桥梁桩基设计中若干问题研究探讨
桥梁桩基设计中若干问题研究探讨 摘要: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。 本文主要就桩基设计当中的几个问题进行探讨,以供大家参考借鉴。 关键词:桥梁;桩基设计;问题 引言:桩基施工公路桥梁施工中一个很重要的环节,而桩基的设计 又会影响公路桥梁的质量,因此,做好桩基的设计很重要,这是提高公路 桥梁施工整体质量的必由之路,需要我们引起重视。 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公路桥梁桩基设计的原则 公路桥梁的设计能够影响到公路桥梁建设工程的质量,这就需要我们 对公路桥梁进行设计时要依据准确的结构计算结构,还有在构造时有合理 的解决办法。这不仅要考虑到在施工和使用时产生的各种负载重力,还要 考虑到在使用时遇到的各种自然条件下可能产生的负面影响。针对于不同 的地区和不同的地形,就要考虑到一些特殊的在使用时和自然条件恶劣时 产生的一些因素。例如,对于一些地形特殊的地方,桥梁就要采用大跨度 的高墩桥梁结构,而这就要考虑到桥梁的稳固性等问题。同时,对公路桥 梁的工程费用也要合理的预算,不能只一味的压低造价、考虑工程在技术 上的可实施性,还要兼顾工程的质量。 3桩基的作用及特点 桩可以使部分竖向荷载及水平荷载传递至地基进行承担,达到减轻负 荷的作用。同时它还具有抗弯能力和一定的刚度,因此由于工程类别的不 同,所以桩基类型也存在着很大的差别,在普通的工业及民用建筑中,主 要分为以下几种桩基类型:人工挖孔桩、预制桩、沉管灌注桩和钻孔灌注 桩,如果是在基坑支护的工程当中则使用地下连续墙、钻孔灌注桩和止水 搅拌桩,一般采用钻孔灌注桩和钻埋压装桩基本是桥梁工程,在路基的处 理过程当中则是采用预应力管桩和CFG桩等,以下是桩基在工程中所起到 的具体作用: 3. 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。 3.2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。 3.3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。 4桩基设计中应当注意的问题 4. 1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。 4. 2桩基负摩阻力 4. 2.1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。 4.2.2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,上层土体发生固结等。 4.2.3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. 3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。 5结束语 公路桥梁的施工是一个系统的工程,任何一个环节都需要我们给予重 视,所以,今后公路桥梁的施工中,我们一定要提高桩基设计的水平,提 高施工质量。 参考文献: [1] 吴刚.探地雷达