巖石地區橋梁工程擴大基礎與樁基礎對比分析

王兵

摘要：隨著我國交通基礎建設的迅速發展與興建，各地區橋梁建設日益增多。工程規模大、建設速度快、投資高的特點，對橋梁結構基礎的設計與施工要求越來越高。橋梁結構的基礎類型設計與施工方法的選擇，不僅關系到工程造價的高低、工期的長短，而且還關系到施工的難易程度甚至結構物的成敗，因此橋梁結構基礎選型至關重要。本文針對巖石地區常用的兩類基礎結構型式：擴大基礎和樁基礎，從橋梁結構基礎的受力特點、施工工序、經濟性方面，對比分析了巖石地區橋梁工程擴大基礎與樁基礎各自的特點，為橋梁工程基礎設計選型與施工提供了一定的參考依據。

【關鍵詞】巖石地區；橋梁工程；基礎

1.工程實例

1.1橋梁基本參數

某橋梁上部結構采用3x30m預應力混凝土先簡支后連續箱梁，橋面半寬度為13.5m，梁高1.6m，蓋梁高度1.6m，寬度1.9m，橋墩高度13.5m，直徑1.6m。橋梁基礎結構型式選用擴大基礎和樁基礎進行對比分析。

其中，擴大基礎尺寸：襟邊寬度1.0m，分兩層，基礎底面橫橋向長度12.5m，順橋向長度5.6m。

1.2工程地質資料工程地質自上而下如下：

①層雜填土：灰褐色為主，松散，稍濕，粘性土為主，夾少量碎石、碎磚塊。層底標高4.12m。

②層粉質黏土：灰黃色夾灰白色，可塑，含石英礫石，層底標高3.35m。承載力基本容許值[fa0]=210kPa，qik=80kPa；

③層中風化片麻巖：青灰色，鱗片粒狀變晶構造，片麻狀構造巖石結構完整，[fa0]=1000kPa，qik=300kPa。巖石的飽和單軸抗壓強度frk標準值為26.12MPa，巖體質量等級Ⅳ級，屬于較軟巖，局部為堅硬巖。

實例中巖石埋深較淺，橋墩處原地面標高4.920，巖石埋深1.57m。樁頂或擴大基礎頂面標高4.42m，樁底標高-5.58m，樁基嵌入③層中5D（D為樁基直徑），擴大基礎底面標高2.42m，持力層位于③層中風化片麻巖。

2.受力特點分析對比

擴大基礎或稱明挖擴大基礎，屬于淺基礎，承受墩柱傳來的上部結構荷載，并通過底板直接傳遞給地基基礎。橋梁結構上部結構傳來的荷載往往較大，在擴大基礎截面突變位置，容易產生比較大的彎曲拉應力和剪應力，因此一般采用柔性擴大基礎，即在基礎內配置足夠的鋼筋，防止基礎在薄弱處產生裂縫或者斷裂。柔性擴大基礎實際受力是承受彎矩和剪力的共同作用，在外荷載作用下，基礎可能產生以下破壞形式：彎曲破壞：當地基反力產生的彎曲應力超過基礎的抗彎強度時，則發生此類破壞。沖切破壞：在上部荷載與地基反力作用下，基礎發生從柱邊沿45°角到基礎底部的穿透沖切角椎體破壞，其破壞機理就是破壞面上的主拉應力超過了該截面的抗拉強度。

剪切破壞：基礎反力在柱子或基礎變截面處的豎向界面產生較大的剪力，則發生此類破壞。通常巖石地基具有較高的承載力和抵抗變形的能力，巖石地基上擴大基礎所需要的底面積較小，抗沖切能力能滿足規范要求，而基礎高度主要由抗剪切承載力控制。樁基礎屬于深基礎，將樁頂傳來的荷載傳遞到深部較堅硬的、壓縮性小的土層或巖層。巖石地區的樁基一般為嵌巖樁，即樁端嵌入巖體的樁。

