蘇怡霞

（招商局重慶交通科研設(shè)計(jì)院有限公司廈門分公司，福建 廈門 361000）

0 引言

隨著我國(guó)城市建設(shè)不斷發(fā)展，橋梁數(shù)量不斷增加，極大地便利了人們的生活。在橋梁的建設(shè)中，基礎(chǔ)設(shè)計(jì)工作備受重視。樁基作為橋梁結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)極其常見(jiàn)的形式，對(duì)橋梁的安全起著至關(guān)重要的作用。本文結(jié)合近幾年筆者參與設(shè)計(jì)與配合施工的幾座橋梁實(shí)例，對(duì)樁基設(shè)計(jì)選型及施工配合進(jìn)行探討。

1 常規(guī)地質(zhì)摩擦樁

1.1 %1樁基設(shè)計(jì)

項(xiàng)目一為一座城市人行天橋，橋梁主梁跨徑（2.5+33.8）m，橋?qū)?.0m，主梁上部構(gòu)造采用鋼桁架結(jié)構(gòu)，梯坡道上部構(gòu)造采用鋼箱梁，全橋樁基共8根，主梁、梯坡道樁基均采用Ф1.2m樁，最大樁長(zhǎng)17m。由于人行天橋樁基所需承載力不大，項(xiàng)目中最大樁頂力為1478.6kN，根據(jù)地質(zhì)勘察結(jié)果，橋位處鉆孔所入各地層地質(zhì)條件較好，但鉆孔30m仍未入巖，若按嵌巖樁設(shè)計(jì)，樁基承載力富余大，較浪費(fèi)，因此，本橋樁基按摩擦樁設(shè)計(jì)。

按《公路橋涵地基與基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范》（JTG 3363—2019）相關(guān)條文要求，選用主梁下受力最大的樁進(jìn)行受力驗(yàn)算，求出承臺(tái)底最不利組合內(nèi)力，按“m法”計(jì)算樁基控制截面內(nèi)力，選用基本組合下樁基內(nèi)力，按《公路鋼筋混凝土及預(yù)應(yīng)力混凝土橋涵設(shè)計(jì)規(guī)范》（JTG3362—2018）第5.3.8條進(jìn)行截面尺寸驗(yàn)算；選用長(zhǎng)短期組合下樁基內(nèi)力，再按《公路鋼筋混凝土及預(yù)應(yīng)力混凝土橋涵設(shè)計(jì)規(guī)范》第6.4.3條進(jìn)行截面裂縫的驗(yàn)算，以主墩Z(yǔ)P2下其中一根樁基為代表，經(jīng)驗(yàn)算，樁基控制截面結(jié)果如表1、表2所示。

從由表1、表2可知，本樁基截面尺寸和配筋滿足設(shè)計(jì)要求。

表1 圓截面偏心受壓強(qiáng)度檢算

表2 圓形截面鋼筋混凝土偏心受壓構(gòu)件裂縫寬度檢算

在樁基截面尺寸和配筋滿足設(shè)計(jì)后，需對(duì)承載力進(jìn)行驗(yàn)算，摩擦樁按《公路橋涵地基與基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范》（JTG 3363—2019）第6.3.3條進(jìn)行承載力驗(yàn)算：

ZP2墩樁基承載力驗(yàn)算結(jié)果如表3所示。

表3 ZP2墩摩擦樁承載力驗(yàn)算結(jié)果

按以上計(jì)算結(jié)果，本樁基承載力滿足設(shè)計(jì)要求。

同理，本橋其他樁按照本樁驗(yàn)算方法進(jìn)行結(jié)構(gòu)驗(yàn)算，經(jīng)驗(yàn)算，所有樁截面尺寸、配筋及承載力均滿足設(shè)計(jì)要求。

1.2 .%1樁基施工配合

該項(xiàng)目現(xiàn)場(chǎng)施工放樣時(shí)，發(fā)現(xiàn)原設(shè)計(jì)橋位有兩根樁分別緊靠在人行道上或占用現(xiàn)有部分店面，為保證行人安全及避免店面征拆，按實(shí)際情況，將全橋向東、向南各平移2m。由于原設(shè)計(jì)主梁承臺(tái)底位于地面以下1.8m，放坡施工將對(duì)周圍店面造成影響。因此，業(yè)主應(yīng)群眾反饋，要求將原主梁承臺(tái)抬高1.0m設(shè)計(jì)，按照承臺(tái)抬高1m，樁長(zhǎng)不變，核驗(yàn)現(xiàn)樁長(zhǎng)滿足設(shè)計(jì)要求后，出具設(shè)計(jì)變更圖。摩擦樁終孔，一般要求土層變化不大，達(dá)到設(shè)計(jì)樁長(zhǎng)，并且要求持力層渣樣經(jīng)地勘復(fù)核與原設(shè)計(jì)一致，按鉆孔記錄表，新橋位處樁基地層與原設(shè)計(jì)基本符合，經(jīng)過(guò)40d工期，該天橋所有摩擦樁全部完成終孔。

