行業(yè)資訊
關于公路橋梁樁基設計原則及要點分析
樁基的設計在橋梁建設過程中是一項基礎性工程，在對橋梁樁基設計時要有前期樁基承載力的計算，主要對樁基受力機制和施工深度及阻力進行計算。把樁基設計的各個環(huán)節(jié)從整體上聯(lián)系起來，進而減少工程造價成本，確保橋梁樁基設計的安全性。中鐵城際主要從樁基設計的內容、原則與理論、方法來分析。
一、關于公路橋梁樁基設計原則
公路橋梁樁基設計應堅持科學性、合理性、可行性原則，為保證樁基設計具有一定的高水平，應該遵循樁基設計的基本原則：
（一）設計要具體情況具體分析，因地制宜。設計人員要對實施區(qū)域進行實地考察，對區(qū)域內情況進行分析，對基本情況有了解和掌握。
（二）在對基本情況進行調查、了解后，要科學、合理地選用可靠可行的設計方法，尤其是對原始參數(shù)的選擇一定要謹慎、精確，把誤差降低到最小。
（三）在對樁基承載力設計時，要考慮到其容許范圍內的沉降量，確保安全性。
（四）樁基設計要嚴格按照科學原理和科學方法，在相關技術規(guī)范的指導下進行設計。如果遇到特殊情況或突發(fā)事件，應隨機應變，靈活處理。
在橋梁建設的過程中，樁基的設計與施工是關乎橋梁質量的基礎性工作。一般情況下，在進行橋梁樁基的設計過程中，要進行前期的樁基承載力的計算，研究其中的受力機制及施工深度和阻力，只有從整體上將樁基設計的各個環(huán)節(jié)聯(lián)系起來，才能降低工程造價的成本，保證橋梁樁基設計的安全性能。
二、公路橋梁樁基設計要點
一般來說，公路橋梁樁基設計要點主要包括橋梁樁基承載力的設計要點、橋梁樁基沉降問題的設計要點、橋梁樁基樁端持力層厚度及嵌入巖層深度的設計要點、橋梁樁基配筋的設計要點等。對橋梁樁基的設計要點分析可以從對這四方面的要點分析進行把控。
（一）橋梁樁基承載力的設計要點
1.對于公路橋梁建設來說，科學計算橋梁樁基承載力是關鍵
橋梁樁基承載力的控制合理與否直接關系到橋梁建設質量的好壞。如果橋梁樁基承載力計算偏小，橋梁建設的質量與合格要求之間的差距就會偏大，這樣容易增加事故隱患，影響人們生命財產(chǎn)安全；如果橋梁樁基承載力計算偏大，額外增加橋梁樁基建設，則造成資源浪費和不必要的財力支出。一方面與國家倡導的綠色環(huán)保建設理念不符，另一方面對于施工單位而言也不能實現(xiàn)利潤最大化。因此一定要認真、嚴謹計算公路橋梁樁基承載力，確保橋梁樁基建設的安全性。
2.橋梁樁基承載力的計算公式
結合我國自然地理環(huán)境的特殊性，《公路橋涵地基與基礎設計規(guī)范手冊》里對橋梁樁基承載力的計算有明確的規(guī)定，其計算公式為：[P]=（C1A+C2Uh）Ra。公式中“C1、C2”代表的是參考系數(shù)，在橋梁樁基承載力計算中要充分考慮到巖石的特殊性質（巖石破碎程度、清孔實際情況）；“A”是樁基底部橫截面的總面積；“U”是周長長度（直徑）；“h”主要指橋梁樁基嵌入基巖的深度；“Ra”指的是巖石的抗壓強度。
3.從計算公式中分析要點
計算橋梁樁基承載力需要對各個環(huán)節(jié)綜合考慮，各個環(huán)節(jié)緊扣相連、相互作用。橋梁樁基嵌入基巖的深度“h”、巖石的強度“Ra”與承載力是緊密聯(lián)系的，在整個公式中看到“C1、C2”的重要性，即巖石破碎程度對橋梁樁基建設的重要影響，是不能忽視的，參考系數(shù)的大小直接影響到最后結果的大小，也就是說巖石的破碎程度與承載力大小有著直接關聯(lián)。
但在實際橋梁建設中，不可避免的因素不能不考慮，比如施工中造成的殘渣、摩擦力等，這些都會對樁基承載力帶來不利的作用，因此橋梁樁基承載力設計前要認真考察施工環(huán)境，只有在各個環(huán)節(jié)達到最理想的狀態(tài)下，橋梁樁基承載力計算公式才具有一定的實用價值與可行的實施價值。
