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農村公路橋梁樁基設計

本站     2020-6-8 10:01:56    

現今大多數農村公路橋梁的基礎都是選用樁基礎,樁基設計的合理與否對公路橋梁的整體質量有很大的影響,對工程造價和工期也有不同程度的影響.所以,在進行公路橋梁建設時,要注重樁基設計的有關問題.本文從農村公路的特點和橋梁樁基設計的合理性和經濟性出發,從樁基承載力、嵌巖深度、樁基配筋、樁基負摩阻力等方面對農村公路橋梁樁基設計問題進行了分析.

【關鍵詞】農村公路;橋梁樁基;設計

提高農村公路橋梁樁基設計的科學性、合理性,對于降低工程造價、提高公路橋梁的質量、縮短建設所需工程期等都有很大的意義.以下,筆者結合自身多年的工作經驗,對樁基設計的相關問題進行詳細的闡述.

1. 準確區別端承樁和摩擦樁等樁基類型

大多數的觀點認為,只要是嵌巖樁就一定是端承樁,只要是端承樁都不用考慮土層側阻力.但很多的公路橋梁施工實踐證明:樁側阻力、端阻力的發揮性狀與上覆土層的性質和厚度、樁長徑比、嵌入基巖性質和嵌巖深徑比、樁底沉渣厚度等因素有關.因此,在區別端承樁和摩擦樁時,不能把嵌巖與否當作唯一的判斷標準,而應該綜合分析以上的多種因素.

2. 準確計算樁基承載力

作為農村公路橋梁設計必不可少且十分重要的一項工作,樁基承載力的計算必須要科學合理.有關樁基承載力的計算公式,《公路橋涵地基與基礎設計規范》(JTJ024-85)做出了準確的規定:支撐于基巖上部或者是嵌入基巖內的鉆樁,其單樁軸向受壓容許承載力[Р],可以依照以下公式進行計算:[Р]=(c1A+c2Uh)Ra.其中,Ra表示天然濕度的巖石單軸極限抗壓強度;h表示樁嵌入基巖深度,其中不包含風化層的厚度;U表示樁嵌入基巖部分的橫截面周長,根據設計直徑進行計算;A表示樁底截面面積;c1、c2是依照清孔情況、巖石的破碎程度等因素確定的系數.

從這個公式可以看出:嵌巖樁的單樁軸向受壓容許承載力[Р]只和兩個因素有關,一是樁底處巖石的強度和嵌入基巖的深度,二是清孔情況、巖石破碎程度等因素.根據《公路橋涵地基與基礎設計規范》(JTJ024-85)的相關內容,認為嵌巖樁就是端承樁,并且符合上述的公式.但實際情況是,必須要保證嵌巖樁的清孔潔凈程度很高,樁底巖石的硬度極大,因為只有在這種情況下,樁的豎向移動較小,土層側阻力不大,樁基才是真正的端承樁,上述的公式才更為適用.

在上述公式中,規定“h”為樁嵌入基巖深度,但是不包含風化層的厚度,簡單來說就是樁嵌入的基巖一定要是較新的,至于風化巖層的厚度則沒有硬性規定.一些強風化硬質巖,比如花崗巖,一般來說它的極限強度較極軟巖、新鮮巖更大;這表明大多數的硬質巖都具有高強度的風化層的強度,如果對風化巖層的厚度沒有要求,一味追去基巖的新鮮度,那么在進行設計時,就會導致計算的樁基承載力[Р]和實際的樁基承載能力Р存在較大的差異,使樁基承載力計算的準確度大打折扣;在實際施工時,會加大工程量、降低工作效率,致使工程無法按時竣工.

大量的工程實踐表明,若巖石的表明較為平滑,樁的嵌巖深度h>,2d,此時樁側嵌固力可以達到總荷載一半以上.嵌固深度越大,其承載力也越大.但如果嵌固深度h>,3d,其承載力則無明顯的增長.上述公式未對h的數值進行明確規定.所以,在進行農村公路橋梁樁基設計時,可以適度增加樁徑.

3. 確定嵌巖深度和樁端持力層厚度

在農村公路橋梁樁基設計過程中,常常會遇到以下的現象:兩質地較軟的巖層中間包含著一層質地堅硬且存在一定厚度的夾層,又或者是一些地區溶洞較多.在這種情況下,要是這個夾層的厚度不大,鉆孔樁就必須要從中穿過,才能到達持力層,這樣一來,就加大了施工的難度,進而影響施工進度.

