淺析山區(qū)公路橋梁的基礎(chǔ)設(shè)計(jì)
2016-11-21
1 前言
由于山區(qū)公路地質(zhì)條件的復(fù)雜性和多樣性，使得山區(qū)橋梁基礎(chǔ)設(shè)計(jì)具有相當(dāng)大難度，加上山區(qū)經(jīng)常會(huì)遇到喀斯特、滑坡等不良地質(zhì)條件，更增加了設(shè)計(jì)基礎(chǔ)的復(fù)雜性。
近年來，公路建設(shè)與環(huán)境保護(hù)的日益受到關(guān)注，一些比較粗糙的基礎(chǔ)設(shè)計(jì)往往誘發(fā)地質(zhì)病害，對(duì)其地基處理，增加了項(xiàng)目的成本，原有的自然環(huán)境被破壞。所有的跡象都在促使工程設(shè)計(jì)應(yīng)盡可能地把環(huán)境保護(hù)放在優(yōu)先地位，以減少對(duì)自然環(huán)境的前提下，設(shè)計(jì)應(yīng)該更仔細(xì)設(shè)計(jì)基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)，因地制宜的選擇最合適的。
2 基礎(chǔ)設(shè)計(jì)的概念
地層結(jié)構(gòu)和地層接觸物是建立結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)。設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)和施工質(zhì)量起著至關(guān)重要的作用?；庸こ淌请[蔽工程，如有缺陷，難以發(fā)現(xiàn)，難以修復(fù)，這些缺陷的存在往往直接影響到整個(gè)結(jié)構(gòu)甚至安全。根據(jù)項(xiàng)目的進(jìn)度，施工進(jìn)度往往受到基礎(chǔ)工程的控制?；陧?xiàng)目的費(fèi)用，通常整個(gè)結(jié)構(gòu)物的成本占相當(dāng)大的比例，特別是在地質(zhì)條件復(fù)雜的環(huán)境中施工更是如此?；A(chǔ)工程影響到整個(gè)工程的質(zhì)量，工期和成本，在工程建設(shè)中占有重要地位。因此，對(duì)橋梁工程的設(shè)計(jì)人員應(yīng)具備專業(yè)的知識(shí)，對(duì)橋梁基礎(chǔ)的全面把握，了解各種橋梁基礎(chǔ)的特點(diǎn)和適用范圍，尤其是在復(fù)雜地質(zhì)條件下的基坑工程的設(shè)計(jì)中，這樣才能確保橋梁工程建設(shè)的更好。
3 山區(qū)公路橋梁基礎(chǔ)工程的分類和特點(diǎn)
淺基礎(chǔ)和深基礎(chǔ)是根據(jù)埋置深度區(qū)別的。淺基礎(chǔ)是指埋深較淺的易施工的；深基礎(chǔ)是指淺層條件較差土體的影響，需埋深的且不易施工的基礎(chǔ)。
3.1淺基礎(chǔ)及其特點(diǎn)
淺基礎(chǔ)的特點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，不需要大型設(shè)備，經(jīng)濟(jì)實(shí)用，更廣泛的應(yīng)用在中小型橋梁中。淺基礎(chǔ)的剛性和柔性是根據(jù)應(yīng)力條件和結(jié)構(gòu)劃分的。剛性基礎(chǔ)是指沒有配置受力鋼筋的。具有穩(wěn)定性好、施工方便、能承受較大的負(fù)荷的特點(diǎn)，是橋梁涵洞結(jié)構(gòu)的首要考慮的基本形式。但它對(duì)持力層的承載能力是要求的，如果承載力不滿足要求，在地基處理與加固后可以使用。一定數(shù)量的鋼筋配置在柔性基礎(chǔ)上中是必需的，如十字形基礎(chǔ)，箱形基礎(chǔ)等。其特點(diǎn)是整體性能好，抗彎剛度大，對(duì)上部結(jié)構(gòu)的附加應(yīng)力比較小，適合用于地基差而上部結(jié)構(gòu)具有較高要求的條件下。
3.2深基礎(chǔ)及其特點(diǎn)
深基礎(chǔ)具有承載能力強(qiáng)，穩(wěn)定性好，埋深較大，施工周期短，適合于大規(guī)模、大跨度橋梁的特點(diǎn)。常見樁基礎(chǔ)，沉井基礎(chǔ)，氣壓沉箱基礎(chǔ)等。沉井基礎(chǔ)以井內(nèi)挖土，依靠自身的重力克服壁面摩擦使得下沉至設(shè)計(jì)標(biāo)高，再通過混凝土保護(hù)層，并填充孔，使其成為橋墩或其他結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)。沉井基礎(chǔ)是無底的有蓋的結(jié)構(gòu)，依靠自身的重力在壓縮空氣沉箱下沉到工作室內(nèi)挖土。
這兩個(gè)基礎(chǔ)有整體性強(qiáng)，穩(wěn)定性好，能承受較大的負(fù)荷的特性。但在公路橋梁中最常用的是樁基礎(chǔ)。
3.3樁基礎(chǔ)及其特點(diǎn)