（二）橋梁樁基沉降問題的設計要點
出現(xiàn)橋梁樁基沉降現(xiàn)象的影響因素有很多，不管前期橋梁樁基建設的穩(wěn)定性有多強，時間一久，都會出現(xiàn)樁基沉降問題。一般來說，用肉眼很難發(fā)現(xiàn)橋梁樁基的沉降現(xiàn)象，也很難通過機器設備對樁體周圍土體的應力變化檢測出來，這就增加了對橋梁樁基沉降的檢測難度。
1.橋梁樁基沉降有一定的時間規(guī)律
雖然橋梁樁基沉降很難通過肉眼和儀器發(fā)現(xiàn)，但是其沉降仍然具有一定的時間規(guī)律性可循。根據(jù)多年的工作經(jīng)驗，經(jīng)過長時間的觀察和歸納總結，橋梁樁基沉降大概有8到10年的蟄伏期，沉降的速度通常為每年沉降7mm左右。根據(jù)對這些數(shù)據(jù)的考量，可以對橋梁樁基沉降的時間規(guī)律性有一定的了解，將這些規(guī)律歸納進樁基設計要點里。
2.土力學原理分析橋梁樁基沉降
從土力學理論角度來看，橋梁樁基沉降包括固結變形和土體流變兩個方面。橋梁樁基沉降的主要原因是刺入變形，橋梁樁基沉降又會導致刺入變形。 造成土�w流變的原因有很多，除了樁基承載力超出正常范圍內，還有樁側摩擦阻力的影響。橋梁樁基的相對位移與摩擦阻力成正相關，橋梁樁基位移越大，摩擦阻力就越大，反之，則越小。當樁基相對位移達到臨界值時，其摩擦阻力就會達到極限，進而出現(xiàn)滑動現(xiàn)象。
（三）橋梁樁基礎樁端持力層厚度與嵌入巖層深度的設計要點
橋梁樁基在施工過程中會穿過不同質地的巖層，遇到高強度、厚夾層的巖石時，要完成穿越巖層的工作需要用鉆孔樁，以此來實現(xiàn)持力層的出現(xiàn)。因此在對橋梁樁基礎樁端持力層厚度與嵌入巖層深度的設計時要有嚴格的計算。
1.最小深度硬質巖體的嵌入
在不考慮土層側阻力因素下，橋梁樁基設計要有最小深度硬質巖體的嵌入。對嵌入的硬質巖體應保證沒有經(jīng)過風化，如果有風化，應使風化影響很小，并且是相對完整的硬質巖體，保證質地優(yōu)良。設計中要嚴格規(guī)范橋梁樁基直徑范圍內不得有斷裂帶、洞間隙和巖石軟弱夾層的分布。
2.設計要充分考慮巖層厚度、風化層度和易破碎度
因為巖體分布不均衡，巖層性質復雜，一般的勘探手段并不能準確地考察巖層的厚度、風化層度和易破碎度，這對橋梁樁基設計增加了難度和挑戰(zhàn)。單單靠橋梁樁基計算公式不能確保橋梁樁基設計的科學性、合理性和可行性，因此在設計中要進行實地考察，認真分析樁端持力層和嵌入巖層深度的厚度值。
（四）橋梁樁基配筋的設計要點
在前面的論述中可知，橋梁樁基的科學設計必須是各個環(huán)節(jié)的密切配合聯(lián)系的，樁基的各個配筋只有進行了科學的計算和設計才能保證橋梁樁基設計的合理性。利用公式可以得出樁基的內力數(shù)據(jù)，但在現(xiàn)實情況下，還需考慮到樁身彎矩表現(xiàn)出波形曲線等特征。
1.最大彎矩現(xiàn)象
最大彎矩現(xiàn)象是樁身在第一個非完整波形范圍內在地下3米處出現(xiàn)的。在最大的彎矩處設計配筋具有較強的技術難度。
2.最大彎矩處的布筋操作
在對最大彎矩處進行布筋設計時，首先應有一個錨用來固定位置，以此為基準點，從樁的上部一直到最大彎矩處，確保筋比能至少減少一半。如果彎矩為零下，用錨固定位置，再向下，應及時改用素混凝土。
三、結語
綜上所述，橋梁樁基設計工作是橋梁樁基建設的重點，只有在設計階段保證科學合理性，在設計中精確橋梁樁基承載力、樁基沉降問題、橋梁樁基礎樁端持力層厚度與嵌入巖層深度、橋梁樁基配筋等各項數(shù)據(jù)，才能保證橋梁樁基施工的安全性，提高橋梁建設的質量，降低安全事故的發(fā)生概率。
