桥梁设计中的桩基设计分析

余辉

中交第二公路勘察设计研究院有限公司，湖北武汉 430056

摘 要：桩基作为桥梁上、下部与地基的衔接部位，其承载和承载了整个桥梁的全部载荷，其与地基容易产生较大的变形，从而导致其产生较大的沉降，从而严重地威胁到了整个工程的建设与运营。本文从桩基设计的基本原理、设计中存在的问题及设计要点角度对桩基设计进行了探讨。

关键词：桥梁；桩基设计；承载力

我国作为一个大型的基础建设国家，桥梁、房屋和电力等建筑都要进行桩基的设计。随着我国快速路的建设，越来越多的公路桥梁被建成，为确保其最大限度地发挥其承载力并减少其沉降，因此，以桩基作为其应用最为广泛。本文从桩基设计的基本理论出发，分析了桥梁桩基设计中存在的问题，分析了桥梁桩基的设计要点。

1.桩基设计概述

桩基的设计主要是对桩身压力进行测试，并对其进行控制，以满足全桥总体设计的需要。桥梁桩基的设计应符合以下两点：一是要保证桩基与地基的共同稳定性，以保证地基的沉降变形；同时，为了保证桩的承载能力，必须保证桩本身具有足够的强度。桩-土共同作用能够确保桩基具备较高的承载力，且不会出现偏差以外的沉降，且在横向加载时，其所受到的内力和位移均在容许的限度之内。桩基与一般基础处治有很大区别，其主要特点是采用了“试验后理论计算”的思想。在桩基的设计中，根据桩基的受力特点，采用合理的桩长、桩径等参数来确定桩基的承载力。为了防止因超载而导致的桥面破坏，对桥面进行了沉降和位移的计算。同时，为了保证桩基的承载能力，对桩基及承台的开裂与开裂等问题也进行了研究。当前，在国内，桩基的计算方法主要有允许承载力、总安全系数和分项系数。桩基结构的分析方法有两种，一种是基于允许应力原理的固定值法，另一种是基于概率原理进行的极限状态法。确定桩基与桩的强度、约束剪应力以调节基础沉降，是一种比较有代表性的检测手段。在此基础上，结合地基土、河道等自然环境因素，确定桩基、承台参数的设定，并通过图纸验证桩基的承载力，开展桩基的轻量与沉降的数值模拟，最终实现桩基结构的设计。

2.桩基竖向力产生机理

为了保证桩基的稳定性，需要将桩身与地基之间的距离进行适当的调整，以保证桩的稳定性。在这种情况下，土体内由于剪切变形的增加而发生剪切变形，当剪切强度达到临界值后，虽然剪切变形继续增长，但仍然保持在一个稳定的水平，这就导致了桩身两端的荷载逐渐加大，进而对桩的承载力造成了不利的影响。桩－土界面的变形可分为桩身压缩变形和桩端沉降变形两个方面，其中桩侧和桩侧的沉降变形较大，但桩身压缩变形对桩身及地基的作用不大。对30米长、1.5米直径的钻孔灌注桩进行了计算分析，得出了桩的压缩变形限值只有2 mm。由于钻孔时未清除干净，以及在进行清孔时清除不干净，造成了桩底的沉陷变形。由于桩身重量和桩身荷载共同作用，在荷载作用下，桩基产生10-20 cm的变形。

3.桥梁桩基设计存在的问题

3.1桩基承载性能有待提高

桩基的力学特性可分为桩基的力学特性和桩身的力学特性两个部分。在实际的工程测试中，采用了一种基于实物模型的试验方法来测试桩的承载力。其中，物理模拟方法主要有室内相似模拟、离心模型试验和野外实地试验三种。从整体上对其承载力进行了全面的分析，可知，加载是由桩顶向下由上向下的，由桩侧的土摩擦引起的。在工程实践中，土体的总体性状对桩基的承载能力有一定的影响；当桩体高度与直径之比较大时，桩身侧向阻力增大，使其端阻力减小。相反，如果配筋的比重太小，则不能使桩身产生变形，从而使桩身上部的应力集中在桩身上部。为确保工程安全，确保工程建设的顺利进行，必须对其进行全面、深入的研究。

