橋梁樁基礎的設計與施工要點分析

唐艷輝

(廣東省長大公路工程有限公司， 廣東 廣州 511431)

0 前言

隨著近幾年國家政策的出臺，國民經濟生產總值的飛速增長對交通基礎設施的需求也不斷提升。橋梁作為跨越河流、山谷等交通障礙的主要建筑物，伴隨著人類發展歷史，一方面橋梁技術的發展推動了人類發展的腳步，另一方面人類技術的提升也促進了橋梁建造技術的進步。國內很多地方為加快地區經濟發展，方便交通出行開始修筑橋梁。橋梁結構所處的使用環境一般是河流區域，在建筑規范里面屬于潮濕環境，而且橋梁基礎底部所處地層大多復雜，巖層、泥沙層等材料物理力學參數差別較大，這提高了對橋梁基礎的強度、剛度的要求。根據相關統計結果表明：2007年到2012年短短幾年時間內全國就發生橋梁坍塌事故多達十幾起，共有110多人受傷，140多人死亡，近20多人失蹤?？紤]到在常用的基礎中橋梁主要采用樁基礎，因此保障強梁樁基礎在使用壽命內的安全可靠性顯得極為重要。本文將從橋梁樁基礎的設計方面和施工方面針對橋梁樁基礎的安全可靠性分別進行討論。

1 橋梁樁基礎的設計要點

1.1 巖溶地區的橋梁樁基礎

對于處在巖溶地區的橋梁結構來說，不同樁因位置不同地質條件不同帶來的差別較大，為方便說明問題，本文將從摩擦樁、嵌巖樁兩種形式進行討論。

1）摩擦樁。當實際橋梁樁基設計工況面臨較差的持力層，持力層內含有較多溶洞，巖溶發育區較廣導致持力層底板強度不夠時，可以對填土的厚度、密實度進行分析，當填土的密實度足夠時，可考慮將橋梁樁基設計成摩擦性樁。樁基設計過程中假設樁基自身混凝土結構與巖石膠結程度較好，充分考慮樁身與巖石之間的摩阻力所提供的樁基承載力。忽略樁端土的承載力，因為樁端位置較深，巖層內部縫隙中地下水的存在會導致樁端沉淀土的存在。同時進行樁基設計時還要考慮摩擦性樁的負摩阻力。較厚的土層相對應樁身向下沉降，有負向變形時，對樁身的負摩阻力較大，需計算分析。

2）嵌巖樁。首先是嵌巖樁底部持力層厚度的確定；為確保橋梁樁端傳力路徑安全穩定，一般工程設計中會將樁端位置設置在巖溶發育區、溶洞層的下面，利用強度較高的基巖作為橋梁樁基的持力層。但是由于工程自身地質條件限制，橋梁樁基的樁端難以穿越巖溶發育區，此時只能考慮巖溶發育區的上部巖層為持力層，因此必須正確的計算持力層的承載力能否滿足橋梁樁基設計需求。其次是通過巖溶發育區的上部巖層所受彎矩對其自身厚度進行強度演算；考慮到持力層的相對完整，強度較大，洞間距大于三倍橋梁樁基時一般需進行受彎驗算。持力層最小厚度參考下面公式1。

式中：M為持力層所受彎矩，KN·m，根據持力層巖石的邊界約束情況分下面幾種類型：（1）持力層頂板周邊完整，頂板中間存在縫隙，此時考慮為懸臂梁結構，其中彎矩M按照M=0.5qL2+PL計算。（2）持力層頂板周邊存在縫隙，頂板中間完整，此時考慮為簡支梁結構，其中彎矩M按照M=0.125qL2+0.25PL計算。

（3）持力層頂板周邊以及頂板都完整時，考慮固端梁結構，其中彎矩M按照M=0.083qL2+0.175PL計算。其中P為樁端傳來的集中荷載，單位KN，L為頂板的跨度，單位m。最后，按照剪切應力大小對持力層厚度進行演算。洞間距小于三倍橋梁樁基時一般需進行剪切應力檢驗。計算公式見公式2.

