王健

（广东省建科建筑设计院有限公司 广东广州 510000）

在现代城市化建设中，桥梁发挥着越来越重要的作用，作为桥梁的重要组成部分，传递着上部大部分荷载的桩基础，承担着更大的使命。桩基础通常承载能力高、后期质量稳定，往往是绝大多数桥梁工程首选的基础形式，桥梁基础的设计是否得当，对工程的造价、质量、工期影响很大，本文就桩基设计中的一些问题进行初步探讨。

1 桥梁桩基的设计原则

桩基作为上部结构与基础之间的连接部分，由于上部结构的荷载作用，桩基与土层之间或产生一定的相对位移，因此，在进行桥梁桩基础设计时，要注意以下几点。

1.1 桩基荷载的作用

桥梁承受的荷载总的来说可以分为永久荷载和可变荷载，由于施工中会受到很多外界因素的影响，所以还会出现偶然荷载。

永久荷载是桥梁桩基础上部结构的荷载以及自重对桥梁产生的影响；可变荷载通常指车辆行驶过程中产生的作用力；偶然荷载一般是指不可避免的自然灾害对结构产生的影响。桥梁的桩基础需要承受的荷载还有很多，所以在设计时，一定要充分考虑桥梁的实际状况，对荷载予以合理的处理。

1.2 桩基选型

桩基的选择工作是极为重要的，所以在实际的选择过程中应对现场的实际情况进行了解，并需注意细节对桥梁桩基的影响，如果选择的种类有问题，那么在后期使用过程中，就有可能产生严重的后果，一旦出现不可逆转的后果，不仅会对行人的生命造成威胁，而且对一个城市的建设影响会非常的大。

桩基的选择还有很多方面有关，比如桩基的基础建设和施工情况，比如施工场地的地质情况和环境影响，以及地基条件等方面都对桩基的选择起到关键性的作用，所以这些条件均会决定桩基的实际形状、支撑方式和桩基的施工用量和施工方法。

在桥梁工程中，桩基的承担着上部建筑与交通荷载的主要任务，根据荷载在桩基上的传播方式和路径的不同，可将桩基分为摩擦桩与端承桩。端承桩通常深入到土层的深处，并设置在坚硬的岩层上，依靠下方岩层的支撑来承担上部结构的荷载，这种桩体通常不会产生相对位移现象，也不会产生摩擦力；摩擦桩通常应用于土层厚度较厚，而桩基长度无法抵达硬土层或者其他可靠持力层上时，桩的荷载主要依靠桩身和周围土层之间的摩擦力承担，此时桩端处土层或者岩层的反力较小。

而在设计中通常认为端承桩不考虑土侧阻力，但实际上，桩的端阻力、侧阻力都与桩长与桩径的比值等情况息息相关。对于桩底位于持力层风化岩上时，当桩长与桩径之比位于15～20的湿作业钻孔端承桩，其桩侧阻力要优先于桩端阻力发挥作用，其表现为摩擦型性状。长径比大于40时，且无软弱土层覆盖，桩端嵌入强风化或中风化岩层时，端承桩的桩端承载力小，桩基受力状态为摩擦型桩的表现。

表1 《公路桥涵设计通用规范》（JTG D60-2015）中桥梁作用的分类

所以在桥梁桩基选型中，不应单一由是否嵌入岩层来划分其是端承桩和摩擦桩，还应该考虑桩基的长径比等有关因素去判别。

1.3 桩基间距

桩基在施工过程中存在对最小间距的规定，因此，在施工过程中需要注意以下几点：

（1）尽量减少相邻桩基对施工的影响；

（2）减少群桩效应对施工产生的不利影响。

如果桩间距过长，对设计承台会产生不利影响，如果桩基间距过小，会给施工造成一定的障碍，或者出现承载力下降的情况，而在大宽度桥梁桥台设计时，桩基形式一般采用群桩加大承台的形式，要让群桩在受力时，每个桩之间互补影响，那么装间距必须保持在桩径的6～8倍，但其在应用过程中很难做到，因此，很多国家的工程规范要求，最小间距应保持在桩头直径的3.5倍左右。

2 桥梁桩基的设计要点

2.1 准确计算单桩竖向极限承载力

桩基是桥梁基础部分，所以在设计的过程中是应用较广，因此桩基的设计条件和限制都存在着一定的差异，如果差异较小则可不去理会，如果差异较大则应提出处理办法。

在设计的过程中，除了要考虑基础的轴心受力或者偏心受力外，还应该考虑偶然作用对桩基的影响，最需考虑的突发状况就是地震，所以在对一些地震发生概率比较高的地方对于承载力的计算一定要更加准确，不能出现疏忽，这样才能保证建筑质量达到标准。

