马晗
聊城华鑫公路勘察设计有限责任公司 山东聊城 252000
摘 要：在公路桥梁设计过程中，桩基设计对于整个桥梁的质量具有十分重要的影响。桥梁往往都承担着巨大的载荷，而基桩是桥梁承载能力的基础和保证，直接关系到桥梁施工能否如期完成以及桥梁的工程造价。本文对公路桥梁桩基设计中应该注意的一些问题进行了探讨。
关键词：公路桥梁；桩基设计；承载力
1．桩基的作用及特点
1.1如果遇到地下水位较高或者水下施工时，首先就应该考虑用桩基础对地基进行处理，这样可以使工程具有较好的经济性。
1.2因为桩基础具有较大刚度，所以它会保证上部建筑物发生较小的沉降，同时也可以使其能够均匀的变形，可以更好地满足其使用要求。
1.3经过周围介质与桩基间的相互接触、摩擦，可以使上覆荷载传递给桩体周围的土体或基础，减轻所产生的压力。从而进一步为上部建筑物起到一定的支撑作用，对其稳定性起到了良好的保证。
1.4因为桩基具有较大的抗拔能力和侧向刚度，所以它能够抵抗倾覆力矩和水平力，同时还能够有效地减轻地震所带来的影响，对建筑物的安全起到了保护的作用。
1.5如果遇到了地基液化的情况，首先可以将桩穿过液化土层，使其能够稳定地层，这样就可以减轻或消除液化土对建筑物所造成的伤害，还可以保证建筑物在遇到各种荷载或者地震条件影响下的安全性。
2．正确区分端承桩和摩擦桩等桩基类型
一般情况下，上覆土层的侧阻力是可以发挥的，而且随着长径比l/d的增大，侧阻力也相应增大；只有短粗的人工挖孔嵌岩桩，端阻力先于土层侧阻力发挥，端阻力对桩的承载力起主要作用，属端承桩。对l/d>15－20的泥浆护壁钻(冲)孔嵌岩桩，无论是嵌入风化岩还是完整基岩中，桩侧阻力均先于端阻力发挥，表现出明显的摩擦型。对于l/d≥40，且覆盖土层不属于软弱土，嵌岩桩端的承载作用较小，此时桩基受力状态为摩擦桩，桩端嵌入强风化或中风化岩层中即可。在某些地区，泥质软岩嵌岩灌注桩l/d>45时，嵌岩段总阻力占总荷载比例小于20%；l/d>60时，嵌岩段端阻力占总荷载比例小于5%。究其原因，一方面由于嵌岩桩桩身的弹性压缩，导致桩顶沉降，这个弹性压缩量引发了桩周土体的剪应力，也即是土对桩的摩阻力。另一方面，钻孔桩的孔底残留的沉渣，形成一个可压缩的软垫，至使桩底也会产生沉降，这一沉降和上述桩本身的压缩导致桩身与土体、嵌岩段桩身与岩体产生相对位移，从而产生侧阻力。而这种桩身弹性压缩和桩底沉降是随着长径比l/d的增大而增大的，因而导致摩擦力和侧阻力的增大。
同时，传递到桩端的应力也随嵌岩深径比hr/d的增大而减小。当hr/d>5时传递到桩端的应力接近于零；但对泥质软岩嵌岩桩，hr/d=5－7时，桩端阻力仍可占总荷载的5%～16%。
由此可见，端承桩和摩擦桩的区分，不能单纯从是否嵌岩来区分，要考虑上覆土层的性质和厚度、桩长径比、嵌入基岩性质、嵌岩深径比和桩底沉渣厚度等因素。
3. 科学计算桩基承载力
桩基承载力的计算是桥梁设计的重要内容。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆关于承载力的计算公式，《公路桥涵地基与基础设计规范》给出了明确的规定：支承在基岩上或嵌入基岩内的钻(挖)桩，其单桩轴向受压容许承载力[P]，可按下式计算：
[P]=（C1A+C2Uh）Ra
Ra-天然湿度的岩石单轴极限抗压强度
h-桩嵌入基岩深度，不包括风化层
U-桩嵌入基岩部分的横截面周长，按设计直径计算
A-桩底截面面积
C1、C2-根据清孔情况、岩石破碎程度等因素确定的系数
从上面的计算公式可以看出，桩底位置的岩石强度以及嵌入基岩的深度的大小直接决定嵌岩桩的单桩轴向受压容许承载力，同时还要考虑钻孔的清理情况以及岩石破碎程度。只有按照传统观念，嵌岩桩就是端承桩，这个公式才比较适用。而在实际中，还存在着钻孔存在残渣或者是桩底的岩石强度不够，桩底由于残渣的作用而发生纵向的位移，桩基在很大程度上存在着摩擦力，很难成为真正的端承桩。因此这个公式在实际中只能在理想状态下才比较适用。
