橋梁樁基設計研究
2010-10-09
1.樁基設計內容
樁基設計的內容，主要包括：樁型選擇及方案對比、擇、樁基幾何參數(shù)(樁徑、樁長及樁距等)的選定、單樁樁基結構型式選(軸向及橫向)承載力的確定、樁基礎地基應力計算、樁頂傳遞荷載結構形式的選定、地基變形分析、樁身與樁帽結構設計、地基梁及承臺的配筋及構造設計、樁位平面布置設計、群樁效應分析、樁身強度驗算、環(huán)境對樁的侵蝕、腐蝕及磨損作用及相應的防護措施的考慮、對樁基施工時不良環(huán)境效應的預估。
2.樁基設計原則
2.1 樁基荷載的選用
作用于橋梁樁基礎上的荷載由基礎本身及基礎以上的建(構)筑物和其它自然力荷載組成，設計中常分為永久荷載(恒載)、可變荷載和偶然荷載。永久荷載通常指上部結構的自重以及經(jīng)常起作用的其他荷載；可變荷載則指車輛制動力，牽引力，車軸橫向搖擺力，流水壓力以及浮冰壓力等；偶然荷載指船撞力、地震力、特殊情況產(chǎn)生的塌方、滑坡、泥石流等的推力和爆炸力等。
橋梁樁基所受的荷載多種多樣，設計樁基應針對具體情況，按計算目的不同，將荷載組合分為以下兩種情況：(1)承載能力極限狀態(tài)：對應于樁基達到最大承載能力或整體失穩(wěn)或發(fā)生不適于繼續(xù)承載的變形。計算應采用作用效應的基本組合和地震作用效應組合。(2)正常使用極限狀態(tài)：對應于樁基達到正常使用時所規(guī)定的變形限值或達到耐久性要求的某項限值。
2.2 樁基與岸坡的邊載相互作用
橋臺背后是長長的岸坡，它對橋臺是個很大的邊載，岸坡對橋臺產(chǎn)生很大的側向壓力(土壓力)，它還會使橋基底面對不同位置下因沿深度產(chǎn)生的不同附加應力，從而使軟土固結，使樁受到負摩擦力和彎矩的作用，增大了樁的負荷使樁破壞，沉降加大了而且沉降不均。高樁臺樁基中的岸坡變形，主要由于前挖后填破壞了岸坡原有的平衡狀態(tài)而引起，初期一般以橫向變形為主，經(jīng)過一段時問，影響可能逐漸衰減。岸坡的側向變形影響在靠近坡頂附近最為突出，設置叉樁可增強抵抗岸坡側向變形的影響能力。
2.3 樁基設置深度的選擇
樁基設置深度是指樁基設置在原河床或海底泥面以下的深度。它包含有兩個深度，一個是基礎周圍土層的最大沖刷深度(一般沖刷加局部沖刷)，二是樁基礎穩(wěn)定性與變形所要求的基樁有效深度。
2.4 浮托力與水流沖刷作用
河床受水流沖刷過深是橋梁出現(xiàn)事故最多見的情況，當沖刷深度超過了設計預估值時，橋臺(高樁臺)下樁的自由長度變大了，或出現(xiàn)了自由長度(低樁臺)，而且周圍土對樁的抗力也受到了削弱，所以樁基設計時必須注意河床沖刷問題。如果承臺是埋入局部沖刷線以下，便可計及承臺側面和樁身側面土的彈性抗力；如果承臺底面高出局部沖刷線或地面(無水的地方)，則只能計埋入土中樁的側面的彈性抗力。
3.樁基設計方法
常規(guī)的樁基設計方法是將荷載、承載力(抗力)等設計參數(shù)視為定值，上部結構的荷載全部由樁承擔。根據(jù)經(jīng)驗確定的安全系數(shù)來度量樁基的可靠度，這與實際情況是不大相符合的。它把土看作具有某種平均性質的均質材料，而不考慮土的變異性，把上部結構荷載直接作用在基礎上，并假定地基反力呈線性分布作用在地基底面上，從而應用倒梁法、倒樓蓋法、靜定體系力法等方法計算基礎；在地基的分析中，按線性分布的基底反力進行強度和變形驗算。
目前主要運用樁基概率極限狀態(tài)設計法，包含兩個方面的內容：一是樁基的承載力取不發(fā)生破壞或因變形過大無法繼續(xù)承載的最大值，變形(或裂縫)限制在不影響正常使用和耐久性的限值以內；二是以概率理論為基礎，對荷載效應、抗力進行統(tǒng)計分析的基礎上，使樁基的失效概率符合規(guī)定的限值，即達到一定的可靠度。采用以各基本變量的標準值和分項系數(shù)表達式的實用設計表達式來進行設計。而標準值和分項系數(shù)的取值均以概率方法確定，這樣，設計人員無需進行概率方面的分析運算，仍可按傳統(tǒng)的方式進行樁基設計。
參考文獻：
【1】羅驥先，樁基工程檢測手[M]，北京：人民交通出版社 2002
【2】尹景祥，低應變反射波法在高速公路灌注樁檢測的應用[J]，河北煤炭 2006 (3) 47-49