3.2桩基嵌入深度不合理

目前，我国桥梁桩基设计规范规定，在埋置0.5米以下时，桩基的承载力应进行适当的调节，但目前尚无相关的规范规定，使得桩基的设计缺乏统一的规范，极易引发工程安全事故。造成这种现象的主要原因在于埋置桩的界定尚无统一的规范，而且不同的建造者对埋置的深度也存在不同的看法。一些专家提出应该以实测数据为埋设深度的判据，然而，通过测试得出的埋设深度区间忽略了工程实际情况，得出的结论不尽完美；一些工程师提出，由于埋置对提高承载力的作用微弱，且仅能提高工程造价，因而不适合于工程实际。由于不同的原因，在不同的情况下，不同的做法会对工程建设产生不同的影响。

3.3 桩基承载力计算不合理

桥梁桩基的承载力是评价其稳定性的一个关键指标，目前在我国桥梁桩基的设计中，普遍采用的是一种基于摩擦桩的荷载传递方法。摩擦型桩基的承载能力分为桩端阻力和桩端阻力两部分。桩基的承载力主要取决于桩－土静摩擦系数，桩与地基的相对位移，地基的特性等因素。在工程实践中，必须根据工程场地的环境条件和土壤情况，对其进行合理的计算，以确保工程的质量。

4.桥梁工程桩基优化设计要点

4.1全面勘查施工环境

在进行工程前期调查时，应按照调查的重点，分期进行调查。初步勘查时，要注重对大桥的地形和地质等自然环境进行调查，在初步勘查时采用井下

勘探和地球物理勘探相结合的方法进行地质勘查。在详细勘察阶段，利用各种地球物理勘探手段，在初步核实的基础上，查明土壤状况。在地质情况较复杂的情况下，可采取一根一孔的施工方法。在直径1.5米以上的桩基上，为保证工程的安全性和稳定性，提出了一中央孔、四周围孔的方案。另外，按照施工计划及施工规程的规定，对勘测工作进行现场试验，对工程中的工程技术人员进行现场核实，对现场的土壤等进行全面的了解和了解，同时对施工工艺进行完善，确保调查成果能够符合大桥桩基建设的需要。

4.2选择合适的群桩桩基形式

通过对勘察成果的综合分析和基本施工条件的掌握，施工工程师才能对设计中的桥桩基型式进行初步的选择。为了避开桩与土的直接接触，目前普遍采用的桩基形式是大而矮的群桩。长期的地壳活动使地层结构发生了变化，使土壤逐步与之相协调，从而形成一个相对稳定的受力环境，从而引发新的问题，依据桩的力学特性及土壤状况，按其特性进行桩身长度的估算，并以概算的桩身高度作为基准，对整个桩的应力状况进行全面的分析。当土层较深时，桩的承载力与桩的侧向阻力相比，以桩的侧向阻力所占的比重更大，这个时候，应采用摩擦桩的计算方式来估算桩身长度，而持力层的参数则应选取具有更高承载力的土层。当土层厚度很小，桩端下沉后，桩底埋得不够深，则应采用注浆等措施来增加土层的密实度及强度，在计算桩的时候可以不考虑桩端阻力。

4.3确定桩基选型和间距

桩基承载了整个桥梁的自重与变形荷载，按其传递途径可以分为两种：一种是端承式桩，一种是摩擦式。桩端阻力及侧阻力均随桩长的变化而变化。桩－径比值为15—20时，桩的侧向抗力起到了良好的承载效果；随桩长与桩长之比的增加，端承桩的承载能力降低。在进行桥梁桩基设计时，要满足最小距离的规定，尽量减少“群桩”的产生，如果桩的间距过大，将对桩基的稳定性产生不利的作用；如果桩之间的距离越短，建造费用就越高。