在實際橋梁建筑工程中，要根據樁端持力層以及頂板完整性分別選取不同的計算公式進行演算，無縫隙完整性較好的考慮固端梁結構計算，有縫隙完整性較差的考慮簡支梁結構。

1.2 凍土地區的橋梁樁基礎

1）凍脹地區的樁基礎設計應該考慮凍脹土的影響。其影響主要是凍脹力的作用，當土體凍結就會發生體積膨脹現象，如果此時橋梁樁基位于凍脹土范圍內，就會承受凍脹土的額外作用力。一旦凍脹土的問題沒有合理解決，將可能引起樁基與承臺的斷裂破壞。因此應該在考慮凍脹力的情況下進行橋梁樁基的抗拉計算以及穩定性校核。

2）近幾年全球變暖問題日益突出，當橋梁工程所處的凍脹土地區溫度發生突變，大幅度上升導致凍脹土解凍，成為非凍脹土。如果再橋梁樁基設計時沒能考慮這個問題，凍脹土地基承載力的突變將可能引發樁基沉陷、橋梁斷裂等嚴重后果。因此在橋梁樁基設計時應該根據凍土性質進行分部考慮，如下表1所示。。

表1 不同凍土類型樁基礎承載力計算

2 橋梁樁基礎的施工要點

2.1 巖溶地區的橋梁樁基礎

1）實際工程中厚度較大的上部覆蓋土層往往是土質松散、密實度較差，或者是粉質粘土、粉土等高含水量的粘性土，這種類型土層在受到較大動荷載或者外力擾動時容易發生液化失去承載能力。當此類土層中進行施工時，遇上地下水埋深較小的情況就會發生塌孔現象，因此為避免這種問題的出現，應該增大泥漿用量，保證泥漿量能起到保護孔壁穩定性的作用。當施工進行到最后終孔階段時應該及時進行泥漿稀釋，保證后續的清孔工作順利開展。

2）在鉆孔過程中要加強護壁工作，因為巖溶區的孔隙較多，透水性好，鉆孔中的泥漿極容易沿著巖層孔隙滲透到其他區域。當橋梁樁基達到設計標高時，應樁端底部進行檢測，對于出現溶洞的情況應繼續鉆進，并清空溶洞注入標號為C25的混凝土，保證樁端底部的承載力，同時減小橋梁樁基的沉降變形，避免不均勻沉降現象的發生。

3）在樁基鉆孔施工過程中，應時刻監控鉆機的鉆進速度，實際施工中為保證鉆孔的穩定性，易保持穩定的鉆井速度。當鉆機的鉆井速度突然變慢時應立即停鉆，檢查是否發生卡鉆問題，當鉆井速度突然增大時應檢查鉆孔方向是否偏離預定持力層。

4）為保證橋梁樁基的可靠性，墩臺基礎的施工應該加強動態設計工作。對于施工的每一根樁要做好鉆進過程數據記錄、突發情況記錄等，對于鉆孔坍塌、鉆進速度突變等問題進行詳細說明，并以書面報告交付設計、施工方。當工程項目的各個參與主體簽字同意后才可以完成終孔。

2.2 凍土地區的橋梁樁基礎

1）在進行樁基鉆孔時應該在土層中配置鋼結構保護筒，并在筒壁外表面涂抹渣油。對于連接樁基和承臺的鋼筋應該做好質量檢查，做好錨固措施，以確保連接鋼筋的拉結作用。

2）鉆孔施工工作必然會引起孔壁周圍凍土升溫融化，施工結束后又繼續凍結。而凍結的時間和凍結程度將會影響樁基施工工期和土層的承載力。因此必須選擇一種合理的施工工藝，盡可能的減小對凍脹土的擾動影響。根據具體施工環境的不同可以考慮干法鉆孔、濕法鉆孔兩種工藝。

3 結語

針對不同施工工況的橋梁工程，要分巖溶區和凍脹區兩種情況對待，并從設計和施工兩個方面分別采取措施確保橋梁樁基礎的使用可靠性。