山区公路桥梁桩基设计探析

发表时间：2020-12-17T03:08:27.744Z 来源：《建筑细部》2020年第24期 作者： 宋全林

[导读] 伴随着中国交通基础设施的不断投入，我国的高速公路建设正在逐步升级，此外在西部大开发战略的实施背景下，西部广大山区公路建设取得了重大进展。但是山区道路运输仍很困难，尤其由于其独特的地质、水文和土壤条件，山区的山道、桥梁和隧道占有相当大的比重。因此，桥梁桩基设计是山区高速公路建设中的难点和重点。本文通过对山区公路桥的设计特点及常见问题的分析研究，希望对相关人员有所帮助。宋全林

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摘要：伴随着中国交通基础设施的不断投入，我国的高速公路建设正在逐步升级，此外在西部大开发战略的实施背景下，西部广大山区公路建设取得了重大进展。但是山区道路运输仍很困难，尤其由于其独特的地质、水文和土壤条件，山区的山道、桥梁和隧道占有相当大的比重。因此，桥梁桩基设计是山区高速公路建设中的难点和重点。本文通过对山区公路桥的设计特点及常见问题的分析研究，希望对相关人员有所帮助。

关键词：公路桥梁；桩基础；施工；设计 引言

公路桥梁工程是影响公路整体施工质量的重要因素，这需要设计人员通过准确的结构计算和合理的解决方案，来解决高速公路桥梁结构中的问题。在设计时，不仅要考虑到结构和使用的耐久性，还要考虑到各种自然条件下可能产生的负面影响。当自然环境条件较差时，特殊区域桥梁结构应选择跨度大、坡度大的桥梁结构，还应考虑桥梁的稳定性。就施工质量而言，登山道路工程的技术费用也必须适当考虑。在降低工程造价的同时，考虑工程的技术可行性和工程质量[1]。 一、桩基分级

按设计方法，基础分为桩和铸件，按基本受力情况分为端承桩和摩擦桩。又可分为钢筋混凝土桩、钢桩和组合材料桩，桩型根据不同的情况而有所不同。端承桩通过下部土层和岩层受力支撑，而上部荷载传递至桩端，由坚硬的土层和岩层受力支撑。桩端的摩擦阻力很小，可以忽略。摩擦桩的荷载主要是由桩体与周围土层间的摩擦所抵消，有一个小的反作用力位于桩的底部，这类桩有摩擦作用。实际的结构通常介于这两者之间，桩基纵向力由摩擦和承载两种力构成，其比例不同。为简化计算，我们通常会忽略较小的部分。 二、桥梁桩基础承载力计算情况

对于桥梁结构，无论层叠式或刚性层叠式基础，其顶面分布的受力均为纵向力、水平力和弯矩。一般说来，桩的长度较长，纵向的力主要是由侧摩阻作用于桩身，而桩底则简单地放置在岩面或硬底。而桩长较短时，一般采用端承桩，即纵向力主要依靠桩端的承载力支撑。计算桩的受力时，经常使用“m”法。m法是一种用来计算弹性桩水平位移及作用效应的方法，最早由Matlock和Reese（1956）提出，m法即Matlock法的简称。在计算桩的水平抗力的时候，一般采用线弹性地基反力法（基床系数法），即假设桩侧土为Winkler离散线性弹簧，不考虑桩土之间的黏着力和摩阻力，假定土的抗拉强度为零，即弹簧只受压而不受拉，可以得出任一深度桩侧土反力与该点的水平位移成正比。

三、山区公路桥梁桩基础设计工艺

地基设计：根据地质和地形条件，在保证安全性和环保要求的前提下，合理选择地基形式，可根据一般规定使用扩展基底和堆栈基底。为了不在大的挖掘中造成差异，减少对自然土形态的破坏，在陡坡上不应采用加宽地基和堆积石的结合。对此，其水文地质条件与工程等因素相结合是经济合理的，选取水下基础结构形式；

选择桩基础：当桩身长度超过15米时，一般采用钻孔桩基础。挖孔桩基础可在桩身长度小于15m时使用。施工时要注意保护地形及生态环境要求。

一般桩身截面为圆形，其他类型应谨慎使用。如采用四角桩，应结合本桥水文地质条件，进行方桩工程可行性研究，以满足施工流程和护壁设计的具体要求。在确定桩基长度时，要考虑地形、横断面、台面等因素。如果岩层稳定且承载能力较好，岩层宽度及厚度均能满足要求，则可以将其作为受力层。[3]

项目区存在岩溶发育的问题，设计人员必须根据桥梁建设的总体发展和桥梁建设与运营的破坏程度，提出切实可行的岩溶防治措施，进行桥梁基础设计和实际施工。对地质要求较高的桥基，设计文件应反映具体的工程处理方案及数量。

四、确定嵌岩深度和桩端支撑层厚度

桩基础设计时地质情况往往较为复杂，，有时软岩和硬岩之间有夹层，有些岩层之间有许多溶洞。在这种情况下，如果中间溶洞层厚度不大的话，钻孔桩肯定可以穿过，如果厚度过大，钻孔桩穿过岩溶层就增加了工程的难度，影响工程进度。由于岩体的不稳定性和溶洞分布的紊乱，现代技术在对多处溶洞进行超前检测时难以发现具体情况，所以建设时间增加了，建设费用增加了。另外，通过经验值与试验值的结合，可以确定桩端岩层的深度和持力层的厚度。 五、桩基配筋合理布置

对桩基础进行配筋，一般是根据计算得出的桩基础强度来进行的。桩基础的弯矩具有以下特点，其中由上到下弯矩分布为波形曲线，其次，桩身的最大弯矩存在于第一波的不完全波中，其中大多数是在地表以下，第三波的弯矩一般较小，可以忽略不计。桩身的下部主要是传达轴力，可以不进行配筋。对于摩擦桩而言，桩身无需全长配筋，只需将钢筋配置到弯矩零点以下即可，如此也可减少部分材料费用。

六、桩基负摩阻

对于摩擦桩，其支承力的主要来源是桩身与地面相对位移的摩擦。摩擦桩计算负载力时，摩阻一般为正数。。软土地区施工时，由于车辆移动等外部因素，软土可能会发生断裂变形而沉降。则软土层与桩之间的摩擦力方向将会改变，摩擦力阻力将变为负值。在设计富余量较小对负摩阻力分析不足的情况下，负摩擦力会导致桩基础加速下沉，进而导致高速公路整个桥梁结构遭到破坏。桩基础设计时应综合分析各种因素，提出相应的解决方案，积极采取各种措施，避免出现大量的土层沉降现象。 七、结束语

在中国，桥梁建设速度越来越快，交通系统也在快速发展，设计应注意高速公路桥梁的安全与耐久性问题。通过对中国高速公路桥梁的设计进行更新和总结，可以避免出现桥梁设计中的问题，保障人身安全。 参考文献

[1]王大林.山区公路桥梁桩基设计探析[J].黑龙江交通科技,2019,042 (003):105-106. [2]马丽娜.农村公路桥梁桩基设计问题分析[J].商品与质量,2017(20).

[3]麦海景.桥梁桩基溶洞处理研究与分析[J].建筑工程技术与设计,2016, 000(020):1438-1438.