桩柱式墩台结构设计应用

吴清杰

【期刊名称】《《交通世界（建养机械）》》

【年(卷),期】2010(000)009

【总页数】2页(P218-219)

【作 者】吴清杰

【作者单位】山东东方路桥建设总公司

【正文语种】中 文

【中图分类】U4

本文结合自己的工作经历，对桩柱式墩台结构设计中有效桩长、桩的承载力、配筋率、桩柱式桥台、桩负摩阻力产生的原因及桩负摩阻力的计算提出了一些看法和理解。

表1 桩长计算表桩径（m） 有效桩长5d（m） 2.5d（m） 全部桩长（m）1.0 5.0 2.5 7.5 1.1 5.5 2.75 8.25 1.2 6.0 3.0 9.0 1.3 6.5 3.25 9.75 1.4 7.0 3.5 10.5 1.5 7.5 3.75 11.25

对有效桩长的理解

JTG D63—2007公路桥涵地基与基础设计规范中规定：摩擦桩入土深度不得小于4m，如有冲刷时，桩入土深度应自局部冲刷线起算；桩嵌入基岩中的有效深度不得小于0.5m；钻孔桩设计直径不宜小于80cm。

实际应用中，基桩按弹性摩擦桩或嵌岩桩进行计算时，有效桩长不得小于5d，有效桩长自局部冲刷线或侧土最小厚度不小于2.5d处起算。现举例说明如下。

由于摩擦桩上部土体内的摩阻力不是等强分布，地面以下2m才为等强，如果桩太短则不易获得足够的计算平均摩阻力；另外为使基桩能够较好的嵌固在土中，以增强基桩的稳定性，桩的长度也不宜过短。

对桩的承载力的理解

钻（挖）孔灌注桩单桩轴向受压的容许承载力为：

式中：[P]—单桩轴向受压容许承载力（KN）；U—桩的周长（m）；L—桩在局部冲刷线以下的有效长度（m）；A—桩底横截面面积（m2）；τ—桩壁土的加权平均极限摩阻力（KPa）；σ—桩尖处土的极限承载力（KPa）。

σ =2m0λ {[σ 0]+k2γ(h-3)} （2）

式中：[σ0]—桩尖处土的容许承载力（KPa）；h—桩尖的埋置深度（m）；k2—地

面土容许承载力随深度的修正系数；γ—桩尖以上土的加权平均容重（KN/m3）；m0—清底系数。

桩的承载力由2部分组成：桩侧阻力和桩尖抗力。(2)式中m0为清底系数，当桩底沉淀土厚度与桩径之比(t／d)为0．1时，mo=1，按此计算的桩尖抗力要占总抗力P的20%～30%。实际上，众多试桩资料证明，当静压试验桩达到极限荷载时，桩尖部分发挥的抗力仅占极限荷载的一小部分，其桩尖部分的抗力平均值仅占极限荷载的6%。试桩实测值桩尖部分的抗力所占比例比（2）式计算值所占比例小得多。桩尖部分发挥的抗力与桩尖岩土的刚度（硬度）有关，但与（2）式计算结果相反。因为当桩的荷载达到极限承载力时，桩侧极限阻力已全部发挥，而桩尖极限抗力还远没有发挥出来，一般为极限抗力的10%～20%。另外公路钻孔灌注桩绝大部分桩底都有沉淀土，这就明显降低了桩尖部分抗力的发挥。因此专家建议把（2）式桩尖抗力取消。

对桩柱式墩台墩或桩配筋率的理解

JTG D62-2004公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范，第9.1.12条规定轴心受压构件、偏心受压构件全部纵向钢筋的配筋率不应小于0.5%，构件的全部纵向钢筋的配筋率不宜超过5%。

以钢筋混凝土圆柱墩、桩为例，墩高H≤30m时，宜采用单排桩柱式墩，设计荷载：公路I级；桥面宽度：12m或12.5m，上部结构：空心板或预应力小箱梁；针对不同跨径，不同高度，不同柱桩径提出圆柱桥墩、桩的合理型式及配筋率。

