桥梁设计中的桩基设计分析

何志伟

中交第二公路勘察设计研究院有限公司 湖北武汉 430056

摘要：桥梁工程结构设计是我国桥梁工程建设中的重要工序，设计技术要求高、工序繁杂，尤其是桥梁工程桩基结构设计形式更为复杂，这无形之中增加了设计难度。因此需要相关部门加强技术研究，优化桩基结构设计流程，以此提高桩基性能，为顺利开展桥梁工程施工奠定结构基础。本文研究主要探讨桥梁设计中的桩基设计，为了提高设计精确性，对桩基设计功能和具体设计要点进行了阐述，并给出了具体的设计方案，保证桩基结构设计工序顺利完成。

关键词：桥梁设计；桩基设计

引言：

我国社会经济的发展，带动了公路桥梁建设项目的增多，这也对桥梁设计提出了新要求，但是桥梁设计中的桩基设计因为各种桥梁地质和地形条件，导致设计难度高、设计工序复杂。因此此需要设计部门综合考虑各种因素，科学选择桩基设计方法，桩基建设形式，从而提高桥梁工程安全系数和桥梁使用性能，推动我国桥梁工程项目顺利开展。

1. 桥梁设计中桩基设计的功能

桩基设计是桥梁建设的重要工序，桩基设计也是保持整个桥梁桩基稳定性的重要因素，对于桥梁的稳定性和承载力有着直接的关系，因此在设计桩基时需要根据桩基的功能作用进行设计。一般的桩基主要有端承桩基和摩擦桩基，这两种桩基类型都有自身特定的功能，第一种需要通过一定的支撑力将桩基打入地下，并在反作用力的结合出呈现出承载功能。

二、桥梁设计中的桩基设计要点

1. 软塌下卧层的桩基设计

对于抗力层地下土层较软弱的地基叫软榻下卧层，当基底应力经过抗力层时，预应力开始扩散，这时就会下沉到软榻下卧层，预应力会大量减少。当预应力低于软榻下卧层的承载力时，地基就会受到一定的破坏。因此需要对软榻下卧层承载力进行计算，判断下卧层的预应力是否小于承载力，对于桩基下有下卧层的地方需要计算承载力，这种计算标准也会有所不同。

2. 桩基竖向承载力设计

在桩基设计时，既需要科学分析桩基的承载力，也需要进行最大支撑力计算，由此来确定桥梁工程可以承受的最大荷载量，根据荷载量进行桩基结构设计，确保桥梁运行安全。在实际运用桩基时，会产生一定的竖向力，这种竖向力如果不进行控制，会促使桩基发生位移，因此在设计桩基时需要对整体桥梁承载力和桥梁自身的重量、桥梁通行车辆的总重量对桩基产生的压力进行计算，以此考虑桩基功能。当在这种情况下，桩基会通过自身的作用，将这些压力传递在土壤中，但是当土层发生松动时，桩基就会发生偏移现象，桩基会和土层周围的石头等物体相互剪切，如果剪切面积越大，则位移程度就越大^[1]。一般情况下，桩基自身也会发生承载作用，导致桩基自身发生移动，桩基移动较为明显就会影响桩基自身的承载力，因此桩基发生移动的本质原因主要是因为自身承载的压力和土层下降的压力相互作用的结果。部分桩基移动也会导致桥梁稳定性受到一定的影响，如果不进行处理，将会导致安全问题的发生，因此在桩基设计时也需要考虑地下水层问题，需要做好防水处理工作，确保桩基不受到影响。另外，也可以根据桩基外摩擦力作用，来增加桩基的稳固性。

3. 桩基负摩阻力设计

在桩基建设时需要对桩基负摩阻力进行计算，该计算过程中需要用到的摩阻力是正摩阻力，正摩阻力是指桩体在沉降时周围土层下降对桩体产生的一种向上的摩阻力，该摩阻力的方向是由桩体和周围土层移动影响的。对于桥梁路段处的软土地基，在进行填土时产生的压力和桥梁车辆运营的荷载力导致地基软土发生变形，导致沉降。如果沉降量过大，地基周围的土体会发生下沉，对桩基产生向下的摩阻力，这就是桩基负摩阻力，负摩阻力会对桩基地基和桩端造成一定的破坏，因此需要进行有效解决。通过相关技术对桩基地表或者桥梁路段的填土荷载量进行有效控制，避免地面沉降。另外，还有在计算桩基负摩阻力的分布时需要采用正负摩阻力相抵消的方法改善这种情况，需要将正负摩阻力相抵消作为中间点，判断出土体沉降量的大小，以此来重新划分正负摩阻力区域。并根据中间点受力影响因素对桩周、桩底、桩径等进行计算，最终综合设计出桥梁桩基中间点，提高计算结果的精确性。

