桥梁设计中的桩基设计分析

张文锋， 刘瑞，涂莹莹

重庆市市政设计研究院有限公司 400000

摘要：近年来，我国对于道路建设加大发展力度，推动我国各行业的快速发展，改善我国人们出行质量。随着我国建筑工程技术不断提高，桥梁桩基施工技术越来越多地被应用于桥梁工程之中，桥梁桩基作为承载桥梁负荷的关键基础结构，施工质量的好坏直接决定整个桥梁工程的质量和使用年限。

关键词：桥梁设计；桩基设计

引言

时代的进步，科技的发展使得我国快速进入现代化科学技术发展阶段，同时我国道路建设中运用高新技术，使其发展更为迅速。由于桩基是桥梁上部结构和基础之间的连接部分，桩基础承担并传递着桥梁上部结构荷载，在上部结构荷载和土荷载的综合作用下，桩基和土体之间易发生相对位移，引发桩基沉降，影响桥梁施工质量及运行的安全性和稳定性。

1工程概况

某桥梁工程长1755.8m，高架路段标准宽75.5m，全线包括高架桥1座，匝道桥2座，地面桥1座。拟建桥梁位于亚热带季风海洋气候区域，全年潮湿多雨。本工程钻孔桩设计桩径1.2-1.5m，桩长55m，项目区地质结构由上至下分别为填土、黄灰-灰色黏土、粉土、青灰-灰黄粉质黏土、黄灰-青灰黏粉土。地下水位常年为1.2m，最高水位达3.15m，桩基施工受地下水影响较大，必须加强桩基防水设计，拟采用不透水黏土筑岛，筑岛顶标高385.5m，底标高352.0m，黏土填筑厚度3.5m。

2桩基设计

1.摩擦桩桩基设计。按照跨河桥梁的结构要求，采用单排桩或者群桩施工方案。如果溶洞分布比较强，且顶板比较薄，此时将无法满足嵌岩桩的施工要求，当桩基穿过溶洞群时可以按照摩擦桩的情况计算桩的长度。如果桩身混凝土可以和岩石胶接，且试桩后桩基抗剪强度较强，岩石摩阻力与普通土的摩阻力更大。但岩石裂缝处存在裂隙水与岩溶水，施工时可能面临渗水或者漏浆的问题，底部的沉淀土无法有效清除。面对这一情况，在桩基设计工作中无需关注桩端抗力带来的作用，只需按照摩擦桩来设计桩的长度，经过验算后根据溶洞情况及时补桩。2.嵌岩桩桩基设计。对于不同地质条件，应合理选择桩基类型，单排桩与群桩可用于大孔径桥梁桩基施工，以此提升桩基容载力，保持桥梁的横向稳定性。为了使各个桩基的受力均匀，桩底应同时位于统一的岩层，底部基岩厚度不宜超过4m，岩石抗压强度不宜低于3MPa。

3预防卡锤现象

桥梁桩基嵌岩桩施工期间，特别容易出现卡锤现象，为避免出现此种现象，施工人员可从以下两方面入手：1.定期检查钻锤钻径，如果钻锤的直径发生变化，例如其直径超过自身所能够承受的误差，应立即进行焊接处理，并进行有效的回填，回填完毕后可以重新进行钻孔。2.详细记录下钻锤在不同地层体系作业环节的磨损程度，尤其是在中风化岩层当中，应精确记录钻锤磨损程度，并结合嵌岩的深度，合理控制器钻锤力度，防止出现卡锤现象。如果桥梁桩基嵌岩桩施工过程中出现卡锤现象，可以使用起重机或者钻机，将钻锤提起一定高度。若卡锤现象较为严重，则需要将钻锤周围的岩层爆破，然后将钻锤拔出。