对桥墩、构造物的要求如下：(1)桥墩墩高大于7m时，在桥墩上宜设置1道横系梁，大于14m时，宜设置2道横系梁；大于21m时，宜设置3道横系梁。横系梁一般不直接承受外力，可不做内力计算，按其横截面面积0.1%设置构造钢筋即可。(2)地震基本烈度≥8度的地区，桥墩墩高大于7m时，应在桩顶设置系梁。（3）桥墩墩高大于14m时，应在桩顶设置系梁。（4）摩擦桩时桩的直通筋长度不能小于（4/α+2）m；且经验取值是局部冲刷线以下当桩长为20m时，直通钢筋长度取17～18m左右；局部冲刷线以下当桩长为30m时，直通钢筋长度取25～27m左右。桩的被截断钢筋长度一般取直通钢筋长度（局部冲刷线以下）的2/3倍，但不能小于（2.5/α+2）m（α—土中基础变形系数）；嵌岩桩时钢筋不截断，应直通到底。

对桩柱式桥台的理解

台背路基填土对桥台基底或桩尖平面处的附加竖向压应力的计算

式中：σ1—台背路基填土对桥台基底或桩尖平面处的附加竖向压应力（KPa）；α1—附加竖向压应力系数；γ1—台背路基填土的容重（KN/m3）；H1—台背路基填土的高度（m）。

桩柱式桥台由于抗推刚度小，当联长较大、台后填土高度较高时不宜使用，因桩顶处位移较大，一般台后填土高度宜控制在5～6m以下，联长宜控制在120～150m以内。

对桥台台后填土很高或基桩处于软弱土层中时，由于外荷载的作用将可能产生滑裂面，滑裂面产生的下滑力使桩身受剪，应验算桩的抗剪强度；当桩长较短，滑裂面将处于桩底，

造成桥台整体滑移，设计时应充分予以重视。

桩负摩阻力产生的原因

桩的承载力由2部分组成：桩侧阻力和桩尖抗力。多数情况下，桩侧土对桩产生向上的正摩阻力，而在下列情况桩侧土可能对桩产生向下的负摩阻力。

当桩穿过欠固结的松散填土或新沉积的欠固结土层而支撑于坚硬土层中，桩侧土因固结而产生的沉降大于桩的沉降时。（2）桩侧存在自重湿陷性黄土或季节性冻土层或可液化土层的条件下，当黄土浸水湿陷或冻土融沉时，或当可液化土受到地震或其他动力荷载而液化并重新固结出现大量下沉时。（3）当桩侧土层因抽水或其他原因而出现大面积地下水位下降，土的有效应力增加而导致地面下沉时。（4）桩侧地面因大面积堆积或大面积填土而下沉时。

对桩负摩阻力的计算

负摩阻力的计算主要是确定产生负摩阻力的深度范围及负摩阻力的强度大小。产生负摩阻力的深度范围可按下式估算：

式中：h1—产生负摩阻力的深度；h2—软弱压缩层或自重湿陷性黄土层厚度。

对于摩擦桩，桩尖抗力占整桩承载力5%以下时，取h1=0.77 h2，在5%～50%时，取h1=0.80h2；对泥炭层中可取h1= h2，柱桩也可取h1= h2。

桩侧土极限负摩阻力可按下式计算：

式中：Nf—桩侧土极限负摩阻力；f—软弱土层负摩阻力强度最大值，f=0.5q；q—软弱土层的无侧限抗压强度；f1—软弱土上层的其他土层的负摩阻力强度最大值（f1=Kγhtgψ）；γ—土的容重（KN/m3）；h—计算处深度；ψ—土的内摩擦角；Af—产生负摩阻力土层范围内的桩身表面积；k—土的侧压力系数，钻孔灌注桩静止土的侧压力系数一般取k=0.5。

考虑负摩阻力作用时，钻孔灌注桩单桩轴向受压的容许承载力按下式计算：

负摩阻力产生的后果主要反映在桩基的下沉量增加或发生不均匀沉降而影响上部结构使用，工程上常采取在负摩阻力区域的桩身涂沥青、油漆、或其他涂料，以降低桩土间的负摩阻力。