2 常規(guī)地質(zhì)嵌巖樁

2.1 樁基設(shè)計(jì)

項(xiàng)目二為一城市互通立交工程，該互通立交工程共有主線橋、匝道橋、人行橋共15座，橋梁總面積為46414.31m2。為使全項(xiàng)目樁基設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)統(tǒng)一，該互通立交工程樁基全按嵌巖樁設(shè)計(jì)，Ф1.0m、Ф1.2m、Ф1.5m樁基共429根。根據(jù)地勘結(jié)果，該項(xiàng)目中風(fēng)化花崗地層埋深較淺，因此按全斷面入巖3d（d為樁徑）控制，車行橋樁基最長(zhǎng)為40m，最短為15m，人行橋樁長(zhǎng)最小為10m，最大為25m。

樁基截面尺寸和配筋設(shè)計(jì)按《公路橋涵地基與基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范》（JTG 3363—2019）、《公路鋼筋混凝土及預(yù)應(yīng)力混凝土橋涵設(shè)計(jì)規(guī)范》（JTG 3362—2018）相關(guān)條文進(jìn)行驗(yàn)算，嵌巖樁設(shè)計(jì)承載力驗(yàn)算如下：

嵌巖深度按全斷面入巖3d控制，以主線橋第二聯(lián)4×35m中樁長(zhǎng)較短（18m）的Z6號(hào)普通墩樁基為代表，其承載力驗(yàn)算結(jié)果如表4所示.

按表4計(jì)算結(jié)果，本樁基承載力滿足設(shè)計(jì)要求。

表4 Z6號(hào)墩嵌巖樁承載力驗(yàn)算結(jié)果

2.2 樁基施工配合

該項(xiàng)目施工圖修編階段與詳勘時(shí)相比，各橋跨徑、橋梁平面位置有調(diào)整，加之整個(gè)互通立交工程位于地層褶皺起伏區(qū)，原有部分詳勘樁基鉆孔位置與修編階段樁基鉆孔位置有一定偏離，雖然修編階段進(jìn)行了部分補(bǔ)充勘察，但個(gè)別臨近樁位的孔在實(shí)際施工時(shí)依然有較大偏差，出現(xiàn)了部分孔樁長(zhǎng)與圖紙中樁長(zhǎng)差異較大的情況。在項(xiàng)目施工配合中，施工單位在施工樁基時(shí)按實(shí)際情況留存鉆孔各層渣樣，入巖時(shí)取樣拍照，地勘單位判定入巖標(biāo)高后繼續(xù)鉆孔，待全斷面入巖3d后，量取樁長(zhǎng)，設(shè)計(jì)方復(fù)核鉆孔記錄表。按鉆孔記錄表對(duì)比復(fù)核原設(shè)計(jì)樁長(zhǎng)及入巖深度，項(xiàng)目的樁端巖石飽和單軸抗壓強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值41MPa，且非涉水橋，現(xiàn)場(chǎng)無(wú)短樁入巖情況，因此，在確認(rèn)樁基全斷面入巖3d后，對(duì)該樁予以終孔確認(rèn)。另外，對(duì)部分長(zhǎng)樁，已達(dá)到設(shè)計(jì)樁長(zhǎng)及設(shè)計(jì)樁底高程卻仍未入巖的樁基，根據(jù)鉆孔記錄表按摩擦樁復(fù)核，若承載力滿足要求，亦予以終孔確認(rèn)。此外，要求施工中需確保同一承臺(tái)下樁基類型統(tǒng)一，不得在同一承臺(tái)下既有摩擦樁又有嵌巖樁。經(jīng)過(guò)36個(gè)月工期，該互通立交工程所有樁基全部終孔。

3 巖溶地區(qū)嵌巖樁

3.1 樁基設(shè)計(jì)