4制作并安装钢筋笼

在钢筋制作时保障钢筋本身的质量，根据钢筋骨架的尺寸制作样板将箍筋进行加工，并遵循施工要求进行严谨的验收。在制作时钢筋笼要以之前确定的设计图纸为主要标准，并对设置在主筋外围的箍筋进行强化措施，从而有效降低后期的施工难度。在安装钢筋笼的过程当中，多使用密封胶或套螺纹进行连接和固定，以防止焊接产生的焊渣堵塞导管管道的情况出现。通过多次模拟提前确定最优吊起角度，下放和搬运钢筋笼的过程中控制好下放速度，以保证安装时对准孔位并尽可能地减少碰撞孔壁的情况出现。在这个过程中，要对钢筋笼的标高进行实时的监测，必要时可使用声测管施工技术进行定位，使钢筋笼安装过程中遇到的方位问题得到合理解决，前期精准的测量有助于规避钢筋笼的下沉以及后面灌注混凝土上浮的问题出现。

5桩体和承台变形分析

为了更好地显示桩体在上部荷载作用下的整体变形，给出了上部荷载取1000kN、2000kN、3000kN、4000kN和5000kN时的桩基和承台竖向变形。由此可知，整体上可以看出在荷载作用下承台中部的沉降最大，桩端的沉降最小。在荷载取1000kN时，最大沉降值为4.42mm，最小沉降值为1.90mm；当荷载取2000kN时，最大沉降值为5.57mm，最小沉降值为3.93mm；当荷载取3000kN时，最大沉降值为6.84mm，最小沉降值为4.84mm；当荷载取4000kN时，最大沉降值为8.0mm，最小沉降值为5.67mm；当荷载取5000kN时，最大沉降值为8.30mm，最小沉降值为7.03mm。相比于荷载取1000kN时，荷载取2000kN、3000kN、4000kN和5000kN时的最大沉降值分别增大了26.0%、54.8%、81.0%和87.8%，最小沉降值分别增大了106.8%、154.7%、198.4%和270%。综上可知，随着荷载的增大，桩体整体沉降不断增大，且随着荷载的增大，桩基下半部分沉降变化比较大，桩体的最大沉降与最小沉降差值逐步缩小。这是由于荷载增大到一定程度时，桩侧摩阻力和桩端阻力不足以承受上部荷载，从而出现整体下沉现象。

6桩基负摩阻力的形成

桩长计算中所涉及的摩阻力是正摩阻力，也就是当桩体沉降比周围土体沉降大时土体对桩体施加的向上摩阻力。但是桩侧摩阻力的方向主要由桩体及周围土体相对位移决定，对于桥台路段等软土路基，填土自重和行车荷载会导致桩周围软土发生压缩变形和沉降，其沉降量若超出桩基沉降量，周围土体必将对桩基施加向下的摩阻力，这也就是桩基负摩阻力。若忽略软土负摩阻力的影响所计算的桩基承载力完全符合规范要求，但考虑负摩阻力后可能造成端承桩桩端和桩身地基的破坏，并加剧摩擦桩桩基沉降，引发桥梁结构的破坏。所以在桥梁桩基设计过程中，应充分考虑负摩阻力对桩基承载力可能造成的影响，容易发生负摩阻力的情况主要是在桩基附近地表存在桥梁台背路基填土等较大荷载量，导致地面沉降而引发的负摩阻力；抽取地下水等行为导致地下水位骤降，土体内有各效应力增加引发土体固结沉降引发的负摩阻力；土体自重引发的沉降引发的负摩阻力。

7控制地面沉降

采用同步注浆和补浆，及时填充管外壁与土体之间的施工间隙，避免管道外壁土体扰动，管道贯通后，立即进行管外壁土体固结施工；避免管节接口、工作井洞口及顶管机尾部等部位的水土流失和泥浆渗漏，并确保管节接口端面完好；严格控制出渣量，不可超量出渣，保持开挖量与出土量的平衡；通过控制土压、水压平衡力来控制地面沉降。

结语

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，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。

参考文献

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