在確定樁底基巖厚度時,一般要滿足三個條件:一是在不計樁周邊覆蓋土層側阻力的前提下,嵌巖灌注樁周邊嵌入完整和較完整的未風化、微風化、中風化硬質巖體的最小深度要達到0.5m;二是以樁底為基準,往下3倍的樁徑范圍內不能存在軟弱夾層、斷裂帶或是洞隙;三是在樁端應力擴散范圍內無巖體臨空面.對大多數的夾層來說,僅僅需要達到前面兩個要求就可以成為持力層.對于溶洞較多地區的樁基,因其巖體不夠穩固,溶洞分分布雜亂無章,現代技術還很難勘測其具體位置,所以會增加施工所需時間,使工程造價提高.此外,為了提高樁基設計的經濟性、科學性,在確定嵌巖深度和樁端持力層厚度時,要綜合經驗值和試算數值進行分析.

4. 合理進行樁基配筋布置

在進行樁基配筋布置時,一般來說,要按照樁基內力經過精密的計算之后再進行布置.樁身彎矩存在以下四個方面的特征:一是彎矩的分布呈一條自上向下遞減的波形曲線,并且遞減速度十分快;二是樁身最大的彎矩存在于首個不完整的波形內,大多是距離地表以下3m的地方;三是樁身彎矩在首個彎矩零點以下很小,可以忽略不計,其下樁身主要起傳遞豎向力作用;四是第一個彎矩零點位置在樁入土深度h等于4/αh處.

在農村公路橋梁樁基的設計過程中,配筋的布置方法有以下兩種.一是依據最大彎矩處進行配筋.從樁頂一直伸到最大彎矩一半處下一定錨固長位置,減少一半配筋再一直伸至彎矩為零下一定錨固長位置,再下為素混凝土段.二是把基樁主筋的二分之一伸入樁底.從樁體的受力情況、工程造價的高低和出現問題的解決難度等角度來分析,第一種方法適用性更高.具體原因可總結為以下兩點:(1)在第一種方法中,有很長一段樁基不需要設置鋼筋,因而相對第二種方法減少了鋼筋的使用量;(2)如果出現底部斷樁的現象,即使鋼筋籠被拔出來,仍然能夠依照原來的位置進行鉆孔,可以有效的降低出現扁擔樁的概率.

5. 樁基負摩阻力

對摩擦樁來說,樁基的支撐力大部分來自樁基與土體之間相對位移產生的摩擦力,在進行樁基承載力計算時,采用的摩阻力大多是正摩阻力,換句話說是由于樁基本身的下沉較周邊土體下沉更大所產生的摩阻力.然而在對某些土層較軟的公路進行施工時,由于車輛的碾壓以及其他一些外界因素帶來的壓力導致軟土層斷裂變形,進而出現下沉現象;當軟土層的下沉量遠大于樁基的下沉量時,土體和樁基間的摩阻力方向向下,這時產生的摩阻力就是樁基負摩阻力.

在進行撞擊設計時,如果對負摩阻力的分析不夠透徹,會在很大程度上影響樁基的施工在質量.其一,這會導致摩擦樁基加快下沉,導致公路橋梁的整體結構遭到破壞;其二,這種不正常的下沉會破壞樁基的穩固性.導致負摩阻力產生的主要因素并不是單方面的,一是由于樁基的周邊土體存在較多的荷載;比如軟土層的大量下沉導致負摩阻力產生;二是一些樁基的地下水位線不高,導致周邊土體的效應力上升,土體板結進而下沉所產生的負摩阻力.因此,在對農村公路橋梁樁基進行設計時,要綜合分析各種因素,提出相應的解決措施,積極做好各項應對工作,避免出現土體大量下沉的現象,減少負摩阻力的產生.

6. 結束語

總的來說,農村公路橋梁樁基的設計工作是十分繁雜的,在設計時一定要綜合公路橋梁的樁基承載力、嵌巖深度、樁基配筋、樁基負摩阻力等各方因素進行科學分析,合理設計;以不斷提高農村公路橋梁樁基設計的質量,進而提升農村公路橋梁的安全性和穩固性,并在一定程度上減少公路橋梁的工程造價,提高建設的經濟(下轉第386頁)(上接第358頁)性,不斷提升農村公路橋梁的施工水平.


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