樁基礎(chǔ)是由根樁和承臺(tái)兩部分組成的。在承臺(tái)上布置一排或多排樁，所有樁連接形成一個(gè)整體，荷載傳遞。樁基礎(chǔ)是承臺(tái)以上結(jié)構(gòu)物通過承臺(tái)的作用，受地基持力層的樁與承臺(tái)連接構(gòu)成一個(gè)整體共同受到荷載。樁側(cè)和樁端將土體抵抗樁荷載的摩擦力向下傳遞到每個(gè)樁周圍的土層中。樁基礎(chǔ)的特點(diǎn)是承載力高，穩(wěn)定性好，承載力沉降量小而均勻，具有更好的適應(yīng)性。樁基礎(chǔ)的打入樁、挖孔樁和鉆孔灌注樁是根據(jù)施工方法劃分的。而根據(jù)樁基礎(chǔ)的受力特點(diǎn)可分為嵌巖樁和摩擦樁。嵌巖樁是指樁通過松散軟弱土，或嵌入巖硬土層或?qū)嶋H的非壓縮性土層，樁底土體的承載豎直荷載，這就是所謂的嵌巖樁。摩擦樁是指穿過穿過并支承在各種壓縮性土層，主要取決于樁側(cè)土承受垂直荷載的摩擦。要注意的一點(diǎn)是，嵌巖樁是大多數(shù)的垂直荷載由樁底地層抗力來承擔(dān)，但樁身壓縮載荷較大時(shí)，會(huì)產(chǎn)生樁側(cè)摩阻力，設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)考慮。對(duì)于摩擦樁，一般情況下，對(duì)樁側(cè)土的垂直承載樁底土體的摩擦，阻力也部分承載垂直荷載。
4 公山區(qū)路橋梁基礎(chǔ)工程的形式和特點(diǎn)
山區(qū)公路的橋梁的墩臺(tái)的基礎(chǔ)形式主要有兩種：鉆（挖）孔樁（嵌巖樁或摩擦樁）和明挖基礎(chǔ)。
在設(shè)計(jì)中，應(yīng)根據(jù)地基的具體情況選擇。一般來說，對(duì)于橋梁工程地質(zhì)條件較好的，巖層或地基持力層埋藏淺的，一般不超過5米的，且具有穩(wěn)定的基巖的，從邊坡到基礎(chǔ)邊緣具有一定的安全距離的，我們首先選擇明挖基礎(chǔ)。小的結(jié)構(gòu)，如涵洞，通道，設(shè)計(jì)時(shí)一般考慮淺基礎(chǔ)，基礎(chǔ)持力層達(dá)不到承載力要求的，可采用更換或在處理的地基時(shí)考慮加固的方法。對(duì)重負(fù)載，，地基土承載力弱的，合適的持力層在較深的位置時(shí)，可以考慮采用樁基礎(chǔ)。樁基礎(chǔ)的設(shè)計(jì)核心是在滿足單樁承載力的前提下，以摩擦樁的長(zhǎng)作為控制指標(biāo)；嵌巖樁一般選用雙控指標(biāo)：嵌巖深度和基巖強(qiáng)度。
山區(qū)橋梁的設(shè)計(jì)幾乎涵蓋了所有橋梁的類型，橋梁結(jié)構(gòu)的安全性依賴于可靠的結(jié)構(gòu)分析和合理的處理措施。對(duì)于某些地形條件不利的地區(qū)要求更嚴(yán)格，穩(wěn)定性分析是在山區(qū)橋梁的設(shè)計(jì)中不可缺少的一部分。山區(qū)地形復(fù)雜，溝壑縱橫，施工現(xiàn)場(chǎng)布局是非常困難的，特別是大型施工設(shè)備的使用很不方便。施工現(xiàn)場(chǎng)幾乎是不可能提供大型施工現(xiàn)場(chǎng)的，結(jié)合山路彎曲和運(yùn)輸條件差，預(yù)制構(gòu)件在山區(qū)橋梁設(shè)計(jì)受到限制。另外值得一提的是，在復(fù)雜的山區(qū)公路中數(shù)量繁多的小型構(gòu)造物小結(jié)構(gòu)的合理使用性和區(qū)位的準(zhǔn)確性在公路設(shè)計(jì)的優(yōu)劣中也扮演著關(guān)鍵的角色。
5 結(jié)束語
因此，對(duì)于復(fù)雜的山區(qū)公路，結(jié)構(gòu)物布置的合理性尤為重要。公路進(jìn)山，導(dǎo)致更多的結(jié)構(gòu)物，與平原地區(qū)相比，大量結(jié)構(gòu)物造成了在公路建設(shè)成本上山區(qū)比平原區(qū)高多了。對(duì)于大多數(shù)經(jīng)濟(jì)不發(fā)達(dá)的山區(qū)，橋梁成本的合理性是一個(gè)很現(xiàn)實(shí)的問題，所以山區(qū)橋梁設(shè)計(jì)的可行性應(yīng)該考慮的不僅是技術(shù)，更重要的是要考慮選定類型的經(jīng)濟(jì)指標(biāo)在最佳的范圍。山區(qū)橋梁應(yīng)技節(jié)約工程成本，具有良好的經(jīng)濟(jì)指標(biāo)。山區(qū)橋梁應(yīng)基于環(huán)保意識(shí)下合理建設(shè)，應(yīng)避免大填大挖，做好不良地質(zhì)災(zāi)害的預(yù)防工作，盡可能減少對(duì)植被的破壞，減少河流的污染。
總之，山區(qū)橋梁設(shè)計(jì)的一般原則可以概括為：結(jié)構(gòu)的安全性，使用的舒適度，經(jīng)濟(jì)的節(jié)約型，施工和維護(hù)的方便性，外觀的觀賞性，以及與自然的和諧性。
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作者簡(jiǎn)介：于洋（1974.11-），就職于山東省泰安市公路局工程一處，從事交通工程有關(guān)工作。