一、關于公路橋梁樁基設計原則
公路橋梁樁基設計應堅持科學性、合理性、可行性原則，為保證樁基設計具有一定的高水平，應該遵循樁基設計的基本原則：
（一）設計要具體情況具體分析，因地制宜。設計人員要對實施區(qū)域進行實地考察，對區(qū)域內情況進行分析，對基本情況有了解和掌握。
（二）在對基本情況進行調查、了解后，要科學、合理地選用可靠可行的設計方法，尤其是對原始參數(shù)的選擇一定要謹慎、精確，把誤差降低到最小。
（三）在對樁基承載力設計時，要考慮到其容許范圍內的沉降量，確保安全性。
（四）樁基設計要嚴格按照科學原理和科學方法，在相關技術規(guī)范的指導下進行設計。如果遇到特殊情況或突發(fā)事件，應隨機應變，靈活處理。
在橋梁建設的過程中，樁基的設計與施工是關乎橋梁質量的基礎性工作。一般情況下，在進行橋梁樁基的設計過程中，要進行前期的樁基承載力的計算，研究其中的受力機制及施工深度和阻力，只有從整體上將樁基設計的各個環(huán)節(jié)聯(lián)系起來，才能降低工程造價的成本，保證橋梁樁基設計的安全性能。
二、公路橋梁樁基設計要點
一般來說，公路橋梁樁基設計要點主要包括橋梁樁基承載力的設計要點、橋梁樁基沉降問題的設計要點、橋梁樁基樁端持力層厚度及嵌入巖層深度的設計要點、橋梁樁基配筋的設計要點等。對橋梁樁基的設計要點分析可以從對這四方面的要點分析進行把控。
（一）橋梁樁基承載力的設計要點
1.對于公路橋梁建設來說，科學計算橋梁樁基承載力是關鍵
橋梁樁基承載力的控制合理與否直接關系到橋梁建設質量的好壞。如果橋梁樁基承載力計算偏小，橋梁建設的質量與合格要求之間的差距就會偏大，這樣容易增加事故隱患，影響人們生命財產(chǎn)安全；如果橋梁樁基承載力計算偏大，額外增加橋梁樁基建設，則造成資源浪費和不必要的財力支出。一方面與國家倡導的綠色環(huán)保建設理念不符，另一方面對于施工單位而言也不能實現(xiàn)利潤最大化。因此一定要認真、嚴謹計算公路橋梁樁基承載力，確保橋梁樁基建設的安全性。
2.橋梁樁基承載力的計算公式
結合我國自然地理環(huán)境的特殊性，《公路橋涵地基與基礎設計規(guī)范手冊》里對橋梁樁基承載力的計算有明確的規(guī)定，其計算公式為：[P]=（C1A+C2Uh）Ra。公式中“C1、C2”代表的是參考系數(shù)，在橋梁樁基承載力計算中要充分考慮到巖石的特殊性質（巖石破碎程度、清孔實際情況）；“A”是樁基底部橫截面的總面積；“U”是周長長度（直徑）；“h”主要指橋梁樁基嵌入基巖的深度；“Ra”指的是巖石的抗壓強度。
3.從計算公式中分析要點
計算橋梁樁基承載力需要對各個環(huán)節(jié)綜合考慮，各個環(huán)節(jié)緊扣相連、相互作用。橋梁樁基嵌入基巖的深度“h”、巖石的強度“Ra”與承載力是緊密聯(lián)系的，在整個公式中看到“C1、C2”的重要性，即巖石破碎程度對橋梁樁基建設的重要影響，是不能忽視的，參考系數(shù)的大小直接影響到最后結果的大小，也就是說巖石的破碎程度與承載力大小有著直接關聯(lián)。
但在實際橋梁建設中，不可避免的因素不能不考慮，比如施工中造成的殘渣、摩擦力等，這些都會對樁基承載力帶來不利的作用，因此橋梁樁基承載力設計前要認真考察施工環(huán)境，只有在各個環(huán)節(jié)達到最理想的狀態(tài)下，橋梁樁基承載力計算公式才具有一定的實用價值與可行的實施價值。
（二）橋梁樁基沉降問題的設計要點
