公路桥梁桩基设计常见问题分析论文

公路桥梁桩基设计的常见问题分析【摘要】近年来，随着社会经济的发展，我国公路桥梁建设事业突飞猛进。

绝大多数桥梁工程大多选用桩基础，因此，桥梁桩基设计是否恰当合理，很大程度上影响着工程质量、造价、工期和使用的效果。

本文通过多年来在桥梁设计方面的经验，就桩基设计当中的几个问题进行粗浅的分析。

【关键词】公路桥梁桩基；端承桩；摩擦桩
随着我国经济的快速发展，公路和桥梁建设得到了较快的发展。

作为桥梁工程中最常见的基础之一，桩基的设计也就显得尤为重要了。

下面就桩基设计当中的几个问题进行探讨，希望引起相关的设计和施工人员注意。

1 桩基的分类
按照桩的荷载传递方式，一般将桩基分为端承桩与摩擦桩两种类型。

当桩基础穿透土层后，桩端可以在坚硬土层或者岩层上支承，其上部的荷载主要依靠桩端处坚硬土层或者岩层提供的反力来支承，此时的桩侧摩阻力小到可以忽略不计，这种情况下称为端承桩。

而当土层很厚，桩端无法到达硬土层或者岩层上时，桩的荷载则主要依靠桩身和周围土层之间的摩擦力来承担，此时桩端处土层或者岩层的反力较小，这种情况下的桩被称为摩擦桩。

在实际施工当中，桩往往是介于上述两种类型之间，桩基竖向力由摩擦力和桩端力共同提供，只是两个力所占的比例不同。

2 桩基竖向力产生的原因和机理
桩和土之间的位移是发挥桩基承载力的必要条件。

通常情况下，桩基的受力特征是：桩基由于受到自重和上部荷载的作用，会向下发生位移，土体在受剪时会形成剪应力，其会随着剪应力的增加而逐渐增大，直到剪应力达到顶点，无法再增加时，剪应力会继续增加，此后荷载将由桩端力提供。

桩和土之间的位移主要由桩基本身的压缩变形、桩底的沉降变形以及桩基周围土体的沉降变形三部分组成。

通常说来，桩基本身自身压缩变形较小，桩底的沉降变形和桩基周围土体的沉降变形则占了大部分比例。

造成桩底的沉降变形的原因，主要是和当前国内的施工方法和施工水平有关。

国内大多采用钻孔桩，因为桩底清孔不彻底，大多会残留5-20厘米厚的渣滓，从而形成软弱层，再加上桩基的自重和上部荷载的作用，使软弱层持续受压发生变形，最终导致桩基下沉。

当然，也有少部分采用的是人工挖孔桩，其桩底清孔比较彻底，桩基沉降量也就相对减小了很多。

3 桩基负摩阻力
3.1 桩和土之间的位移是发挥桩基承载力的必要条件
对摩擦桩来说，就是通过桩和土之间的相对位移所产生的摩阻力来提供桩基自重和上部恒活载。

我们通常在计算桩长时所涉及到的摩阻力，指的是正摩阻力，即桩的沉降大于周围土体的沉降，周围土体对桩产生向上的摩阻力。

但是，作用于桩侧摩阻力的方向是由桩和周围土体的相对位移所决定的。

比如在软土路段，特别是在
桥台路段，深厚软土受到台背路基填土自重以及汽车荷载的双重作用，其桩基周围的软土层会产生压缩变形，从而发生沉降。

一旦其沉降量大于桩基本身的沉降量，周围土体就会对桩基产生向下的摩阻力，也就是我们所说的桩基负摩阻力。

3.2 在设计桩基时，如果不考虑负摩阻力对桩基影响的话，就可能会导致以下后果：
对于摩擦桩，会加快桩基下沉的速度，最终破坏桥梁的上下结构；对于端乘桩，有可能破坏桩身或桩端的地基。

因此，在进行桥梁设计时，必须考虑到负摩阻力给桩基承载力带来的影响。

桩基表面产生负摩阻力主要有以下几种情况：（1）桩基附近的地表面放置有大量荷载，例如桥台后路基填土等，其极易引发地面沉降，产生负摩阻力；（2）地下水位降低，比如抽取地下水等行为，会增加土中有效应力，从而导致土体固结，发生下沉；（3）桩基穿过还未固结的软土或新填土，支承在坚硬土层或者岩层上，受到土体自重的影响，上层土体发生固结；（4）自重湿陷性黄土浸水下沉以及冻土的融陷等。

3.3 负摩阻力的分布范围和计算
通常情况下，负摩阻力并不在整个软弱层内发生。

当桩基周围的软土层压缩下沉，使得桩身表面的正摩阻力慢慢减小，同时在桩顶形成反向摩阻力，在土体继续变形的同时，负摩擦力的范围也会不断下移，而桩侧摩擦力会在某一深度处刚好是零，将其叫作中性点。

在该点处，土体的下沉量要比桩基的下沉量大一些，形成了负
摩阻区。

而在中性点下面，桩基的下沉量就比土体的下沉量大，形成了正摩阻区。

中性点的位置主要受到以下几个因素影响：（1）桩底持力层的刚度。

持力层的刚度越强，中性点越深。

尤其是端承桩，其中性点大多在桩底部位；（2）桩基周围土体的力学性质及其应力历史。

桩基周围土体的压缩性越高，其欠固结度也就越大，土层越厚，中性点的位置也就越深；（3）地下水位降低的幅度和范围。

其数值越大，中性点位置越深；（4）桩的长径比。

其数值越小，截面刚度越大，中性点位置也就越深。

《桩基规范》中对中性点深度和桩长的比值有着明确的说明。

4 嵌岩深度和桩端持力层厚度
在桥梁桩基的设计过程中，往往会遇到两个软弱岩层之间需要穿越一定厚度，且强度很高的岩层的情况。

这种情况下，如果夹层厚度无法承载其厚度要求，就需要钻孔桩穿越夹层，以到达持力层。

这是一个非常考验施工机械与施工进度的过程。

确定桩底基岩的厚度，主要从以下三个条件出发：（1）不考虑桩身周围覆盖的土层侧阻力，在嵌岩灌注桩的周边嵌入完整或较完整的未风化、微风化以及中风化硬质岩体的最小深度，按构造要求0.5米；（2）要求桩底以下3倍桩径范围内没有软弱夹层、洞隙以及断裂带分布；（3）在桩端应力扩散范围内没有岩体临空面。

对于普通的夹层，只要其满足前两个条件就可以作为持力层。

而对岩溶地区桩基，因为岩体形状大多奇特多变，岩溶洞隙的分布也毫无规
律可循，借助当前的勘探手段也无法预先探明其准确位置和大小，直接导致工程工期延长、工程费用增加。

为了保证桩基设计的经济性与合理性，应结合经验值与试算数值，来确定嵌岩深度和桩端持力层的厚度。

5 结束语
综上所述，桥梁桩基的设计是一个相对复杂和繁琐的过程，其在设计时必须考虑到桥梁桩基的受力机理、桩基承载力的计算、桩基的负摩阻力以及嵌岩深度等各方面的因素，综合予以分析和计算，从而科学、合理的进行桩基设计。

只有如此，方能在提高桥梁安全、降低工程造价、增加桥梁耐久性等方面做出积极的贡献。

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