桥梁桩基设计要点探讨

桥梁桩基设计要点探讨

余鸿彬 1 谭宗伟 2

首辅工程设计有限公司中南分公司 武汉市 430000

摘要：在桥梁结构设计中，桩基设计是一项十分重要的内容，桥梁桩基作为隐蔽工程，其设计是否合理，对桥梁安全及工程规模有着重大的影响，对桥梁施工和工程进度也有一定影响。因此，在桩基设计中坚持应一定的原则，因地制宜、精心设计，切实加强设计要点的掌握，更好地控制桥梁桩基设计质量。

关键词：桥梁；桩基；设计要点

引言

由于桩基是桥梁上部结构和基础之间的连接部分，桩基础承担并传递着桥梁上部结构荷载，在上部结构荷载和土荷载的综合作用下，桩基和土体之间易发生相对位移，引发桩基沉降，影响桥梁施工质量及运行的安全性和稳定性。

1桩基设计的主要内容

采用桩基作为基础结构时，需要明确桩基的种类和桩长，并对单桩竖向承载力进行计算，以保证桩基能够有足够的承载力职支撑建筑的上部结构，提高建筑的抗倾覆能力。

1.1明确基桩的种类和长度

保证基桩设计的科学性和合理性是整个建筑结构工程顺利开展的一项重要内容。首先，设计人员要对施工现场周围的环境进行勘察，对周围的各项设施和地质水文等因素进行深入分析和研究，进而合理选择桩基类型。另外，根据建筑作用于桩基的荷载，计算桩基的长度，并尽量使桩端嵌入承载力较强的土层中，保证桩基的承载力和稳定性。

1.2以建筑等级为依据对单桩竖向承载力进行核算

当桥梁桩基设计为甲级时，应根据单桩静载力测试明确单桩极限承载力；当桥梁桩基设计为乙级并且施工现场地质条件较优时，可学习相同类型和规模的建筑施工案例，做好相应的复原试验；当桥梁桩基设计为丙级时，由于结构简单，可通过乙级应用的复原测试对其进行相关数据的获取。桩基的直径较大时，可以通用深层平板承载符合试验获得单桩竖向承载力，建筑结构施工中应用嵌岩桩时，可以通用专门的岩基平板承载符合试验获得单桩竖向承载力。

2桥梁桩基设计荷载的基本梳理

第一，桩基荷载作用方面，因为桥梁可以承受的荷载主要包含了永久荷载与可变荷载，但是在施工中，经常受到诸多因素影响，也难以避免存在偶然荷载。而永久荷载源于桥梁桩基上部结构应力与自重，其给桥梁也会带来影响。而可变荷载主要是由于受到车辆制动、牵引而形成的作用力。而偶然荷载则是指由于自然灾害而给桩基带来的影响。因此，桥梁桩基承受的荷载较大，这就需要我们紧密结合实际来强化荷载处理。

第二，负摩擦力。若桩基周围的地层出现了沉陷，就需要在地层桩体中出现向下滑动的位移，若此位移比桩基下沉的位移要大，那么桩侧土就会给桩基带来向下作用力，这个力就叫作负摩擦力，所以在计算时也应该结合地质做好对负摩阻力的精确计算。

3桥梁桩基设计计算内容

桥梁桩基础计算主要内容（仅介绍常见的摩擦桩及端承桩）

3.1荷载分配

作用于承台底或桩顶的外荷载P、H、M用结构位移法分配到各桩桩头Pi、Hi、Mi，并给出承台底中心（或桩顶）外荷载作用点处的水平位移、竖向位移和转角。

3.2承载力

桩基承载力是桥梁计算的重要组成部分。根据荷载分配进行单桩承载力验算，计算出各桩的容许承载力［Ra］和实际最大承载力R。桥梁桩基础单桩承载力计算依据《公路桥涵地基与基础设计规范》（JTG3363-2019）进行。

（1）摩擦桩：

单桩容许承载力计算公式：

对支撑在土层中的钻（挖）孔灌注桩，其单桩轴向受压承载力特征值Ra可按下列公式计算：

（2）端承桩

单桩容许承载力计算公式：

对支撑在基岩上或者入基岩中的钻（挖）孔桩、沉桩，其单桩轴向受压承载力特征值Ra可按下式计算：

（3）桩身强度计算

采用m法计算桩身在垂直力Pi、水平力Hi和弯矩Mi作用下桩身内力和位移，并对配筋进行验算。

桩身强度计算模型：普遍采用的是将桩作为弹性地基上的梁，按文克尔假定（桩身任一点的土抗力和该点的位移成正比）的解法，简称弹性地基梁法。我国铁路、公路、水利及房建等领域常用的“m”法、“K”法、“c”法等均属于此种方法，公路桥梁桩基础设计中一般常用“m”法。