三、桥梁工程中的桩基施工问题

1. 塌孔

在桩基设计时需要重点考虑塌孔问题，如果桩基孔内水层降低时，孔内泥浆就会有气泡冒出，或土量不断增多，但是孔层不变化、泥浆消失时都说明有塌孔问题。一般土层过于松软就会出现塌孔，或者泥浆密度不高也会出现塌孔，当回填土方法不当，填土层过高过低可以说明成孔方法不科学，或者清孔方法不正确，也会导致孔内泥浆被排除，孔内水位过低导塌孔。

2. 缩颈或者孔斜问题

在桩基施工设计时需要考虑钢筋笼装置问题，从而保持桩基下端的稳定性，但是在实际的桩基施工时，因为方法不当，导致钢筋笼的长度和宽度和孔径差异较大，钢筋笼无法放入到孔内，因此需要对这种问题进行解决。且桩基出现缩孔或者孔斜的情况也会影响桩基的稳定性，对于缩孔主要是因为桩基地质土层影响，如果土层过于松软，成孔后孔口会因为荷载力导致缩颈的出现。对于孔斜主要因为在钻孔时，砂石掉落进孔中，导致孔内受力不均，出现孔斜情况。另外，在链接杆设计时也需要平衡链接杆两端的承载力，以此避免孔机振幅过大，导致沉降现象的发生，以会导致链接杆出现磨损。当钻机桩基低土层松软且受力不均时，在钻进钻孔时也会导致孔斜问题的出现

^[2]。

四、桥梁设计中的桩基设计方法

1. 提高桩基承载力

对于一些岩溶地区，在进行桩基设计时需要考虑各种地理环境、受力状况等，这些地区难以实际测量其承载力，常用的地基承载力测量方法主要有物理模拟法、数学模拟法、模型模拟法等。其中物理模拟法主要在特定场所内开展模拟实验、受力离心模拟实验、现代还原模拟实验等，根据以上实验来综合分析土层、土体、桩基之间的负荷力传递能力，最终得出地基承载力。具体的设计可以先从桩基顶层开始，并沿着桩基本身向下传力，对于其传力过程中容易受到摩擦力的影响，当摩擦阻力达到一定限度后，荷载会继续上升，则桩基土就会发挥自身作用，继续承担增加的荷载^[3]。

2. 科学选择桩基土层，根据施工情况科学设计

在实际的桥梁桩基设计中，需要对桥梁施工地区的土层性质进行分析，以此判断出土层的载重力大小，当土层较为粘湿，地下水过多时，承载力过小时，就需要增加桩基基础，提高桩基强度，避免土层过度下降，也可以选择一些土质强度好的土层代替原来的潮湿的土层。且也可以通过不断碾压软土的方式增加桩基的强度和稳定性，从而有效避免工程完工后桩基下沉的问题，增强桩基结构质量。另外，也可以采取化学处理，在一些软土层中加入一些泥砂浆、丙烯酸按、碱溶液凝固剂等一些固化的化学物品，确保桩基土层发生化学反应，从而促使软土层便的更加坚硬，改善土层性质，提高设计标准，保证后期施工质量达标。

五、结束语

总之，在实际的桩基设计中，需要根据桩基施工现场实际土层、地理环境状况来科学设计，并对不同桩基本身问题和桥梁本身特点科学选择设计方法，从而及时发现影响桩基稳定性的问题，对于桩基的承载力也需要进行考虑，确保桩基不受到影响。另外，设计也需要遵循一定的桥梁施工工程原则进行，这样保证桩基建设安全，确保桥梁施工工程质量和安全达标。

参考文献

[1] 高国峰,蔡小东. 桥梁设计中的桩基设计分析[J]. 交通世界, 2020, No.546(24):126-127+133.

[2] 陈博. 道路桥梁设计中结构化设计的应用研究[J]. 交通世界, 2020, No