嵌巖樁由于基巖強度高，壓縮性極小，樁可提供很高的承載力，同時嵌巖樁沉降也很小，因而在橋梁工程中得以廣泛運用。在工程實踐過程中，有些設計者認為嵌巖樁均為端承樁，只具有端阻力，不考慮土層側阻力，這種計算模式與許多工程實際不符。其實對于不同工程地質條件，樁的幾何尺寸及成樁工藝，嵌巖樁表現出不同的承載性狀。對于樁端為基巖，樁周土不太弱的情況且長徑比L/D>35的嵌巖樁，樁側阻力是不容忽視的，這一點已被大量現場試驗結果所證明。

擴大基礎比樁基與土體的接觸面積更大，所以單位面積對土體的作用力較小，能承受較大荷載，對土層強度要求低，穩定性好、埋深較淺，施工簡便，因此在埋深較淺的巖石地區，優先選用擴大基礎。而在巖石埋深較深的地段，尤其是當上部覆蓋軟弱土層時，通常需要對地基進行加固處理才能達到承載力、沉降等要求，相反采用嵌巖樁會取得良好的效果。

3.施工工序對比

巖石地區擴大基礎通常情況下采用機械開挖，人工配合方案，一般施工工序為：測量定位→基坑開挖→基底檢查處理報驗→安裝模板→綁扎鋼筋→基礎混凝土澆筑→脫模養生?；娱_挖過程中容易出現基坑坑壁坍塌、基礎滑移或傾斜等事故。

常用的嵌巖樁成孔方法有：沖孔法、回旋鉆法、旋挖鉆法、潛孔錘法。一般施工工序為：測量定位→護筒設置→鉆機就位→鉆孔→清孔→鋼筋籠制作及吊裝→下導管→二次清孔→灌注混凝土→成樁。樁基礎施工過程中容易產生孔壁坍塌、斜孔、卡錘、沉渣過厚、灌注混凝土時鋼筋籠上浮等問題。相比擴大基礎施工，樁基礎施工工序多，產生質量、安全問題的因素復雜。

本實例中，巖石屬于中風化片麻巖，由于巖狀多為傾斜，樁基礎施工過程中，經常出現斜孔、卡錘等現象，因此采用樁基施工難度大，耗時長，樁基成孔時間通常需要15～20d；選用擴大基礎基坑開挖通常需要4～6d，不僅能充分發揮地基的承載能力，而且減少了時間成本，帶來了極大便利。

4.經濟性對比

根據實例中基礎的尺寸參數、工程地質，進行結構驗算和配筋計算后，對比擴大基礎與樁基礎的經濟指標。

根據《公路工程預算定額》（JTG/T B06-02-2007），結合擴大基礎與樁基礎的土石方量、混凝土用量、鋼筋用量等情況，對比分析兩種基礎的經濟性。其中，擴大基礎C30混凝土用量為115.3m3，鋼筋用量3.8t；樁基礎（2根）C30混凝土用62.8m3，鋼筋用量5.0t。

通過表1的對比可知，在淺層巖石地區，擴大基礎比樁基礎更為經濟，前者相比后者費用節省7012元左右，因此在此類情況下，優選采用擴大基礎。

5.結束語

通過對比巖石地區橋梁擴大基礎與樁基礎的受力特點、施工工序和要點，以及經濟性，得出在淺層巖石地區，擴大基礎相比樁基礎更合理，基礎埋深淺、穩定性好、施工工序簡便、經濟性較好、周期短的特點。當巖石上部覆蓋較厚的土層時，樁基礎相比擴大基礎更佳，樁端直接嵌入巖石層，穩定性高、沉降小，并且具有較高的承載能力。

【參考文獻】

[1]橋梁群樁基礎抗震簡化計算模型的適用性研究[J]. 張永亮，王培山，陳興沖. 鐵道學報. 2015（02）

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