淺析橋梁樁基礎(chǔ)的設(shè)計與施工要點(diǎn)
2016-11-21
在橋梁建設(shè)的過程中，樁基的設(shè)計與施工是關(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)計過程中，要進(jìn)行前期的樁基承載力的計算，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(shè)計的安全性能。
1 橋梁樁基礎(chǔ)的承載力設(shè)計與施工要點(diǎn)
1.1 設(shè)計要點(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)橋梁樁基承載力計算過小時，會降低橋梁的質(zhì)量，從而增大事故發(fā)生的風(fēng)險，進(jìn)一步危害人民大眾的生命財產(chǎn)安全，當(dāng)橋梁樁基承載力計算結(jié)果過大時，會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 我國頒布的《公路橋梁地基與基礎(chǔ)設(shè)計規(guī)范手冊》中對橋梁樁基承載力的計算有明確的規(guī)定，結(jié)合我國特殊的建設(shè)地理環(huán)境，制定了橋梁樁基承載力計算公式：[P]=（C1A+C2Uh）Ra。式中：C1、C2是對橋梁樁基承載力計算過程中確定系數(shù)的規(guī)定，主要是指在計算橋梁樁基承載力的過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是周長長度，在具體的計算過程中指的是直徑。
1.1.3 根據(jù)計算公式的分析，不難發(fā)現(xiàn)：橋梁樁基承載力的計算的各個環(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)過程中一定不能忽視巖石破碎程度的研究，簡單來講，巖石的破碎程度直接影響著樁基的承載力大小。縱觀傳統(tǒng)橋梁建設(shè)的理念，只有當(dāng)“端承樁”等同于嵌巖樁時，此公式的實(shí)用性會比較高。
1.2 施工要點(diǎn)
1.2.1 在實(shí)際的橋梁建設(shè)過程中，不得不考慮其他的影響因素，比如在具體的施工過程中，巖石的強(qiáng)度達(dá)不到橋梁樁基的要求、在鉆孔的過程中不注意清孔的問題，導(dǎo)致遺留較多的殘渣，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)一定會產(chǎn)生摩擦力，這種摩擦力或多或少都會對樁基承載力產(chǎn)生不利的影響，對此，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”的施工對象。只有嚴(yán)格考察施工環(huán)境，達(dá)到最理想狀態(tài)的時候，此公式才具有實(shí)用價值與實(shí)施價值。
1.2.2 公式中h的內(nèi)涵并沒有包含風(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 在具體的施工過程中，一定要根據(jù)施工環(huán)境進(jìn)行設(shè)計，要將巖石的風(fēng)化程度、深度考慮到樁基承載力的計算中來，從根本上保證橋梁樁基計算數(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。一般來看，實(shí)際的橋梁樁基承載力都要遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于計算的結(jié)果，這種情況會增加工程項目的施工時間，導(dǎo)致大量人力資源與財力資源的浪費(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)的沉降問題設(shè)計與施工要點(diǎn)
2.1 設(shè)計與施工思路
一般而言，隨著時間的推移，不管橋梁樁基的穩(wěn)定性多好，都會出現(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題時是比較復(fù)雜的。橋梁樁基的沉降是很難通過外部肉眼觀察出來的，也很難通過機(jī)器設(shè)備對樁體周圍土體應(yīng)力變化檢測出來，一定程度上增加了檢測橋梁樁體沉降現(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)計與施工要點(diǎn)
2.2.1 從時間的維度上來看，橋梁樁體的沉降是有一定時間的規(guī)定性的。通過觀察對比與歸納分析，橋梁樁體沉降一般需要8～10年的時間，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間規(guī)定的，簡單來講，可以根據(jù)時間這個維度來對橋梁樁基的沉降做一個大致的判斷。
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。一般來講，土力學(xué)原理對橋梁樁基的沉降包括兩個方面：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)沉降問題時，就比如會導(dǎo)致刺入變形。值得注意的是，一般要嚴(yán)格控制實(shí)驗(yàn)時間，不能無限制的延長實(shí)驗(yàn)時間，只有在較短的實(shí)驗(yàn)過程中，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一般范圍的情況。另外，還可以通過對樁側(cè)摩擦阻力的測驗(yàn)得出以下結(jié)論：摩擦阻力與橋梁樁基的相對位移成正比。橋梁樁基位移越嚴(yán)重，摩擦阻力越大。當(dāng)相對位移達(dá)到極限值時，樁基的摩擦阻力也就達(dá)到了極限，從而出現(xiàn)滑動位移。
2.2.4 相對位移的極限值是彈性位移，相關(guān)部門也對彈性位移的范圍做了明確的規(guī)定：3～6mm之間。以細(xì)長樁為例，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)計與施工要點(diǎn)
3.1 設(shè)計與施工思路
在進(jìn)行樁基的設(shè)計過程中，要充分考慮施工環(huán)境及巖石層的狀況。一般情況下，樁基的施工過程中會穿過不同質(zhì)地的巖層，當(dāng)需要穿過高強(qiáng)度的巖層時，夾層的厚度不在樁基的承載范圍內(nèi)時，就需要用到鉆孔樁來實(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，也對施工技術(shù)人員提出了嚴(yán)格的施工要求。
3.2 設(shè)計與施工要點(diǎn)
3.2.1 將土層側(cè)阻力因素排除在外時，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)計與施工的過程中，由于巖體的不規(guī)則分布及巖層性質(zhì)的紛繁復(fù)雜，沒有一些規(guī)律可循，在一般的勘探手段下也不能對巖層的厚度、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。對此，要保證橋梁樁基設(shè)計的科學(xué)性、經(jīng)濟(jì)性及合理性，就不能僅僅依靠計算公式得來的相關(guān)數(shù)據(jù)，而是要根據(jù)橋梁樁基設(shè)計與建設(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)計與施工要點(diǎn)
4.1 設(shè)計與施工思路
從理論上出發(fā)，要對橋梁樁基各個面的配筋進(jìn)行合理科學(xué)的計算和設(shè)計。一般情況下，可以根據(jù)有效的公式或者方式方法對樁基的內(nèi)力進(jìn)行一個準(zhǔn)確的計算。在具體的計算過程中，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：波形曲線是樁身發(fā)生彎矩時的主要分布規(guī)律，是從樁身的頂端向下衰減的過程，一旦出波形曲線，衰減現(xiàn)象非常之快。
4.2 設(shè)計與施工要點(diǎn)
根據(jù)具體的研究分析，在第一個非完整波形范圍之內(nèi)，樁身會發(fā)生最大的彎矩現(xiàn)象，這個最大的彎矩現(xiàn)象一般會出現(xiàn)在地面向下3米的位置處。其設(shè)計與施工要點(diǎn)如下：
4.2.1 在最大彎矩處進(jìn)行鋼筋的布筋操作。通常會用一個錨固定位置，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，在具體的施工過程中，如果遇到軟土層，那么樁主筋一定要穿過軟土層。
4.2.2 可以將樁基的主筋伸到樁底。通過兩種方式方法的對比，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，可以對鋼筋進(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
綜上所述，只有嚴(yán)格把握和控制橋梁樁基設(shè)計與施工過程中的重難點(diǎn)問題，才能不斷提高我國橋梁建設(shè)的能力水平，只有準(zhǔn)確計算橋梁樁基的承載力，嚴(yán)格把握樁基的沉降問題、對樁端的持力層進(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)計和施工的重難點(diǎn)問題，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，從而不斷提高我國橋梁建設(shè)的能力與水平。
參考文獻(xiàn)
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