出現(xiàn)橋梁樁基沉降現(xiàn)象的影響因素有很多，不管前期橋梁樁基建設的穩(wěn)定性有多強，時間一久，都會出現(xiàn)樁基沉降問題。一般來說，用肉眼很難發(fā)現(xiàn)橋梁樁基的沉降現(xiàn)象，也很難通過機器設備對樁體周圍土體的應力變化檢測出來，這就增加了對橋梁樁基沉降的檢測難度。
1.橋梁樁基沉降有一定的時間規(guī)律
雖然橋梁樁基沉降很難通過肉眼和儀器發(fā)現(xiàn)，但是其沉降仍然具有一定的時間規(guī)律性可循。根據(jù)多年的工作經(jīng)驗，經(jīng)過長時間的觀察和歸納總結，橋梁樁基沉降大概有8到10年的蟄伏期，沉降的速度通常為每年沉降7mm左右。根據(jù)對這些數(shù)據(jù)的考量，可以對橋梁樁基沉降的時間規(guī)律性有一定的了解，將這些規(guī)律歸納進樁基設計要點里。
2.土力學原理分析橋梁樁基沉降
從土力學理論角度來看，橋梁樁基沉降包括固結變形和土體流變兩個方面。橋梁樁基沉降的主要原因是刺入變形，橋梁樁基沉降又會導致刺入變形。 造成土�w流變的原因有很多，除了樁基承載力超出正常范圍內，還有樁側摩擦阻力的影響。橋梁樁基的相對位移與摩擦阻力成正相關，橋梁樁基位移越大，摩擦阻力就越大，反之，則越小。當樁基相對位移達到臨界值時，其摩擦阻力就會達到極限，進而出現(xiàn)滑動現(xiàn)象。
（三）橋梁樁基礎樁端持力層厚度與嵌入巖層深度的設計要點
橋梁樁基在施工過程中會穿過不同質地的巖層，遇到高強度、厚夾層的巖石時，要完成穿越巖層的工作需要用鉆孔樁，以此來實現(xiàn)持力層的出現(xiàn)。因此在對橋梁樁基礎樁端持力層厚度與嵌入巖層深度的設計時要有嚴格的計算。
1.最小深度硬質巖體的嵌入
在不考慮土層側阻力因素下，橋梁樁基設計要有最小深度硬質巖體的嵌入。對嵌入的硬質巖體應保證沒有經(jīng)過風化，如果有風化，應使風化影響很小，并且是相對完整的硬質巖體，保證質地優(yōu)良。設計中要嚴格規(guī)范橋梁樁基直徑范圍內不得有斷裂帶、洞間隙和巖石軟弱夾層的分布。
2.設計要充分考慮巖層厚度、風化層度和易破碎度
因為巖體分布不均衡，巖層性質復雜，一般的勘探手段并不能準確地考察巖層的厚度、風化層度和易破碎度，這對橋梁樁基設計增加了難度和挑戰(zhàn)。單單靠橋梁樁基計算公式不能確保橋梁樁基設計的科學性、合理性和可行性，因此在設計中要進行實地考察，認真分析樁端持力層和嵌入巖層深度的厚度值。
（四）橋梁樁基配筋的設計要點
在前面的論述中可知，橋梁樁基的科學設計必須是各個環(huán)節(jié)的密切配合聯(lián)系的，樁基的各個配筋只有進行了科學的計算和設計才能保證橋梁樁基設計的合理性。利用公式可以得出樁基的內力數(shù)據(jù)，但在現(xiàn)實情況下，還需考慮到樁身彎矩表現(xiàn)出波形曲線等特征。
1.最大彎矩現(xiàn)象
最大彎矩現(xiàn)象是樁身在第一個非完整波形范圍內在地下3米處出現(xiàn)的。在最大的彎矩處設計配筋具有較強的技術難度。
2.最大彎矩處的布筋操作
在對最大彎矩處進行布筋設計時，首先應有一個錨用來固定位置，以此為基準點，從樁的上部一直到最大彎矩處，確保筋比能至少減少一半。如果彎矩為零下，用錨固定位置，再向下，應及時改用素混凝土。
三、結語
綜上所述，橋梁樁基設計工作是橋梁樁基建設的重點，只有在設計階段保證科學合理性，在設計中精確橋梁樁基承載力、樁基沉降問題、橋梁樁基礎樁端持力層厚度與嵌入巖層深度、橋梁樁基配筋等各項數(shù)據(jù)，才能保證橋梁樁基施工的安全性，提高橋梁建設的質量，降低安全事故的發(fā)生概率。
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