公式中对“h”的要求是“桩嵌入基岩的深度，不包括风化层”。通常的理解是桩必须嵌入新鲜基岩，而不论其上面风化岩层的强度如何。有的强风化硬质岩（如花岗岩），其极限强度往往大于极软岩新鲜岩的强度。说明一般硬质岩的微弱风化层、甚至强风化层的强度都相当高，不考虑这些层次的嵌岩深度，一律要求嵌入新鲜基岩是不妥的。按照这个原则，在风化层很厚的情况下，桩基嵌岩很深。在设计上，必然导致计算承载力[P]远小于实际极限承载能力P；在施工上，则会导致工程量的增大，工期的延长。
工程试验证明，当岩面较平整，桩的嵌岩深度h>2d时，桩侧嵌固力约占总荷载50%以上。随着嵌固深度增加，承载力也随之增大。但嵌固深度h>3d时，承载力增长不大。公式中没有对h规定限值，也没有随h值增大而设定相关的折减系数。因此，在桩基设计实践中，当桩基承载力需要通过较大的嵌岩深度来提高时，不妨考虑加大桩径。
4. 因地制宜的桥梁防撞设计
1.主动防撞设施：
红白相间标志，桥梁下弦标高警示；雾天黄灯；雷达；远红外监视高频甚高频电话声讯提醒；激光（或红外）测距声光报警；GPS卫星导航区域系统等。它们投资较少，但须设立监控系统、监控柜或监控室等，进行日常维护管理。
2.被动防撞措施：
2.1直接构造（有人称作缓冲设施）的力学原理巧妙一些，它通过消减船撞力和加强桥墩等措施，利用桥墩水平抵抗力，便能够抵受住船舶的撞击，不需另行构筑“墩外墩”或只建设较少的工程构造，因而节省投资。由于消减了船撞力，可以在保护桥的同时也保护船，因此也保护了环境，促进社会和谐。
2.2间接构造：墩外墩的原理是：船在撞向桥墩时，先撞到“桥墩外的防撞墩”，防撞墩吸收船舶的一部分或全部动能。如果是吸收了全部动能则船停住了，不再撞向桥墩；如果防撞墩仅吸收一部分动能，则船舶减速或转向，转向后不撞向桥墩或带有剩余动能的船撞向桥墩时不致撞塌桥墩，也是设计成功。但是墩外墩的设置需要自然条件，即水不太深，墩的建造成本就不会太高，否则在墩外建设一个水平抗力大于桥墩，宽度还需大于桥墩的墩外墩，其造价是很高的。
5.减少桥梁共振效应设计
为了减轻桥梁的共振效应，在桥中设立减震器非常重要，其作用是干扰共振波。干扰共振波可有效地防止振动波的不断加强，不管振动持续多长的时间或是何种振源。减震技术通常与惯性有关。例如，如果桥梁采用实心道路，共振波可以很容易地传遍整个桥长。而如果桥的道路由不同的截面构成并采用叠放的板相连，那么一个截面的运动会通过连接板传到另一截面，但由于是叠放而成，因而会产生一定的摩擦。诀窍就在于产生足够的摩擦以改变共振波的频率。改变频率会防止振动波累积。有效地改变波频会产生两种不同的波，二者不会彼此累积成破坏性的力量。
6.抗震设计原则
依据现行《抗震规范》，高架桥桥梁抗震设计时，地震荷载的计算，一般情况下桥墩应采用反应谱理论，桥台采用静力法。对于结构特别复杂、桥墩高度超过30m的特大桥梁，可采用时程反应分析法。计算桥梁地震荷载时，应分别考虑顺桥和横桥两个方向的水平地震荷载。对于位于基本烈度为9 度区的大跨径悬臂梁桥，还应考虑上、下两个方向竖向和水平地震荷载的不利组合。
参考文献：
[1]程健，张磊．公路桥梁桩基设计应注意盼问题［J］． 路桥科技，2016，(4):199．
[2]杨云彪．浅谈道路桥梁施工中应注意的问题［J］． 科技和生活，2015，(12) :132．
论文作者:马晗
论文发表刊物:《防护工程》2018年第18期
论文发表时间:2018/10/31
标签：桩基论文; 桥梁论文; 桥墩论文; 基岩论文; 承载力论文; 荷载论文; 阻力论文; 《防护工程》2018年第18期论文;