一、樁基豎向力產(chǎn)生的原因及機(jī)理

要想使樁基產(chǎn)生承載力，最基本的條件就是樁基礎(chǔ)與土體之間產(chǎn)生一定量的位移。一般樁基礎(chǔ)由于自身重力以及樁基礎(chǔ)頂端荷載的作用會發(fā)生向下的移動，從而導(dǎo)致樁基與土體之間出現(xiàn)了相對的位移，這種位移直接導(dǎo)致了樁基與土體之間產(chǎn)生相互的剪力，這種剪力會隨著相對位移的不斷增加而逐漸增大，當(dāng)達(dá)到剪力的最大值時(shí)，樁基上繼續(xù)增加的荷載將會由樁基底端的支撐力來承擔(dān)，這是大多數(shù)樁基受力的基本特征。造成樁基和土體之間產(chǎn)生相對位移的主要原因是：樁基自身的壓縮沉降、裝基底部的沉降變形以及撞擊周圍土體的沉降變形等。一般而言，樁基自身產(chǎn)生的型變量較小，另外兩種變形是導(dǎo)致樁基沉降位移出現(xiàn)的主要原因。

我國公路橋梁樁基出現(xiàn)沉降變形主要是由于當(dāng)前國內(nèi)施工所采用的方法和水平限制，當(dāng)前很多國內(nèi)公路橋梁路基施工采用的是鉆孔樁，很多施工過程都存在孔底清理不徹底的現(xiàn)象，這一部分未清理的沉渣會在樁孔底形成一層軟弱層，引起樁基的沉降現(xiàn)象。

二、準(zhǔn)確計(jì)算樁基的承載力

在進(jìn)行公路橋梁樁基設(shè)計(jì)和施工時(shí)，不能簡單的依靠一些以往的經(jīng)驗(yàn)來進(jìn)行，需要對一些重要的數(shù)據(jù)進(jìn)行專業(yè)科學(xué)的計(jì)算。樁基是用來支撐橋面及車輛的重要部分，因此，需要對樁基的最大支撐能力進(jìn)行有效地計(jì)算，從而更好的設(shè)計(jì)橋梁所能承受的最大重量，保證橋梁和車輛的相應(yīng)安全問題。在對公路橋梁樁基最大承載力進(jìn)行計(jì)算時(shí)，應(yīng)該參照我國當(dāng)前相關(guān)的公路橋梁樁基計(jì)算公式進(jìn)行計(jì)算，公式的表達(dá)式為：[P]=（clA+c2Uh）Ra。在該式中[P]表示的是樁基所能承受的最大承載力，Ra表示樁基底部巖石的極限抗壓力強(qiáng)度，h表示的是樁基深入底部巖石中的深度，U表示的是樁基進(jìn)入巖石層內(nèi)部分的地面周長，而A表示的是裝基底部的截面積，另外的cl和c2都表示的是一個(gè)相對固定的系數(shù)。

在使用這一公式進(jìn)行樁基最大承載力時(shí)，應(yīng)該注意一些相關(guān)的補(bǔ)充和說明條件，比方說h指的是樁基在去除風(fēng)化層后深入巖石層的深度，如果在計(jì)算過程中不重視這一問題，那么將直接導(dǎo)致最終的計(jì)算結(jié)果與實(shí)際差生偏差，從而給整座公路橋梁項(xiàng)目帶來一定的安全隱患。此外，工程中對于公式計(jì)算結(jié)果的影響因素較多，而且處于一種經(jīng)常變化的狀態(tài)下，所以，設(shè)計(jì)施工過程中也不能太過于依賴這一公式，通過對工程實(shí)際的情況進(jìn)行分析后，在合適的情況下充分利用好這一公式，可以幫助工程設(shè)計(jì)施工得到相應(yīng)的準(zhǔn)確結(jié)果。

三、樁基負(fù)摩阻力

樁基與土體之間的相對位移是樁基承載力實(shí)現(xiàn)的必要條件。對于摩擦樁而言，樁基提供給荷載的支撐力主要來源于樁基與土體之間相對位移產(chǎn)生的摩擦力。通常在計(jì)算樁基承載力時(shí)所使用的摩阻力都是正摩阻力，也就是樁基自身的沉降大于周圍土體的沉降，產(chǎn)生的摩阻力方向是向上的。但是在一些軟土層路段或者橋臺路段的施工時(shí)，由于軟土層受到周圍填土以及車輛的壓力作用，軟土層會出現(xiàn)較為明顯的壓縮變形，出現(xiàn)沉降現(xiàn)象，當(dāng)周圍土體的沉降量明顯大于樁基的沉降量時(shí)，土體與樁基之間的摩阻力方向就會出現(xiàn)向下的現(xiàn)象，這就是所謂的負(fù)摩阻力。通常在進(jìn)行撞擊設(shè)計(jì)時(shí)，如果沒有對負(fù)摩阻力進(jìn)行充分的考慮，那么將會給樁基施工帶來巨大的影響。首先，會使摩擦樁基沉降的速度明顯加快，從而影響整個(gè)橋梁工程的上下整體結(jié)構(gòu)，其次，這種沉降會對端承樁的樁基本身以及樁基底部堅(jiān)硬層產(chǎn)生破壞。造成負(fù)摩阻力出現(xiàn)的主要原因有：

（1）樁基周圍的地面存在大量的荷載，比方說橋臺周圍的填土，非常容易導(dǎo)致軟弱土體層由于沉降量大引起負(fù)摩阻力；

（2）由于樁基下的地下水位降低，使得周圍土體中效應(yīng)力升高，土體出現(xiàn)固結(jié)的現(xiàn)象，從而出現(xiàn)沉降的現(xiàn)象；

