【摘 要】文章對(duì)公路橋梁嵌巖樁基的單樁承載能力計(jì)算公式進(jìn)行了分析，討論了端承樁和摩擦樁的聯(lián)系和區(qū)別，對(duì)如何準(zhǔn)確確定嵌巖深度及樁端持力層厚度提出了自己的看法，解決了嵌巖樁基設(shè)計(jì)中樁基配筋的相關(guān)問(wèn)題。

【關(guān)鍵詞】公路橋梁；樁基承載力；嵌巖樁基設(shè)計(jì)；樁基配筋

橋梁上部結(jié)構(gòu)的荷載一般都較大，承載能力高、質(zhì)量穩(wěn)定的鉆孔灌注樁是絕大多數(shù)橋梁工程首選的基礎(chǔ)形式。設(shè)計(jì)的橋梁樁基是否適當(dāng)，對(duì)工程質(zhì)量、造價(jià)、工期及使用都有很大的影響。本人結(jié)合工作實(shí)踐，就樁基設(shè)計(jì)中的一些問(wèn)題進(jìn)行初步探討。

1 端承樁和摩擦樁的聯(lián)系和區(qū)別

通常認(rèn)為，凡嵌巖樁必為端承樁，端承樁一般都不會(huì)考慮土層側(cè)阻力。但以實(shí)際情況來(lái)看，大量現(xiàn)場(chǎng)結(jié)果表明：端阻力、樁側(cè)阻力的發(fā)揮性狀與上覆土層的樁長(zhǎng)徑比、性質(zhì)和厚度、樁底沉渣厚度、嵌入基巖性質(zhì)和嵌巖深徑比等因素有關(guān)。在一般情況下，上覆土層的側(cè)阻力是可以發(fā)揮的，而且側(cè)阻力會(huì)隨著長(zhǎng)徑比1/d的增大相應(yīng)的跟著增大；只有對(duì)于短粗的人工挖孔的嵌巖樁，端阻力會(huì)在土層側(cè)阻力之前發(fā)揮，端阻力影響著樁的承載力。對(duì)于1/d>15~20的泥漿護(hù)壁沖(鉆)孔的嵌巖樁，無(wú)論是在完整基巖還是在嵌入風(fēng)化巖中，樁側(cè)阻力都會(huì)在端阻力之前發(fā)揮，表現(xiàn)出了較明顯的摩擦型。對(duì)于1/d>40時(shí)，且覆蓋的土層不屬于軟弱土?xí)r，嵌巖樁端所能承載的作用較小，這時(shí)樁基的受力狀態(tài)為摩擦樁，樁端嵌入中風(fēng)化或強(qiáng)風(fēng)化巖層中即可。在一些地區(qū)，泥質(zhì)軟巖嵌巖灌注樁的1/d >45時(shí)，嵌巖段是總阻力占了總荷載比例的20%以下；當(dāng)1/d >60時(shí)，嵌巖段端的阻力只占總荷載比例的5%以下。而這種樁底沉降和樁身彈性壓縮都是隨著長(zhǎng)徑比1/d成正比的，因而導(dǎo)致側(cè)阻力和摩擦力的增大，傳遞到樁端的應(yīng)力也會(huì)隨嵌巖跟深徑比hr/d成反比。當(dāng)hr/d>5時(shí)就沒(méi)有應(yīng)力傳遞到樁端；但對(duì)于泥質(zhì)軟巖嵌巖樁，hr/d=5~7時(shí)，樁端的阻力還是會(huì)占總荷載的4.5%~15%。所以，摩擦樁和端承樁的區(qū)分，不能只從是否嵌巖來(lái)區(qū)分，而要考慮到上覆土層的厚度和性質(zhì)、嵌入基巖性質(zhì)、樁長(zhǎng)徑比、樁底沉渣厚度和嵌巖深徑比等因素。

