淺析橋梁樁基礎(chǔ)的設(shè)計(jì)與施工要點(diǎn)
2016-11-21
在橋梁建設(shè)的過(guò)程中，樁基的設(shè)計(jì)與施工是關(guān)乎橋梁質(zhì)量的基礎(chǔ)性工作。一般情況下，在進(jìn)行橋梁樁基的設(shè)計(jì)過(guò)程中，要進(jìn)行前期的樁基承載力的計(jì)算，研究其中的受力機(jī)制及施工深度和阻力，只有從整體上將樁基設(shè)計(jì)的各個(gè)環(huán)節(jié)聯(lián)系起來(lái)，才能降低工程造價(jià)的成本，保證橋梁樁基設(shè)計(jì)的安全性能。
1 橋梁樁基礎(chǔ)的承載力設(shè)計(jì)與施工要點(diǎn)
1.1 設(shè)計(jì)要點(diǎn)
1.1.1 一般情況下，橋梁建設(shè)的關(guān)鍵在于橋梁樁基承載力的計(jì)算。只有嚴(yán)格控制橋梁樁基的承載力，才能保證橋梁建設(shè)的質(zhì)量。當(dāng)橋梁樁基承載力計(jì)算過(guò)小時(shí)，會(huì)降低橋梁的質(zhì)量，從而增大事故發(fā)生的風(fēng)險(xiǎn)，進(jìn)一步危害人民大眾的生命財(cái)產(chǎn)安全，當(dāng)橋梁樁基承載力計(jì)算結(jié)果過(guò)大時(shí)，會(huì)造成不必要的資源浪費(fèi)，在一定程度上不符合綠色環(huán)保建設(shè)的理念，也不利于承建單位實(shí)現(xiàn)利益最大化的目標(biāo)。
1.1.2 我國(guó)頒布的《公路橋梁地基與基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范手冊(cè)》中對(duì)橋梁樁基承載力的計(jì)算有明確的規(guī)定，結(jié)合我國(guó)特殊的建設(shè)地理環(huán)境，制定了橋梁樁基承載力計(jì)算公式：[P]=（C1A+C2Uh）Ra。式中：C1、C2是對(duì)橋梁樁基承載力計(jì)算過(guò)程中確定系數(shù)的規(guī)定，主要是指在計(jì)算橋梁樁基承載力的過(guò)程中要綜合考慮巖石的特殊性質(zhì)比如巖石的破碎程度、清孔的具體情況；h代表了橋梁樁基嵌入基巖的深度；Ra是巖石的抗壓強(qiáng)度；A代表了樁底的橫截面的總面積；U是周長(zhǎng)長(zhǎng)度，在具體的計(jì)算過(guò)程中指的是直徑。
1.1.3 根據(jù)計(jì)算公式的分析，不難發(fā)現(xiàn)：橋梁樁基承載力的計(jì)算的各個(gè)環(huán)節(jié)是相互聯(lián)系相互作用的。尤其是樁底嵌入基巖的深度和巖石的強(qiáng)度及承載力都是密切相關(guān)的，而且在橋梁樁基的建設(shè)過(guò)程中一定不能忽視巖石破碎程度的研究，簡(jiǎn)單來(lái)講，巖石的破碎程度直接影響著樁基的承載力大小?？v觀傳統(tǒng)橋梁建設(shè)的理念，只有當(dāng)“端承樁”等同于嵌巖樁時(shí)，此公式的實(shí)用性會(huì)比較高。
1.2 施工要點(diǎn)
1.2.1 在實(shí)際的橋梁建設(shè)過(guò)程中，不得不考慮其他的影響因素，比如在具體的施工過(guò)程中，巖石的強(qiáng)度達(dá)不到橋梁樁基的要求、在鉆孔的過(guò)程中不注意清孔的問(wèn)題，導(dǎo)致遺留較多的殘?jiān)?，使得建設(shè)中的樁基容易發(fā)生位移。此外，橋梁樁基的建設(shè)一定會(huì)產(chǎn)生摩擦力，這種摩擦力或多或少都會(huì)對(duì)樁基承載力產(chǎn)生不利的影響，對(duì)此，不能將橋梁樁基的建設(shè)在不加考察的情況下統(tǒng)統(tǒng)視為“端承樁”的施工對(duì)象。只有嚴(yán)格考察施工環(huán)境，達(dá)到最理想狀態(tài)的時(shí)候，此公式才具有實(shí)用價(jià)值與實(shí)施價(jià)值。