（3）樁基經(jīng)過還沒有固結(jié)的軟弱土層或新填的土層，由于土體自身的重力作用，導(dǎo)致土體出現(xiàn)固結(jié)的現(xiàn)象，出現(xiàn)沉降。所以在進(jìn)行樁基設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)該充分考慮上述現(xiàn)象，并采取相應(yīng)的預(yù)防措施，防止出現(xiàn)土體大幅沉降引起負(fù)摩阻力。

一般，樁基出現(xiàn)負(fù)摩阻力的范圍并不是整個(gè)軟土層都會發(fā)生。樁基周圍的軟土層沉降，導(dǎo)致樁基所受的正摩阻力不斷減小，在樁基的頂部會出現(xiàn)一定范圍的負(fù)摩阻力，隨著軟土層沉降的逐漸增加，樁基受到負(fù)摩阻力作用的范圍會逐漸減小，當(dāng)?shù)竭_(dá)某一特定深度時(shí)，樁基所受的側(cè)摩擦力剛好為零，這一點(diǎn)稱之為中性點(diǎn)。一般在中性點(diǎn)的上部土體的沉降量大于樁基的沉降量，形成一段負(fù)摩阻力區(qū)域，而中性點(diǎn)的下面，樁基的沉降量要大于土體的沉降量，形成正摩阻力區(qū)域。

一般中性點(diǎn)的位置并不是固定不變的，它受多種因素影響。

（1）樁基底部堅(jiān)硬土層或巖石層的強(qiáng)度，一般強(qiáng)度越大，中性點(diǎn)的位置越靠下，對于端承樁，它的中性點(diǎn)往往在樁基的最下方；

（2）樁基周圍土體的力學(xué)性質(zhì)，如果樁基周圍土體的壓縮性越好，那么樁基中性點(diǎn)的位置就越靠下；

（3）樁基周圍地下水位的降低程度及范圍，通常地下水位降低的越多，樁基的中性點(diǎn)位置也就越靠下；

（4）樁基自身的長徑比，這一比值越小，截面剛度越大，那么樁基的中性點(diǎn)位置就越靠下。

四、嵌巖深度和樁端持力層厚度

在公路橋梁樁基設(shè)計(jì)時(shí)，經(jīng)常會遇到兩層軟弱土層中間需要穿過一層具有一定厚度和強(qiáng)度的巖石層的情況。如果這一巖石層的強(qiáng)度無法滿足樁基對持力層的強(qiáng)度要求，那么就必須要求樁基穿過這一巖石層。通常這種情況下，巖石層的厚度可以利用以下幾個(gè)方面的內(nèi)容來確定：

（1）不考慮樁身周圍覆蓋的土層側(cè)阻力，在嵌巖灌注樁的周邊嵌入完整或較完整的未風(fēng)化、微風(fēng)化以及中風(fēng)化硬質(zhì)巖體的最小深度，按構(gòu)造要求0.5m；

（2）要求樁底以下3倍樁徑范圍內(nèi)沒有軟弱夾層、洞隙以及斷裂帶分布；

（3）在樁端應(yīng)力擴(kuò)散范圍內(nèi)沒有巖體臨空面。為了保證樁基設(shè)計(jì)的經(jīng)濟(jì)性與合理性，應(yīng)結(jié)合經(jīng)驗(yàn)值與試算數(shù)值，來確定嵌巖深度和樁端持力層的厚度。

1、采取合理的樁基配筋布置

基樁各截面的配筋，理論上應(yīng)根據(jù)樁基內(nèi)力進(jìn)行計(jì)算布置。樁基內(nèi)力可采用“m”法或其他有可靠依據(jù)的方法計(jì)算。按“m”法計(jì)算樁基時(shí)，樁身彎矩有四個(gè)特點(diǎn)。

（1）彎矩分布規(guī)律近于一條自頂向下衰減的波形曲線，且衰減很快；

（2）樁身最大彎矩發(fā)生在第一個(gè)非完整波形內(nèi)，一般在地面以下約3m位置；

（3）樁身彎矩在第一個(gè)彎矩零點(diǎn)以下很小，可以忽略不計(jì)，其下樁身主要起傳遞豎向力作用；

（4）第一個(gè)彎矩零點(diǎn)位置在樁人土深度h=4/ah處。

2、在設(shè)計(jì)中通常有兩種鋼筋布置方式

一種是根據(jù)最大彎矩處進(jìn)行配筋，另一種是將基樁主筋一半部分一直伸到樁底。從樁體受力和節(jié)省工程費(fèi)用以及發(fā)生事故處理的難度來看，前一種更合理。但是，第二種配筋方式可以減小施工難度，樁基灌注混凝土?xí)r，鋼筋籠的定位是十分重要的，鋼筋布置到樁底，易于固定鋼筋籠。

五、總結(jié)

總之，公路橋梁樁基的設(shè)計(jì)包括大量繁瑣的工作，在進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)必須對公路橋梁樁基周圍的受力情況、最大承載力計(jì)算、負(fù)摩阻力以及嵌巖深度等多方面內(nèi)容進(jìn)行細(xì)致的分析計(jì)算，只有這樣才能夠保證公路橋梁樁基設(shè)計(jì)更加科學(xué)合理，從而更好的提升公路橋梁的安全性和可靠性，同時(shí)有效地降低公路橋梁工程的造價(jià)，為公路橋梁施工帶來巨大的貢獻(xiàn)。

作者：陳志禮 張峰 單位：武漢衡通公路勘察設(shè)計(jì)院有限公司