【摘 要】文章对公路桥梁嵌岩桩基的单桩承载能力计算公式进行了分析，讨论了端承桩和摩擦桩的联系和区别，对如何准确确定嵌岩深度及桩端持力层厚度提出了自己的看法,解决了嵌岩桩基设计中桩基配筋的相关问题。
【关键词】公路桥梁；桩基承载力；嵌岩桩基设计；桩基配筋
桥梁上部结构的荷载一般都较大，承载能力高、质量稳定的钻孔灌注桩是绝大多数桥梁工程首选的基础形式。设计的桥梁桩基是否适当，对工程质量、造价、工期及使用都有很大的影响。本人结合工作实践，就桩基设计中的一些问题进行初步探讨。
1 端承桩和摩擦桩的联系和区别
通常认为，凡嵌岩桩必为端承桩，端承桩一般都不会考虑土层侧阻力。但以实际情况来看，大量现场结果表明：端阻力、桩侧阻力的发挥性状与上覆土层的桩长径比、性质和厚度、桩底沉渣厚度、嵌入基岩性质和嵌岩深径比等因素有关。在一般情况下，上覆土层的侧阻力是可以发挥的，而且侧阻力会随着长径比1/d的增大相应的跟着增大；只有对于短粗的人工挖孔的嵌岩桩，端阻力会在土层侧阻力之前发挥，端阻力影响着桩的承载力。对于1/d>15~20的泥浆护壁冲(钻)孔的嵌岩桩，无论是在完整基岩还是在嵌入风化岩中，桩侧阻力都会在端阻力之前发挥，表现出了较明显的摩擦型。对于1/d>40时，且覆盖的土层不属于软弱土时，嵌岩桩端所能承载的作用较小，这时桩基的受力状态为摩擦桩，桩端嵌入中风化或强风化岩层中即可。在一些地区，泥质软岩嵌岩灌注桩的1/d >45时，嵌岩段是总阻力占了总荷载比例的20%以下；当1/d >60时，嵌岩段端的阻力只占总荷载比例的5%以下。而这种桩底沉降和桩身弹性压缩都是随着长径比1/d成正比的，因而导致侧阻力和摩擦力的增大，传递到桩端的应力也会随嵌岩跟深径比hr/d成反比。当hr/d>5时就没有应力传递到桩端；但对于泥质软岩嵌岩桩，hr/d=5~7时，桩端的阻力还是会占总荷载的4.5%~15%。所以，摩擦桩和端承桩的区分，不能只从是否嵌岩来区分，而要考虑到上覆土层的厚度和性质、嵌入基岩性质、桩长径比、桩底沉渣厚度和嵌岩深径比等因素。
2 嵌岩桩基的单桩承载能力的计算
桩基承载力的计算是桥梁设计的重要部分。《公路桥涵基础与地基设计规范》(JTG D63-2007)中明确的规定：支承在嵌入基岩内或基岩上的挖 (钻)桩，其单桩轴向的受压容许承载力[Ra]，可按如的下式计算：
Ra——单桩轴向受压承载力容许值；
——根据岩石破碎程度、清孔情况等因素确定的系数。
Ap——桩底截面面积；
∮s——覆盖层土的侧阻力发挥系数；
hi——桩嵌入基岩深度；
——桩侧第i层土的侧阻力标准值；
li——各土层的厚度；
u——桩嵌入基岩部分的横截面周长，按设计直径计算；
——单轴抗压强度和桩端岩石饱标准值；
上述公式表明：嵌岩桩的单桩轴向受压容许承载力Ra，只取决于嵌入基岩的深度和桩底处岩石的强度，以及岩石破碎程度、清孔情况等因素。依据规范所描述，通常大家会认为只要是嵌岩桩就是端承桩，就会适用于这个公式。而实际上不是，只有在嵌岩桩的清孔为绝对干净，桩底只有支撑作用，桩底强度很高且岩石完整时，桩几乎没有竖向位移，桩基才能算是端承桩，公式也才能使用。在实际的工程中，只有在土层侧阻力所占的比例较小，当桩基长径比不大时，桩基大致表现出端承桩的特征，公式才可以使用。公式中所提到的“hi”是指“桩嵌入基岩的深度，但不包括风化层”。一般都认为是桩必须嵌入新鲜基岩，而不管其上面风化岩层的强度怎么样。因为有的强风化硬质岩层(如花岗岩)，它们的极限强度则会大于极软岩新鲜岩的强度。这说明一般硬质岩的强风化层或微弱风化层的强度都相对较高，如不考虑这些层次的嵌岩深度，只是一味的要求嵌入新鲜基岩是不行的。根据这个原则，如果风化层很厚，桩基嵌岩则会很深。所以在设计上，这会致使计算的承载力Ra远小于实际的极限承载能力Ra；在工程施工上，这会增大工程量，延长工期。
