王小駿

(貴州路橋集團(tuán)有限公司)

0 引 言

大直徑人工挖孔擴(kuò)底樁在建筑工程中運用比較廣泛，通過工程實踐證明，該技術(shù)的應(yīng)用具有很多優(yōu)勢，如造價低、施工速度快、機(jī)械操作簡單等。但這種技術(shù)在橋梁基礎(chǔ)施工中運用的比較少，因為橋梁基礎(chǔ)的施工會受到地質(zhì)條件的影響。因此，其具體應(yīng)用應(yīng)該根據(jù)橋梁基礎(chǔ)地質(zhì)情況的不同進(jìn)行合理運用。本文結(jié)合工程實例，對大直徑挖空樁在橋梁基礎(chǔ)中的應(yīng)用作闡述。

1 大直徑擴(kuò)底樁的承載機(jī)理

通常情況下，大直徑擴(kuò)底樁的承載力主要是樁周上的摩阻力以及端承力組成，如下列公式所示

Q=Qb+Qs=qbAb+qsAs

式中:Qb，Qs分別代表的是總端承載力和總摩阻力;qb，qs代表的是單位面積端承載力和單位面積摩阻力;Ab，As分別代表的是樁底截面積和樁側(cè)有效摩阻斷表面積。

大直徑擴(kuò)底樁基礎(chǔ)，其深度超過5 m，就屬于基礎(chǔ)范疇。其承載機(jī)理和破壞機(jī)理有所差異，通常都是淺基礎(chǔ)或者是長頸基礎(chǔ)，和平常的樁基礎(chǔ)狀況都不同。可借助相關(guān)的試驗和測試，例如模型試驗和原位測試，對其進(jìn)行分析與研究。據(jù)大量文獻(xiàn)資料顯示:首先，當(dāng)淺基礎(chǔ)受到外力作用，其結(jié)構(gòu)被破壞時，附近的土體就會發(fā)生不均勻沉降，而和其距離較遠(yuǎn)的土體就會聳起，具體表現(xiàn)為剪切破壞。

其次，高杯口基礎(chǔ)的基地和擴(kuò)基地存在相似之處，其端承面積一般都比較大，如圖1 所示，在施工過程中，由于及地上的壓密度比較高，埋深比較深，需要事先進(jìn)行準(zhǔn)備工作，例如開挖等，在完成了基礎(chǔ)部分的施工任務(wù)之后，再進(jìn)行回填，這樣就能夠弱化長頸樁以及土體之間的摩擦力。在回填之后，基礎(chǔ)部分所受到的外部壓力會有所增加，但是上體后期骨戒之后其摩擦力會變成負(fù)的，這樣一來，總承載力就會比擴(kuò)底基礎(chǔ)小。

圖1 高杯口基礎(chǔ)的基地

然后，樁基礎(chǔ)的破壞模式類屬于深層剪切和刺入破壞，因為其樁長都會比較長，其破壞反應(yīng)是樁頂?shù)南鲁?，樁周圍的土體就會出現(xiàn)隆起現(xiàn)象。

最后，大直徑擴(kuò)底的承載機(jī)理是，其具像表現(xiàn)是變形，具體來說就是會向兩側(cè)產(chǎn)生擠壓作用，不會產(chǎn)生隆起，當(dāng)荷載較小時，樁底周圍的土密度就會逐漸變小，荷載逐漸增大時，擴(kuò)大頭底端外側(cè)就會出現(xiàn)傘形的拉裂縫，形成一定的拉力應(yīng)力區(qū)，有時在端角處會形成局部深層剪切破壞，如圖2 所示。

圖2 局部深層剪切破壞

2 大直徑擴(kuò)底樁的設(shè)計與施工

通過上述對樁基受力原理的分析，可以發(fā)現(xiàn):大直徑擴(kuò)底樁跟普通的樁基有所不同，有時在端角處形成局部深層剪切破壞。在實際的工程施工中，如何結(jié)合水文、地質(zhì)條件等完成相關(guān)的計算工作，并且保證樁基的施工質(zhì)量，需要相關(guān)技術(shù)人員進(jìn)行深入研究和創(chuàng)造，指導(dǎo)相關(guān)施工人員按照技術(shù)要求進(jìn)行操作。橋梁基礎(chǔ)大直徑挖孔樁的應(yīng)用需要基于以下工作基礎(chǔ)之上。

2.1 設(shè)計內(nèi)容

首先，在施工之前，需要對相關(guān)地質(zhì)情況進(jìn)行深入研究，確定巖石或者是支撐土的深度以及其他性質(zhì)，從而對施工的可操作性進(jìn)行初步評估，對施工中可能會遇到的問題進(jìn)行預(yù)測，為做好預(yù)防工作打下堅實的基礎(chǔ)。其次，由于樁基的尺寸不同，要根據(jù)工程的施工要求以及特點選擇相適應(yīng)的樁基尺寸，并且制定相關(guān)的施工方法，在設(shè)計的過程中，要確定施工的容許承載力。再次，要考慮到樁基下沉的意外情況。最后，要根據(jù)實際的施工情況以及施工任務(wù)的開展情況對設(shè)計以及施工方案進(jìn)行不斷的調(diào)整。