1.2.2 公式中h的內(nèi)涵并沒(méi)有包含風(fēng)化層情況下，樁嵌入基巖的深度。在具體的施工過(guò)程中，不管風(fēng)化層的強(qiáng)度如何，不管風(fēng)化層的破碎程度如何，橋梁的樁基必須要嵌入到最新的基巖上去的做法是不妥的。最好是將橋梁樁基嵌入到比如花崗巖等強(qiáng)風(fēng)化硬質(zhì)巖上，才能真正意義上保證橋梁樁基的承載力。
1.2.3 在具體的施工過(guò)程中，一定要根據(jù)施工環(huán)境進(jìn)行設(shè)計(jì)，要將巖石的風(fēng)化程度、深度考慮到樁基承載力的計(jì)算中來(lái)，從根本上保證橋梁樁基計(jì)算數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性，是實(shí)現(xiàn)橋梁建設(shè)質(zhì)量的根本所在。一般來(lái)看，實(shí)際的橋梁樁基承載力都要遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于計(jì)算的結(jié)果，這種情況會(huì)增加工程項(xiàng)目的施工時(shí)間，導(dǎo)致大量人力資源與財(cái)力資源的浪費(fèi)，在根本上加大了施工量，不利于施工單位利益最大化目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)。
2 橋梁樁基礎(chǔ)的沉降問(wèn)題設(shè)計(jì)與施工要點(diǎn)
2.1 設(shè)計(jì)與施工思路
一般而言，隨著時(shí)間的推移，不管橋梁樁基的穩(wěn)定性多好，都會(huì)出現(xiàn)情況不等的沉降情況。導(dǎo)致橋梁樁基出現(xiàn)沉降現(xiàn)象的因素很多，因此在解決橋梁樁基沉降問(wèn)題時(shí)是比較復(fù)雜的。橋梁樁基的沉降是很難通過(guò)外部肉眼觀察出來(lái)的，也很難通過(guò)機(jī)器設(shè)備對(duì)樁體周圍土體應(yīng)力變化檢測(cè)出來(lái)，一定程度上增加了檢測(cè)橋梁樁體沉降現(xiàn)象的難度，但是還是可以從土體中樁基體的觀察中發(fā)現(xiàn)一些規(guī)律。
2.2 設(shè)計(jì)與施工要點(diǎn)
2.2.1 從時(shí)間的維度上來(lái)看，橋梁樁體的沉降是有一定時(shí)間的規(guī)定性的。通過(guò)觀察對(duì)比與歸納分析，橋梁樁體沉降一般需要8～10年的時(shí)間，沉降的速度一般為每年7mm左右。這些數(shù)據(jù)都可以直觀地反映橋梁樁基的沉降是有時(shí)間規(guī)定的，簡(jiǎn)單來(lái)講，可以根據(jù)時(shí)間這個(gè)維度來(lái)對(duì)橋梁樁基的沉降做一個(gè)大致的判斷。