4.4 合理设置压浆参数

在进行桥梁桩基设计时，必须严格按照相关规定，合理地选择合适的压浆孔压注工艺，才能保证桩基的密实、强度，不会对工程的施工造成不利的影响。在对桩基进行补强操作过程中，必须根据实际情况，结合实际情况，编制相应的事故处理方案，以求最大限度地保证注浆质量。为了更好地评估注浆工艺的科学性，在进行注浆工艺设计时，必须先对工艺条件进行测试，然后才能进行下一步的工作。在做好压浆参数的计算等前期工作之后，要先做静力试验，对有关的数据进行检测，并对不符合工程规范的工艺参数进行分析，并对不符合工程规范的工艺指标进行修正后再用于桩基建设。

4.5优化设计施工持力层

在进行桥基基础的设计时，必须严格按工程图纸进行定位。若桩基周围有较好的地质条件和较强的土壤，可大大减少桩基施工的困难。若地基为软弱土层，将大大提高桩基的施工难度，甚至对整个桥梁的施工都产生不利的影响。考虑到土壤问题，在施工之前，需要勘察并确定土壤情况，并通过对地基土层的优选来提高地基的强度，从而为以后的桩基施工节省工期和费用。在工程中，由于受力性能较低，桩身表面的质量较低，对工程建设也有一定的影响。所以，为了防止上述情况发生，必须在灌浆过程中做好压浆管道的清理工作，同时要注意在灌注过程中及时排除钻孔灌注过程中出现的土体裂纹，确保灌注桩承载力能够达到桩基施工的需要。

4.6优化设计桥梁桩基高桩承台

高桩单桩是一种由多个基准桩构成的桩基体系，其功能是将桩身荷载经由桩基传递至承载层，被广泛用于桥梁桩基。由于高桩基能够穿越软土地层，直接到达地基中，因而其承载力优于矮桩基。本项目拟在已有高桩桩基的基础上，采用在高桩承台中增设联肢、增设开挖辅助桩等措施，使单一桩变为四桩，提高了高桩的整体稳定性能。

4.7提高桩基侧面摩擦力

在进行桥梁桩基的设计时，必须对其进行认真的分析研究。桩基对整个结构的承载力起着决定性的作用，桩侧摩擦系数是否一致直接关系到整个工程的安全和灌注桩的稳定性。为增强桩基的稳定性能，必须确保桩身与周边土壤紧密结合，减少桩身与地基之间的距离，并通过减少桩身与土层间的摩擦来增大桩身侧向摩阻。为了保证工程质量，必须对桩的承载能力进行全面的研究，并对其进行合理的处理。

4.8 桩基承载力计算要点

由于桥梁桩基的设计具有较大的随机性，一般采用少数试验桩的极限承载力及安全系数作为其极限承载力的取值范围，无法真实地反映实际情况，且其极限承载力的计算结果也有较大的偏差。在软土、岩溶层和冻土等特殊地质情况下，桥梁桩基的设计要有针对性；在进行桥梁桩基的设计时，应充分发挥桩基上部结构的承载能力。在目前的桩基设计中，很多桩基都是采用比较单一的方法，其设计思路还不够成熟，其承载力的计算也比较简陋。因此，在这种情况下，设计师应该对各种不确定性和现实状况进行充分的认识，并对其进行全面的分析。

结束语：

综上所述，桥梁桩基的设计是一个十分繁琐的工作，所以在进行设计之前，必须

对桩基的具体状况和周边的环境进行全面的认识，对桩基、土体、河流冲蚀力等各种要素进行全面的分析，在对桩基进行全面评估之后，才能对其进行进一步的优化。这样才能保证桩基的最大承载力和安全，同时也能保障桥梁桩基的建设和造价的合理。

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