2.2 設(shè)計特點

大直徑擴(kuò)底樁基礎(chǔ)的設(shè)計計算要求和樁基有相似之處，該類基礎(chǔ)由于其受力情況比較復(fù)雜，如圖3 所示，且會受到土層不同擴(kuò)底范圍的不同而呈現(xiàn)不同的狀態(tài)了，所以要通過設(shè)計與計算對可能出現(xiàn)的狀況進(jìn)行充分考慮。

圖3 樁的承載力組成

由上圖可知，樁基在外荷載Q 的作用下，Qs 與Qp 的發(fā)揮程度和樁土之間的相對位移有關(guān)。樁基和土之間發(fā)生不大的相對位移時，摩阻力就可以充分發(fā)揮出來。

2.3 承載力計算

據(jù)相關(guān)的資料顯示，要想保證樁基豎向承載力的準(zhǔn)確性，可以通過靜載試驗進(jìn)行確定。但是靜載試驗也有一定的缺點，就是其耗費的時間較長，且試驗費用較高，所以一般的工程不可能采用靜載試驗對樁基的豎向承載力進(jìn)行確認(rèn)。就大多數(shù)工程的基礎(chǔ)條件來看，在條件允許的狀況下，都是采用規(guī)范公式進(jìn)行計算的，并且根據(jù)相關(guān)技術(shù)人員以及施工人員的工作經(jīng)驗進(jìn)行確認(rèn)或者是調(diào)整。從上述文中對大直徑擴(kuò)底樁承載機(jī)理的分析，可以看出:有關(guān)力的計算和普通的樁徑計算有著很大的區(qū)別，另外，對于大直徑擴(kuò)底樁來說，其端承載力是整體承載力的重要組成部分，且樁周圍會有摩擦現(xiàn)象發(fā)生，這在一定程度上會分散荷載，但是由于產(chǎn)生的摩擦作用會消耗掉承載力，使其承載力變?nèi)?，樁的荷載傳遞機(jī)理詳細(xì)如圖4 所示，樁側(cè)極限摩阻力的確定和樁側(cè)樁土間的剪切強度有所關(guān)聯(lián)，其計算如下

圖4 樁身荷載傳遞機(jī)理

τ=σhtgδ+Ca=Kσvtgδ+Ca

式中:τ 表示的是樁側(cè)單位面積的極限摩阻力;σh、σv表示的是土的水平應(yīng)力及豎向應(yīng)力;Ca、δ 表示的是樁、土間的粘結(jié)力及摩擦角;K 表示的是土的側(cè)壓力系數(shù)。

樁底極限阻力的確定，是將樁作為深埋基礎(chǔ)，在設(shè)定了某種假定情況下，運用極限平衡的理論，導(dǎo)出地基極限荷載(即樁底極限阻力)的理論公式

式中:表示的是樁底地基單位面積的極限荷載(kPa);表示的是與樁底形狀有關(guān)的系數(shù);表示的是承載力系數(shù)，均與土的內(nèi)摩擦角有關(guān);表示的是樁底平面以上土的平均容重(kN/m3);表示的是樁的入土深度(m)。

在橋梁基礎(chǔ)施工中，可以通過理論公式計算樁的豎向承載力，從而便于大直徑挖孔樁技術(shù)的應(yīng)用。

除此之外，對于大直徑樁側(cè)阻、端阻尺寸效應(yīng)系數(shù)φsi，φp，在計算大孔徑擴(kuò)底樁豎向承載力時，應(yīng)該根據(jù)不同的地質(zhì)條件以及荷載條件進(jìn)行不同的處理，遵循具體問題具體分析原則。同時，由于擴(kuò)底樁底的面積會有所不同，從而會發(fā)生基土的沉降變形，這時就要通過樁的沉降變形控制來緩解。

3 工程實例

某工程是當(dāng)?shù)啬尺B續(xù)橋梁下部樁基工程，根據(jù)相關(guān)的工程地質(zhì)報告，可以得出施工現(xiàn)場橋梁基礎(chǔ)容易出現(xiàn)不均勻沉降。因此，在施工中，對于相關(guān)構(gòu)件的沉降差異要求極為嚴(yán)格。在經(jīng)過多個設(shè)計施工方案對比之后，且綜合施工實效性以及可操作性因素，決定采用大直徑人工挖孔樁基礎(chǔ)。初定樁身的直徑是D=1 800 mm，擴(kuò)底直徑DI =2 600 mm，樁身長度為L=15 500 mm，擴(kuò)高為h=1 500 mm。

由于該場地的基礎(chǔ)上層土質(zhì)含水量高，且狀態(tài)差，而且其河床的底部還有大量淤泥。因此，如何防止流沙以及涌水成為了施工的關(guān)鍵所在。在經(jīng)過施工單位以及設(shè)計單位的多方討論之后，決定采用混凝土護(hù)壁，鋼護(hù)筒等多項綜合措施，解決了施工難題，在規(guī)定的施工工期內(nèi)完成了所有施工任務(wù)。

4 結(jié)束語

綜上所述，大直徑擴(kuò)底樁基礎(chǔ)有著自身的優(yōu)點，但是也有諸多缺點，例如對施工環(huán)境要求較高，且操作比較復(fù)雜，需要以大量的計算工作為基礎(chǔ)，才能保證施工任務(wù)的順利展開。因此，作為施工單位和設(shè)計單位，一定要緊密配合，對施工工序和工藝進(jìn)行嚴(yán)格控制，并盡量降低工程造價，保證工程的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益。

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