（4）桩基础稳定计算

（5）桩基础裂缝计算

按照桥涵规范（JTG3362-2018）有关章节进行。

（6）桩基础沉降验算

（7）设计荷载

桩基础设计荷载包括：上部结构传递荷载、下部结构墩身、承台自重以及船撞力、波浪力、风力、地震荷载等。

4桥梁桩基设计主要问题及处理

问题1：桩长如何控制，控制多长合适？

措施1：钻（挖）孔灌注桩基础设计时桩长L原则上按不

超过40倍桩径即40d控制，否则可考虑按增加桩的根数或桩径处理。

问题2：桩顶标高取用不合理，具体表现：

（1）陆地桥墩桩顶埋入地面过深，增加土方开挖量和施工难度，或桩顶露出地面，影响美观。

（2）水中墩桥墩桩顶置于河底或高出常水位太多。

措施2：合理确定桩顶标高。除去有特殊要求的桥梁（比如有泄洪或者通航需求的桥梁）需要将承台置于一般冲刷线以下外，其他桥梁建议陆地桥墩桩顶标高按照埋入地面线以下0.5m控制为适宜；位于水中的桥墩桩顶标高一般按常水位以下0.10m控制较为合适。

问题3：桥梁桩底标高取用不合理。桩底标高置于软弱土层内或置于软弱土层分界面附近。

措施3：合理确定桥梁桩底标高。为确保桥梁安全，桥梁桩端持力层应设置于较为良好的持力层，应避免设置于软弱土层内或软弱土层分界面附近。

问题4：桥梁桩顶力计算仅考虑竖向力向下叠加。

措施4：计算桩基承载力时，确定桩顶力时除了考虑竖向分力，还应考虑水平分力以及弯矩对桩产生的影响，桥台位置处还需考虑土压力的影响。

问题5：桩基承台厚度，规范规定承台厚度不小于1.5倍桩基直径且不小于1.5m，部分设计人员认为应该严格执行规范，设计中对桩基础承台厚度尺寸取用不合理，造成材料的浪费。

措施5：参照某项目桥梁案例，桥墩采用双柱式花瓶墩,桥墩墩底尺寸为1.8m×1.8m，桩基采用单排桩基，桩基直径2.2m，桩基和墩柱中心线对齐。按照规范，承台厚度严格执行规范应该不小于3.3m，但是由于桥墩与桩基对应，桥墩将上部传下来的力直接传给桩基，承台的作用类仅是起到一个方墩和圆桩连接的一个过渡作用，故本项目此类承台设计时采用2m厚度，设计合理，且为工程节省了大量的材料。

问题6：嵌岩桩嵌岩深度多少为宜？

措施6：端承桩深度须根据计算确定，一般嵌岩深度宜不少于一倍桩径。如《国道324复线（同安段）二期完善工程施工图设计》，桩基如岩深度按照如下控制：

L≤15m　　　h≥3.5D

15m＜L≤30mm　h≥2.5D

30m＜L≤45m　h≥2.0D

L＞45m　　h≥1.5D

结语

综上所述，桥梁桩基在桥梁建设中起到重要作用。其桩基设计也是一个复杂且繁琐的过程，在设计前设计人员必须全面了解桥梁桩基覆土层受力情况、桩径比、桩基承载力、负摩阻力、嵌岩深度、桩端持力层厚度等。通过综合对比和分析土层情况及桩端持力层性质，才能确保桥梁桩基设计结果的合理性，为桥梁桩基施工提供科学可靠的依据。确保桥梁工程施工质量、工期、造价等目标的顺利实现。

参考文献

[1]刘明艳.公路桥梁工程设计中桩基沉降问题研究[J].工程建设与设计，2019（19）：58-59.

[2]陈孜伟.公路桥梁设计中的安全性和耐久性[J].黑龙江交通科技，2019（5）：169-170.

[3]中华人民共和国建设部.建筑基桩检测技术规范：JGJ106—2003[S].中国建筑工业出版社，2003.

[4]中华人民共和国建设部.桥梁桩基技术规范：JGJ94—2008[S].中国建筑工业出版社，2008.