2 嵌巖樁基的單樁承載能力的計(jì)算

樁基承載力的計(jì)算是橋梁設(shè)計(jì)的重要部分?！豆窐蚝A(chǔ)與地基設(shè)計(jì)規(guī)范》(JTG D63-2007)中明確的規(guī)定：支承在嵌入基巖內(nèi)或基巖上的挖 (鉆)樁，其單樁軸向的受壓容許承載力[Ra]，可按如的下式計(jì)算：

Ra——單樁軸向受壓承載力容許值；

——根據(jù)巖石破碎程度、清孔情況等因素確定的系數(shù)。

Ap——樁底截面面積；

∮s——覆蓋層土的側(cè)阻力發(fā)揮系數(shù)；

hi——樁嵌入基巖深度；

——樁側(cè)第i層土的側(cè)阻力標(biāo)準(zhǔn)值；

li——各土層的厚度；

u——樁嵌入基巖部分的橫截面周長(zhǎng)，按設(shè)計(jì)直徑計(jì)算；

——單軸抗壓強(qiáng)度和樁端巖石飽標(biāo)準(zhǔn)值；

上述公式表明：嵌巖樁的單樁軸向受壓容許承載力Ra，只取決于嵌入基巖的深度和樁底處巖石的強(qiáng)度，以及巖石破碎程度、清孔情況等因素。依據(jù)規(guī)范所描述，通常大家會(huì)認(rèn)為只要是嵌巖樁就是端承樁，就會(huì)適用于這個(gè)公式。而實(shí)際上不是，只有在嵌巖樁的清孔為絕對(duì)干凈，樁底只有支撐作用，樁底強(qiáng)度很高且?guī)r石完整時(shí)，樁幾乎沒(méi)有豎向位移，樁基才能算是端承樁，公式也才能使用。在實(shí)際的工程中，只有在土層側(cè)阻力所占的比例較小，當(dāng)樁基長(zhǎng)徑比不大時(shí)，樁基大致表現(xiàn)出端承樁的特征，公式才可以使用。公式中所提到的“hi”是指“樁嵌入基巖的深度，但不包括風(fēng)化層”。一般都認(rèn)為是樁必須嵌入新鮮基巖，而不管其上面風(fēng)化巖層的強(qiáng)度怎么樣。因?yàn)橛械膹?qiáng)風(fēng)化硬質(zhì)巖層(如花崗巖)，它們的極限強(qiáng)度則會(huì)大于極軟巖新鮮巖的強(qiáng)度。這說(shuō)明一般硬質(zhì)巖的強(qiáng)風(fēng)化層或微弱風(fēng)化層的強(qiáng)度都相對(duì)較高，如不考慮這些層次的嵌巖深度，只是一味的要求嵌入新鮮基巖是不行的。根據(jù)這個(gè)原則，如果風(fēng)化層很厚，樁基嵌巖則會(huì)很深。所以在設(shè)計(jì)上，這會(huì)致使計(jì)算的承載力Ra遠(yuǎn)小于實(shí)際的極限承載能力Ra；在工程施工上，這會(huì)增大工程量，延長(zhǎng)工期。

工程試驗(yàn)表面，當(dāng)巖面比較平整時(shí)，樁的嵌巖深度h>2d時(shí)，樁側(cè)嵌固力約占總荷載50%以上。承載力會(huì)隨著嵌固深度增加而增大，但嵌固的深度h>3d時(shí)，承載力增長(zhǎng)比較小。公式中沒(méi)有規(guī)定hi的限值，也沒(méi)有隨hi值的增大而對(duì)其設(shè)定相關(guān)的折減系數(shù)。所以，在進(jìn)行樁基設(shè)計(jì)實(shí)踐時(shí)，樁基承載力需要通過(guò)較大的嵌巖深度來(lái)提高時(shí)，可以考慮加大樁徑。