工程试验表面，当岩面比较平整时，桩的嵌岩深度h>2d时，桩侧嵌固力约占总荷载50%以上。承载力会随着嵌固深度增加而增大，但嵌固的深度h>3d时，承载力增长比较小。公式中没有规定hi的限值，也没有随hi值的增大而对其设定相关的折减系数。所以，在进行桩基设计实践时，桩基承载力需要通过较大的嵌岩深度来提高时，可以考虑加大桩径。
3 准确确定嵌岩深度及桩端持力层厚度
在桥梁工程桩基设计中，常会碰到两软弱岩层之间的穿越强度很高的有一定厚度的岩层(夹层)。如果这种夹层厚度达不到承载的厚度要求，钻孔桩就必须穿越夹层，到达持力层，这对施工进度和施工机械都有着极大的考验。确定桩底基岩的厚度，一般有三个条件：第一是不考虑桩身周围覆盖土层的侧阻力，在嵌岩灌注桩周边嵌入较完整或完整的微风化、中风化、未风化硬质岩体，最小深度应按照构造的要求达到0.5m；第二是要求在桩底以下的3倍桩径范围内无断裂带、软弱夹层、洞隙分布；第三是在桩端应力在扩散的范围内没有岩体临空面。对一般夹层而言，只要能满足前两个条件就能作为持力层。对于岩溶地区的桩基，因为岩体形状的奇特多变，岩溶洞隙的分布无规律，现有的勘探手段无法事先查出它的准确位置和大小，从而会导致工程费用增加、工期延长。对于计算所需要的边界条件相当复杂，而岩石地基比岩溶地基的影响因素要少，以前一般都会要求桩端下有5m桩径持力层的厚度，对于不同的桩径、不同的单桩承载力，一样也应保证其有基桩端面以下有5m完整基岩，这两者的可靠度是完全相同的。为了使桩基设计经济更加合理，应将试算数值和经验值相结合的方法来确定桩端持力层厚度及嵌岩深度。桩基内力可用“m”法来计算，也可用其他有可靠依据的方法来计算。如按“m”法来计算桩基时，桩身的弯矩有3个特点。第一是弯矩分布的规律接近于一条从顶向下衰减的波形曲线，并且衰减速度很快；第二是桩身的最大弯矩发生在第一个不完整波形内，位置一般在地面以下约3m处；第三是在第一個弯矩零点的位置在桩入土深度的h=4/αh处。
4 采取合理的嵌岩桩基配筋布置
我们在设计时通常有两种钢筋的布置方式，即最大弯矩处进行配筋和将基桩主筋一半部分延伸到桩底处。最大弯矩处进行配筋是从桩顶一直延伸到最大弯矩的一半以下的锚固长位置处，减少二分之一配筋再一直延伸至弯矩为零以下的锚固长位置处，再往下就是素混凝土段。从节省工程费用和桩体受力及发生事故处理的概率来看，最大弯矩处进行配筋种更加合理，但将基桩主筋一半部分延伸到桩底处配筋可以减小施工的难度，钢筋布置到桩底，易于固定钢筋笼。
5 结语
桩基础是目前公路桥梁中最主要的一种基础形式，桥梁桩基的设计直接影响到桥梁工程造价和施工质量。本文对公路桥梁嵌入桩基的设计中的一些问题进行探讨。采用合理、科学的桩基设计，对于降低工程造价、提高桥梁安全、提高桥梁耐久性等方面都有着重要的意义。
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