对提高公路桥梁桩基设计质量的思考

通常认为，凡嵌岩桩必为端承桩，凡端承桩均不考虑土层侧阻力。实际上，大量现场结果表明：桩侧阻力、端阻力的发挥性状与上覆土层的性质和厚度、桩长径比、嵌入基岩性质和嵌岩深径比、桩底沉渣厚度等因素有关。一般情况下，上覆土层的侧阻力是可以发挥的，而且随着长径比l/d的增大，侧阻力也相应增大;只有短粗的人工挖孔嵌岩桩，端阻力先于土层侧阻力发挥，端阻力对桩的承载力起主要作用，属端承桩。对l/d>15-20的泥浆护壁钻(冲)孔嵌岩桩，无论是嵌入风化岩还是完整基岩中，桩侧阻力均先于端阻力发挥，表现出明显的摩擦型。对于l/d≥40，且覆盖土层不属于软弱土，嵌岩桩端的承载作用较小，此时桩基受力状态为摩擦桩，桩端嵌入强风化或中风化岩层中即可。在某些地区，泥质软岩嵌岩灌注桩l/d>45时，嵌岩段总阻力占总荷载比例小于20%;l/d>60时，嵌岩段端阻力占总荷载比例小于5%。

究其原因，一方面由于嵌岩桩桩身的弹性压缩，导致桩顶沉降，这个弹性压缩量引发了桩周土体的剪应力，也即是土对桩的摩阻力。另一方面，钻孔桩的孔底残留的沉渣，形成一个可压缩的软垫，致使桩底也会产生沉降，这一沉降和上述桩本身的压缩导致桩身与土体、嵌岩段桩身与岩体产生相对位移，从而产生侧阻力。而这种桩身弹性压缩和桩底沉降是随着长径比l/d的增大而增大的，因而导致摩擦力和侧阻力的增大。由此可见，端承桩和摩擦桩的区分，不能单纯从是否嵌岩来区分，要考虑上覆土层的性质和厚度、桩长径比、嵌入基岩性质、嵌岩深径比和桩底沉渣厚度等因素。

二、要科学计算桩基承载力

桩基承载力的计算是桥梁设计的重要内容。关于承载力的计算公司，《公路桥涵地基与基础设计规范》(JTJ024-85)给出了明确的规定：支承在基岩上或嵌入基岩内的钻(挖)桩，其单桩轴向受压容许承载力[Р]，可按下式计算：[Р] =(c?1 A+c?2 U h)R?a;R?a——天然湿度的岩石单轴极限抗压强度;h——桩嵌入基岩深度，不包括风化层;U——桩嵌入基岩部分的横截面周长，按设计直径计算;A——桩底截面面积(1)c?2——根据清孔情况、岩石破碎程度等因素确定的系数。公式表明：嵌岩桩的单桩轴向受压容许承载力[Р]，仅取决于桩底处岩石的强度和嵌入基岩的深度，以及清孔情况、岩石破碎程度等因素。根据规范描述，通常认为只要是嵌岩桩，就是端承桩，就适用于这个公式。实际上，只有在嵌岩桩在清孔绝对干净、桩底处于理想支撑、桩底岩石完整且强度很高时，桩的竖向位移很微小，桩基才表现为典型的端承桩，公式的使用是无可争议的。实际工程中，只有当桩基长径比较小，土层侧阻力占比例不大时，桩基主要表现为端承桩的特征，公式才可使用。公式中对“h”的要求是“桩嵌入基岩的深度，不包括风化层”。通常的理解是桩必须嵌入新鲜基岩，而不论其上面风化岩层的强度如何。有的强风化硬质岩(如花岗岩)，其极限强度往往大于极软岩新鲜岩的强度。说明一般硬质岩的微弱风化层、甚至强风化层的强度都相当高，不考虑这些层次的嵌岩深度，一律要求嵌入新鲜基岩是不妥的。按照这个原则，在风化层很厚的情况下，桩基嵌岩很深。在设计上，必然导致计算承载力[Р]远小于实际极限承载能力Р;在施工上，则会导致工程量的增大，工期的延长。

三、要准确确定嵌岩深度及桩端持力层厚度

桥梁工程桩基设计中，经常会遇到两软弱岩层之间穿越强度很高的一定厚度的岩层(夹层)，或者有些地区溶洞比较发育，如果这种夹层厚度不够承载厚度要求，钻孔桩就需要穿越夹层，以达到持力层，这对施工机械和施工进度都是极大的考验。对桩底基岩厚度的确定，主要有三个条件：(1)不考虑桩身周围覆盖土层侧阻力，嵌岩灌注桩周边嵌入完整和较完整的未风化、微风化、中风化硬质岩体的最小深度，按构造要求0.5m;(2)要求桩底以下3倍桩径范围内无软弱夹层、断裂带、洞隙分布;(3)在桩端应力扩散范围内无岩体临空面。对于一般夹层，只要满足前两个条件即可作为持力层。对岩溶地区桩基，由于岩体形状奇特多变，岩溶洞隙的分布毫无规律，现有勘探手段难以事先查明它的准确位置及大小，导致工期延长、工程费用增加。

四、采取合理的桩基配筋布置

基桩各截面的配筋，理论上应根据桩基内力进行计算布置。桩基内力可采用m法或其他有可靠依据的方法计算。按m法计算桩基时，桩身弯矩有四个特点。(1)弯矩分布规律近于一条自顶向下衰减的波形曲线，且衰减很快;(2)桩身最大弯矩发生在第一个非完整波形内，一般在地面以下约3m位置;(3)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;(4)第一个弯矩零点位置在桩入土深度h=4/αh处。

在设计中通常有两种钢筋布置方式。一种是根据最大弯矩处进行配筋。从桩顶一直伸到最大弯矩一半处下一定锚固长位置，减少一半配筋再一直伸至弯矩为零下一定锚固长位置，再下为素混凝土段，对于软基，桩主筋最好穿过软土层;另一种是将基桩主筋一半部分一直伸到桩底。由于桩基较长一段不设钢筋，比后者节省了部分钢筋;底部断桩时，钢筋笼拔出后，可原孔再钻，减少扁担桩发生机率。

总之，设计是施工的蓝图与基础，必须认真调查，科学论证，精心计算，一丝不苟，才会做到高质量、高水平为建设高质量的公路提供保证。