2.2.2 從土力學(xué)的理論維度出發(fā)，也可以判斷橋梁樁基的沉降情況。一般來(lái)講，土力學(xué)原理對(duì)橋梁樁基的沉降包括兩個(gè)方面：固結(jié)變形和土體的流變。樁基礎(chǔ)沉降的第二特征表現(xiàn)為刺入變形，根據(jù)對(duì)具體橋梁樁基的觀察與研究，我們可以提出以下的結(jié)論：刺入變形是導(dǎo)致橋梁樁基沉降的主要原因，當(dāng)橋梁樁基出現(xiàn)沉降問(wèn)題時(shí)，就比如會(huì)導(dǎo)致刺入變形。值得注意的是，一般要嚴(yán)格控制實(shí)驗(yàn)時(shí)間，不能無(wú)限制的延長(zhǎng)實(shí)驗(yàn)時(shí)間，只有在較短的實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，才能保證實(shí)驗(yàn)的效果。
2.2.3 在具體的橋梁樁基沉降的過(guò)程中，“非線性”是橋梁樁端附近土體和樁基兩側(cè)的最主要表現(xiàn)形式。導(dǎo)致土體出現(xiàn)塑性的原因多種多樣，不僅僅局限于樁基承載力超過(guò)一般范圍的情況。另外，還可以通過(guò)對(duì)樁側(cè)摩擦阻力的測(cè)驗(yàn)得出以下結(jié)論：摩擦阻力與橋梁樁基的相對(duì)位移成正比。橋梁樁基位移越嚴(yán)重，摩擦阻力越大。當(dāng)相對(duì)位移達(dá)到極限值時(shí)，樁基的摩擦阻力也就達(dá)到了極限，從而出現(xiàn)滑動(dòng)位移。
2.2.4 相對(duì)位移的極限值是彈性位移，相關(guān)部門(mén)也對(duì)彈性位移的范圍做了明確的規(guī)定：3～6mm之間。以細(xì)長(zhǎng)樁為例，一般樁基的承載力不高，在彈性壓縮的情況下，樁基周圍土層是超過(guò)極限值的，這種情況就容易導(dǎo)致相應(yīng)滑移現(xiàn)象的產(chǎn)生。隨著承載力的加重，滑移區(qū)域也會(huì)隨之?dāng)U大。綜上所述，土體變形和固結(jié)的徐變是產(chǎn)生橋梁樁基變形的根本原因。3 橋梁樁基礎(chǔ)的樁端持力層厚度及嵌入巖層深度設(shè)計(jì)與施工要點(diǎn)
3.1 設(shè)計(jì)與施工思路
在進(jìn)行樁基的設(shè)計(jì)過(guò)程中，要充分考慮施工環(huán)境及巖石層的狀況。一般情況下，樁基的施工過(guò)程中會(huì)穿過(guò)不同質(zhì)地的巖層，當(dāng)需要穿過(guò)高強(qiáng)度的巖層時(shí)，夾層的厚度不在樁基的承載范圍內(nèi)時(shí)，就需要用到鉆孔樁來(lái)實(shí)現(xiàn)巖層的穿越，才能夠保證持力層的出現(xiàn)。持力層的保證是構(gòu)建在施工進(jìn)度之上的，也對(duì)施工技術(shù)人員提出了嚴(yán)格的施工要求。
3.2 設(shè)計(jì)與施工要點(diǎn)
3.2.1 將土層側(cè)阻力因素排除在外時(shí)，可以在橋梁樁基的周圍嵌入最小深度的硬質(zhì)巖體。一般情況下，嵌入的硬質(zhì)巖體必須是相對(duì)完整且未風(fēng)化或者是風(fēng)化程度較小的硬質(zhì)巖體，其他情況下的硬質(zhì)巖體是不符合要求的。在具體的施工過(guò)程中，要嚴(yán)格按照0.6米的構(gòu)建要求，保證橋梁樁基直徑范圍內(nèi)沒(méi)有斷裂帶、洞間隙或者是巖石軟弱夾層的分布。