項(xiàng)目三為一座二級(jí)公路上的大橋，橋長(zhǎng)248m，橋?qū)?2m，上部采用30m跨預(yù)應(yīng)力混凝土T梁，下部采用Ф1.6m樁基；橋臺(tái)采用Ф1.2m樁基。全橋共22根樁，最長(zhǎng)樁長(zhǎng)為47m。項(xiàng)目橋址區(qū)下部大理巖巖溶較發(fā)育，對(duì)樁基穩(wěn)定性影響較大，因此，施工圖設(shè)計(jì)階段要求逐樁鉆探。根據(jù)鉆孔勘察結(jié)果，本橋樁基按嵌巖樁設(shè)計(jì)，初定嵌巖深度按樁基全斷面入巖3d控制。

本橋鉆孔探明橋下地層中有呈上下成串分布的溶洞，最大溶洞約11.8m高，因此，在樁長(zhǎng)驗(yàn)算中，鉆孔中遇到溶洞層采用不考慮巖溶層對(duì)樁的摩阻作用。另外，為避免樁基嵌入中風(fēng)化巖后再遇溶洞，還需按地勘分類考慮持力層厚度。

（1）溶洞頂板巖層完整且跨徑<3d，控制條件為頂板的抗剪切力：Q=（q+p）/（τl），式中q為頂板自重加上覆蓋土層荷載，τ為巖層的1/12容許抗壓強(qiáng)度，l為溶洞平面周長(zhǎng)。

（2）溶洞頂板巖層較為完整且跨徑≥3d時(shí)，最小厚度由彎矩控制，設(shè)計(jì)最小持力層板厚為H=（6M/（q[σ]）0.5，[σ]為巖層1/10容許抗壓強(qiáng)度。彎矩M按梁板受力狀況計(jì)算：（a）當(dāng)溶洞洞周完整而樁基底頂板跨中有裂縫時(shí)，按懸臂梁M=pl+ql2/2；（b）當(dāng)溶洞頂板完整，按固端梁M=0.7pl/4+ql2/12；（c）當(dāng)樁基底完整但洞周有裂縫時(shí)，則按簡(jiǎn)支梁M=pl/4+ql2/8。

當(dāng)樁底位于第二層溶洞以下時(shí)，不考慮覆蓋土層荷載產(chǎn)生的彎矩影響，多層溶洞樁端持力層厚度是按溶洞頂板的裂隙情況、腐蝕以及完整性分析計(jì)算得出。經(jīng)計(jì)算及綜合考慮安全系數(shù)后，確定樁基施工中持力層最小厚度為6~8m。

3.2 樁基施工配合

該項(xiàng)目施工時(shí)，發(fā)現(xiàn)樁徑遠(yuǎn)大于鉆孔直徑，巖溶地區(qū)中逐樁鉆孔勘探亦不能完全反映巖溶發(fā)育規(guī)律。施工中，斷面揭露原設(shè)計(jì)0號(hào)臺(tái)、2號(hào)墩實(shí)際孔與原詳勘孔地質(zhì)差異大，原設(shè)計(jì)樁底持力層溶洞頂板最小厚度不足，為使樁基安全，調(diào)整樁基穿透本土層并將下一層頂板作為持力層，因此，0號(hào)臺(tái)樁長(zhǎng)由16m變更為40m，2號(hào)墩北側(cè)樁樁長(zhǎng)由20m變更為35m。其余墩臺(tái)實(shí)際孔與原詳勘孔地層基本一致，因此，僅按巖面傾斜角度對(duì)樁長(zhǎng)進(jìn)行略微調(diào)整。

為了保證巖溶區(qū)樁基施工順利成孔成樁并滿足承載力要求，對(duì)樁基遇到較大溶洞（H>3m），建議采用鋼護(hù)筒跟進(jìn)法，全樁長(zhǎng)鋼護(hù)筒護(hù)壁施工；樁基遇到較小溶洞（H≤3m）時(shí)，采用拋石、注漿填充溶洞后，再進(jìn)行樁基鉆孔施工。

本橋樁基在施工中采用高應(yīng)變檢測(cè)驗(yàn)證樁基承載能力，最終證明本橋所有樁基承載能力均滿足設(shè)計(jì)要求。經(jīng)過(guò)12個(gè)月工期，該橋所有樁基全部終孔。

4 非濕陷性軟土地區(qū)嵌巖樁

4.1 樁基設(shè)計(jì)