3 準(zhǔn)確確定嵌巖深度及樁端持力層厚度

在橋梁工程樁基設(shè)計(jì)中，常會(huì)碰到兩軟弱巖層之間的穿越強(qiáng)度很高的有一定厚度的巖層(夾層)。如果這種夾層厚度達(dá)不到承載的厚度要求，鉆孔樁就必須穿越夾層，到達(dá)持力層，這對(duì)施工進(jìn)度和施工機(jī)械都有著極大的考驗(yàn)。確定樁底基巖的厚度，一般有三個(gè)條件：第一是不考慮樁身周圍覆蓋土層的側(cè)阻力，在嵌巖灌注樁周邊嵌入較完整或完整的微風(fēng)化、中風(fēng)化、未風(fēng)化硬質(zhì)巖體，最小深度應(yīng)按照構(gòu)造的要求達(dá)到0.5m；第二是要求在樁底以下的3倍樁徑范圍內(nèi)無(wú)斷裂帶、軟弱夾層、洞隙分布；第三是在樁端應(yīng)力在擴(kuò)散的范圍內(nèi)沒(méi)有巖體臨空面。對(duì)一般夾層而言，只要能滿足前兩個(gè)條件就能作為持力層。對(duì)于巖溶地區(qū)的樁基，因?yàn)閹r體形狀的奇特多變，巖溶洞隙的分布無(wú)規(guī)律，現(xiàn)有的勘探手段無(wú)法事先查出它的準(zhǔn)確位置和大小，從而會(huì)導(dǎo)致工程費(fèi)用增加、工期延長(zhǎng)。對(duì)于計(jì)算所需要的邊界條件相當(dāng)復(fù)雜，而巖石地基比巖溶地基的影響因素要少，以前一般都會(huì)要求樁端下有5m樁徑持力層的厚度，對(duì)于不同的樁徑、不同的單樁承載力，一樣也應(yīng)保證其有基樁端面以下有5m完整基巖，這兩者的可靠度是完全相同的。為了使樁基設(shè)計(jì)經(jīng)濟(jì)更加合理，應(yīng)將試算數(shù)值和經(jīng)驗(yàn)值相結(jié)合的方法來(lái)確定樁端持力層厚度及嵌巖深度。樁基內(nèi)力可用“m”法來(lái)計(jì)算，也可用其他有可靠依據(jù)的方法來(lái)計(jì)算。如按“m”法來(lái)計(jì)算樁基時(shí)，樁身的彎矩有3個(gè)特點(diǎn)。第一是彎矩分布的規(guī)律接近于一條從頂向下衰減的波形曲線，并且衰減速度很快；第二是樁身的最大彎矩發(fā)生在第一個(gè)不完整波形內(nèi)，位置一般在地面以下約3m處；第三是在第一個(gè)彎矩零點(diǎn)的位置在樁入土深度的h=4/αh處。

4 采取合理的嵌巖樁基配筋布置

我們?cè)谠O(shè)計(jì)時(shí)通常有兩種鋼筋的布置方式，即最大彎矩處進(jìn)行配筋和將基樁主筋一半部分延伸到樁底處。最大彎矩處進(jìn)行配筋是從樁頂一直延伸到最大彎矩的一半以下的錨固長(zhǎng)位置處，減少二分之一配筋再一直延伸至彎矩為零以下的錨固長(zhǎng)位置處，再往下就是素混凝土段。從節(jié)省工程費(fèi)用和樁體受力及發(fā)生事故處理的概率來(lái)看，最大彎矩處進(jìn)行配筋種更加合理，但將基樁主筋一半部分延伸到樁底處配筋可以減小施工的難度，鋼筋布置到樁底，易于固定鋼筋籠。

5 結(jié)語(yǔ)

樁基礎(chǔ)是目前公路橋梁中最主要的一種基礎(chǔ)形式，橋梁樁基的設(shè)計(jì)直接影響到橋梁工程造價(jià)和施工質(zhì)量。本文對(duì)公路橋梁嵌入樁基的設(shè)計(jì)中的一些問(wèn)題進(jìn)行探討。采用合理、科學(xué)的樁基設(shè)計(jì)，對(duì)于降低工程造價(jià)、提高橋梁安全、提高橋梁耐久性等方面都有著重要的意義。

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