3.2.2 在橋梁樁端的應(yīng)力擴(kuò)散范圍內(nèi)，盡可能地避免巖體臨空面的出現(xiàn)。在一般的巖石夾層的情況下，只要滿足以上兩種要求即可。在有些巖溶地區(qū)進(jìn)行橋梁樁基的設(shè)計(jì)與施工的過(guò)程中，由于巖體的不規(guī)則分布及巖層性質(zhì)的紛繁復(fù)雜，沒(méi)有一些規(guī)律可循，在一般的勘探手段下也不能對(duì)巖層的厚度、風(fēng)化層度、易破碎度進(jìn)行考察，在一定程度上增加了橋梁樁基設(shè)計(jì)和施工的難度，也給施工單位增加了工程量，使得橋梁建設(shè)不能如期竣工。對(duì)此，要保證橋梁樁基設(shè)計(jì)的科學(xué)性、經(jīng)濟(jì)性及合理性，就不能僅僅依靠計(jì)算公式得來(lái)的相關(guān)數(shù)據(jù)，而是要根據(jù)橋梁樁基設(shè)計(jì)與建設(shè)的施工環(huán)境實(shí)事求是地確定樁端持力層和嵌入巖層深度的厚度值，從而在整體上保證橋梁樁基的質(zhì)量。
4 橋梁樁基礎(chǔ)的樁基配筋設(shè)計(jì)與施工要點(diǎn)
4.1 設(shè)計(jì)與施工思路
從理論上出發(fā)，要對(duì)橋梁樁基各個(gè)面的配筋進(jìn)行合理科學(xué)的計(jì)算和設(shè)計(jì)。一般情況下，可以根據(jù)有效的公式或者方式方法對(duì)樁基的內(nèi)力進(jìn)行一個(gè)準(zhǔn)確的計(jì)算。在具體的計(jì)算過(guò)程中，值得注意的是要將樁身彎矩的主要特征納入到考慮范圍中來(lái)：波形曲線是樁身發(fā)生彎矩時(shí)的主要分布規(guī)律，是從樁身的頂端向下衰減的過(guò)程，一旦出波形曲線，衰減現(xiàn)象非常之快。
4.2 設(shè)計(jì)與施工要點(diǎn)
根據(jù)具體的研究分析，在第一個(gè)非完整波形范圍之內(nèi)，樁身會(huì)發(fā)生最大的彎矩現(xiàn)象，這個(gè)最大的彎矩現(xiàn)象一般會(huì)出現(xiàn)在地面向下3米的位置處。其設(shè)計(jì)與施工要點(diǎn)如下：
4.2.1 在最大彎矩處進(jìn)行鋼筋的布筋操作。通常會(huì)用一個(gè)錨固定位置，沿著樁的上部到最大的彎矩處，這樣可以減少至少一半的筋比，當(dāng)彎矩為零下的時(shí)候，可以用錨固定位置，再下可以用素混凝土進(jìn)行固定，在具體的施工過(guò)程中，如果遇到軟土層，那么樁主筋一定要穿過(guò)軟土層。
4.2.2 可以將樁基的主筋伸到樁底。通過(guò)兩種方式方法的對(duì)比，前者的優(yōu)越性明顯高于后者，但還是要根據(jù)現(xiàn)實(shí)的施工環(huán)境來(lái)決定，綜合考慮各種因素，從而做出最科學(xué)的、更合理的決策。另外，當(dāng)樁底出現(xiàn)斷樁現(xiàn)象時(shí)，可以對(duì)鋼筋進(jìn)行籠撥，進(jìn)行原孔再鉆的操作，在整體上降低扁擔(dān)樁出現(xiàn)的概率。但是，綜合各種因素，第二種配筋方法可以在一定程度上減少橋梁樁基的施工難度，從而保證橋梁如期竣工，也能夠在一定程度上保證橋梁的質(zhì)量。
5 結(jié)語(yǔ)
綜上所述，只有嚴(yán)格把握和控制橋梁樁基設(shè)計(jì)與施工過(guò)程中的重難點(diǎn)問(wèn)題，才能不斷提高我國(guó)橋梁建設(shè)的能力水平，只有準(zhǔn)確計(jì)算橋梁樁基的承載力，嚴(yán)格把握樁基的沉降問(wèn)題、對(duì)樁端的持力層進(jìn)行系統(tǒng)的把握分析及實(shí)事求是地采取合理的樁端配筋方法，從整體上把握橋梁樁基的設(shè)計(jì)和施工的重難點(diǎn)問(wèn)題，才能保證橋梁建設(shè)的質(zhì)量，降低安全事故的發(fā)生概率，從而不斷提高我國(guó)橋梁建設(shè)的能力與水平。
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