在桩基的设计过程中，承载力的计算是非常关键的，所以在计算的时候需要满足以下几点要求。

（1）如果对桩基的设计要求达到甲级时，就需进行试验，这时可利用单个桩基进行实际测试，检测桩基实际能够承担的承载力。

（2）如果对桩基的设计要求达到乙级时，且实际建造的地方地质条件非常简单，这时可从一项相似度非常高的工程进行借鉴，且需符合相应的要求，这时还可进行综合选择。

（3）如果对桩基的设计要求达到丙级时，可以根据相应的试验数据和实际经验进行设计。

在进行极限端阻力、侧阻力、单个桩基竖向极限承载力进行实际的测试过程中应满足以下几个要求：

（1）对比较常见的桩基类型，在进行承载力的计算过程中可根据向应的要求来进行实际的测量和确认。

（2）对一些直径较大的桩基，在进行实际的测量工作时，最有效的方法就是使用深层平板载荷试验，这是在测试极限端阻力时非常适用的一种方式。如果在实际的建设过程中使用的是镶嵌形式桩基，则也可用平板载荷试验进行实际的测试工作。

（3）在一般情况下，进行桩基的侧阻力和阻力的测量方式上可使用先埋藏测试元件的形式来进行实际的测量工作.并且还可对标准值和参数进行统计，并制订成应的曲线图，所以可用这种方式来进行实际值的测试工作，并得出相应的结论。

2.2 采用符合受力特点的桩基配筋构造

桩基的各截面配筋，理论上应根据桩基内力计算进行布置。桩基内力可采用有可靠依据的方法计算，计算桩基内力时，桩身的弯矩具有独特的特点。

桩基弯矩分布规律近似于1条自桩顶向下衰减的波形曲线，且衰减很快，桩身最大弯矩发生在第一个非完整波形内，一般地面以下约3.5m位置，桩身弯矩在第一个弯矩零点以下很小，可以忽略不计，其下桩身主要起传递竖向力作用。

桩基配筋标准采用最大弯矩部位的内力，经行配筋验算，由桩基桩顶的5倍桩径范围内加密箍筋间距，加密箍筋间距一般为100mm。

2.3 对于岩溶地基的钻孔要求

在桥梁桩基的设计中有的地区溶洞较多，且会有两软弱岩层中夹带强度较大的且有一定厚度的岩层，即夹层，若夹层厚度不满足承载力的要求，那么就需要钻孔桩穿越夹层，到达持力层，这对与施工技术来讲，具备了一定的难度。

一般来说，钻孔前应列出每个孔位的地质柱状图，包括溶洞的大小、位置、填充情况、顶板厚度、是否存在易塌孔地层等。结合地质钻探资料，为每根桩指定出相应的地表加固、溶洞处理方案、钻孔方法。

图1 桥梁桩基的绑扎

对于需要穿过溶洞的桩基，施工处理措施如下：下钢护筒跟进至中、微风化岩面，桩锤引孔深度为2～3m；钢护筒捶打至岩面后，暂停冲孔，浇注2m高C15素混凝土，封闭岩面与钢护筒之间的空隙；冲锤接近溶洞及溶蚀段时，改用小锤，采用高频率低冲锤方式缓慢冲破溶洞顶，密切观察沉降，随时回填黄泥片石（黄泥与片石比例为3：7），补充泥浆。

钢护筒规格：直径0.8m桩基采用直径1.0m、壁厚10mm钢护筒；直径1.2m桩基采用直径1.4m、壁厚12mm钢护筒。

岩溶地层钻孔作业宜选用冲击钻孔。

岩溶地层钻孔应做好以下准备工作：

（1）应准备足够的填充材料。

（2）机械设备应准备充分，单斗挖掘机、水泵等应提前准备好。

（3）泥浆池容量应考虑溶洞漏水补给要求。泥浆池、排水沟、施工场地应进行地表防水处理，防止地表水渗入地下。

（4）岩溶地区钻孔桩施工宜按照先长桩后短桩的顺序进行。

（5）钻进过程中当时机地质情况与设计不吻合时应通知设计单位现场补勘。

（6）施工中应不断总结经验，改进钻头，合理选配泥浆指标。

3 结束语

桥梁的桩基是桥梁建设的重中之重，也是最基础的部分，桩基的设计包括大量复杂的工作，其设计会直接影响到桥梁质量与整个工程的造价，合理设计的桥梁桩基是非常有必要的，在实际的桥梁桩基设计中，设计人员要考虑上覆土层、桩长径比、嵌入基岩性质等多种因素，进行端承桩和摩擦桩的选择，合理计算桩基承载力，对桥梁桩基周围受力情况等进行分析，通过总体土层情况和桩端持力层性质，进行综合比对分析，根据经验值和试算数值相结合的方法来确定持力层厚度，采取合理的桩基配筋布置，只有这样才能保证桥梁桩基的设计更加科学合理，从而提高桥梁的安全性能，降低工程造价。

[1]《公路桥涵地基与基础设计规范》（JTG D63-2007）.

[2]《公路桥涵设计通用规范》（JTG D60-2015）.

[3]《建筑桩基技术规范》（JGJ 94-2008）.