項(xiàng)目四為一座支路上的拱橋，橋長(zhǎng)30.9m，橋?qū)?.5m，上部采用凈跨20m，矢跨比為1/8的無(wú)鉸鋼梁拱圈，下部采用重力式橋臺(tái)，Ф1.0m樁基。全橋共12根樁，樁長(zhǎng)最長(zhǎng)為24m。項(xiàng)目位于非濕陷性軟土區(qū)，地質(zhì)勘察顯示兩橋臺(tái)樁基穿過(guò)的淤泥層厚度約11.5~15.3m，在淤泥層下5~7m進(jìn)入中風(fēng)化花崗巖層。考慮本橋址處地質(zhì)情況，嵌巖樁相比于摩擦樁，成本增加不多，但利于結(jié)構(gòu)受力，因此本橋按嵌巖樁設(shè)計(jì)，全斷面嵌巖深度按2d控制。

由于樁基位于非濕陷性軟土區(qū)，且穿越淤泥層較厚，考慮橋頭填土等因素造成土層沉降量大于樁基豎向位移值，淤泥層將對(duì)樁基產(chǎn)生負(fù)摩阻力。樁身產(chǎn)生負(fù)摩阻力深度與樁側(cè)土層壓縮、樁身壓縮等有關(guān)。一般情況下，并非全段淤泥層均有負(fù)摩阻力，但為保守起見(jiàn)，本橋按全段淤泥層中均有負(fù)摩阻力考慮，地勘提供淤泥的樁側(cè)土的摩阻力標(biāo)準(zhǔn)值為-12kPa，將其代入公式進(jìn)行復(fù)核。由于本橋frk為55MPa，最大樁頂力881kN，經(jīng)復(fù)核，本橋嵌巖樁樁長(zhǎng)滿足設(shè)計(jì)要求。

4.2 樁基施工配合

該項(xiàng)目由于樁基位于軟土區(qū)，打樁平臺(tái)及河道內(nèi)架設(shè)鋼梁的平臺(tái)均需地基處理，并且在現(xiàn)狀河道中開(kāi)挖承臺(tái)需設(shè)圍堰。由于原設(shè)計(jì)圍堰對(duì)鋼梁吊裝機(jī)重量考慮不足，設(shè)置圍堰較薄弱，現(xiàn)場(chǎng)施工時(shí)圍堰需外擴(kuò)并加固，故設(shè)計(jì)由原來(lái)河道內(nèi)的清淤、拋石擠淤，設(shè)置黏土袋裝圍堰修改成清淤、拋石擠淤，擴(kuò)大圍堰范圍，設(shè)置鋼板樁圍堰。由此，雖然增加了造價(jià)，但承臺(tái)、樁基及鋼梁吊裝施工安全得到了保證。經(jīng)施工鉆孔，樁基地層與原設(shè)計(jì)基本符合，經(jīng)過(guò)2個(gè)月工期，該橋所有嵌巖樁全部終孔。

5 結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，常規(guī)地質(zhì)條件下進(jìn)行樁基設(shè)計(jì)時(shí)，樁基采用摩擦樁還是嵌巖樁與樁基造價(jià)、工程地質(zhì)及項(xiàng)目樁基規(guī)模數(shù)量等相關(guān)，對(duì)荷載較小、地質(zhì)條件較好人行橋，優(yōu)先考慮采用摩擦樁；對(duì)于樁基體量較大的工程，為使全項(xiàng)目樁基設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)統(tǒng)一，盡量采用嵌巖樁，但若大部分樁基按嵌巖樁設(shè)計(jì)時(shí)樁長(zhǎng)需超過(guò)40m，可按摩擦樁進(jìn)行復(fù)核，若安全儲(chǔ)備仍較大，則部分長(zhǎng)樁可采用摩擦樁以適當(dāng)減少樁長(zhǎng)，節(jié)約造價(jià)。若樁基位于軟土層，則應(yīng)考慮軟土引起的樁基負(fù)摩阻力，保證樁的安全儲(chǔ)備，在樁長(zhǎng)對(duì)造價(jià)增加不大的情況下，采用嵌巖樁對(duì)樁基安全更有保障。在溶洞地區(qū)進(jìn)行樁基設(shè)計(jì)時(shí)，由于地質(zhì)復(fù)雜，除按樁基常規(guī)設(shè)計(jì)外，更重要的是結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)勘孔實(shí)際情況，加深對(duì)現(xiàn)場(chǎng)地質(zhì)情況的認(rèn)知，一旦有異常情況，應(yīng)隨時(shí)補(bǔ)鉆，及時(shí)變更，修正樁基長(zhǎng)度，確保樁基質(zhì)量。