的概念
地层结构和地层接触物是建立结构的基础。设计结构和施工质量起着至关重要的作用。基坑工程是隐蔽工程，如有缺陷，难以发现，难以修复，这些缺陷的存在往往直接影响到整个结构甚至安全。根据项目的进度，施工进度往往受到基础工程的控制。基于项目的费用，通常整个结构物的成本占相当大的比例，特别是在地质条件复杂的环境中施工更是如此。基础工程影响到整个工程的质量，工期和成本，在工程建设中占有重要地位。因此，对桥梁工程的设计人员应具备专业的知识，对桥梁基础的全面把握，了解各种桥梁基础的特点和适用范围，尤其是在复杂地质条件下的基坑工程的设计中，这样才能确保桥梁工程建设的更好。
3 山区公路桥梁基础工程的分类和特点
浅基础和深基础是根据埋置深度区别的。浅基础是指埋深较浅的易施工的；深基础是指浅层条件较差土体的影响，需埋深的且不易施工的基础。
3.1浅基础及其特点
浅基础的特点是结构简单，不需要大型设备，经济实用，更广泛的应用在中小型桥梁中。浅基础的刚性和柔性是根据应力条件和结构划分的。刚性基础是指没有配置受力钢筋的。具有稳定性好、施工方便、能承受较大的负荷的特点，是桥梁涵洞结构的首要考虑的基本形式。但它对持力层的承载能力是要求的，如果承载力不满足要求，在地基处理与加固后可以使用。一定数量的钢筋配置在柔性基础上中是必需的，如十字形基础，箱形基础等。其特点是整体性能好，抗弯刚度大，对上部结构的附加应力比较小，适合用于地基差而上部结构具有较高要求的条件下。
3.2深基础及其特点
深基础具有承载能力强，稳定性好，埋深较大，施工周期短，适合于大规模、大跨度桥梁的特点。常见桩基础，沉井基础，气压沉箱基础等。沉井基础以井内挖土，依靠自身的重力克服壁面摩擦使得下沉至设计标高，再通过混凝土保护层，并填充孔，使其成为桥墩或其他结构的基础。沉井基础是无底的有盖的结构，依靠自身的重力在压缩空气沉箱下沉到工作室内挖土。
这两个基础有整体性强，稳定性好，能承受较大的负荷的特性。但在公路桥梁中最常用的是桩基础。
3.3桩基础及其特点
桩基础是由根桩和承台两部分组成的。在承台上布置一排或多排桩，所有桩连接形成一个整体，荷载传递。桩基础是承台以上结构物通过承台的作用，受地基持力层的桩与承台连接构成一个整体共同受到荷载。桩侧和桩端将土体抵抗桩荷载的摩擦力向下传递到每个桩周围的土层中。桩基础的特点是承载力高，稳定性好，承载力沉降量小而均匀，具有更好的适应性。桩基础的打入桩、挖孔桩和钻孔灌注桩是根据施工方法划分的。而根据桩基础的受力特点可分为嵌岩桩和摩擦桩。嵌岩桩是指桩通过松散软弱土，或嵌入岩硬土层或实际的非压缩性土层，桩底土体的承载竖直荷载，这就是所谓的嵌岩桩。摩擦桩是指穿过穿过并支承在各种压缩性土层，主要取决于桩侧土承受垂直荷载的摩擦。要注意的一点是，嵌岩桩是大多数的垂直荷载由桩底地层抗力来承担，但桩身压缩载荷较大时，会产生桩侧摩阻力，设计时应考虑。对于摩擦桩，一般情况下，对桩侧土的垂直承载桩底土体的摩擦，阻力也部分承载垂直荷载。
4 公山区路桥梁基础工程的形式和特点
山区公路的桥梁的墩台的基础形式主要有两种：钻（挖）孔桩（嵌岩桩或摩擦桩）和明挖基础。
在设计中，应根据地基的具体情况选择。一般来说，对于桥梁工程地质条件较好的，岩层或地基持力层埋藏浅的，一般不超过5米的，且具有稳定的基岩的，从边坡到基础边缘具有一定的安全距离的，我们首先选择明挖基础。小的结构，如涵洞，通道，设计时一般考虑浅基础，基础持力层达不到承载力要求的，可采用更换或在处理的地基时考虑加固的方法。对重负载，，地基土承载力弱的，合适的持力层在较深的位置时，可以考虑采用桩基础。桩基础的设计核心是在满足单桩承载力的前提下，以摩擦桩的长作为控制指标；嵌岩桩一般选用双控指标：嵌岩深度和基岩强度。
山区桥梁的设计几乎涵盖了所有桥梁的类型，桥梁结构的安全性依赖于可靠的结构分析和合理的处理措施。对于某些地形条件不利的地区要求更严格，稳定性分析是在山区桥梁的设计中不可缺少的一部分。山区地形复杂，沟壑纵横，施工现场布局是非常困难的，特别是大型施工设备的使用很不方便。施工现场几乎是不可能提供大型施工现场的，结合山路弯曲和运输条件差，预制构件在山区桥梁设计受到限制。另外值得一提的是，在复杂的山区公路中数量繁多的小型构造物小结构的合理使用性和区位的准确性在公路设计的优劣中也扮演着关键的角色。
5 结束语
因此，对于复杂的山区公路，结构物布置的合理性尤为重要。公路进山，导致更多的结构物，与平原地区相比，大量结构物造成了在公路建设成本上山区比平原区高多了。对于大多数经济不发达的山区，桥梁成本的合理性是一个很现实的问题，所以山区桥梁设计的可行性应该考虑的不仅是技术，更重要的是要考虑选定类型的经济指标在最佳的范围。山区桥梁应技节约工程成本，具有良好的经济指标。山区桥梁应基于环保意识下合理建设，应避免大填大挖，做好不良地质灾害的预防工作，尽可能减少对植被的破坏，减少河流的污染。
总之，山区桥梁设计的一般原则可以概括为：结构的安全性，使用的舒适度，经济的节约型，施工和维护的方便性，外观的观赏性，以及与自然的和谐性。
参考文献
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作者简介：于洋（1974.11-），就职于山东省泰安市公路局工程一处，从事交通工程有关工作。
