摘要 在公路橋涵地基與基礎(chǔ)設(shè)計規(guī)范[1]只對摩擦樁和嵌巖樁的樁基承載力進行了詳細規(guī)定，但樁基設(shè)計不僅僅要考慮樁基承載力，設(shè)計過程中還要考慮樁基的自身抗彎、抗剪等力學承載力。在進行橋臺樁基受力模擬分析中，樁基的長度、臺后填土的內(nèi)摩擦角、樁側(cè)土的比例系數(shù)等對樁基的內(nèi)力及配筋具有較大影響。本文結(jié)合肯尼亞西環(huán)城路項目橋臺設(shè)計案例，分析樁基的長度、臺后填土的內(nèi)摩擦角、樁側(cè)土的比例系數(shù)等影響因素對樁基配筋的敏感性，結(jié)合混凝土設(shè)計規(guī)范[2]配置樁基鋼筋，有效節(jié)約材料，實現(xiàn)經(jīng)濟效益。

　　關(guān)鍵詞 樁基、配筋、樁長、內(nèi)摩擦角、比例系數(shù)

　　0.概述

　　肯尼亞內(nèi)羅畢西環(huán)城路橋梁設(shè)計采用中國標準，環(huán)城路由于用地受限，設(shè)置的跨越環(huán)城路的車行橋梁橋臺高度達到10米左右，在進行橋臺設(shè)計時選用了占地比較節(jié)省的輕型薄壁橋臺，但由于橋臺高度比較高，橋臺受力影響較大的因素也比較多。肯尼亞環(huán)城路某處橋梁上跨環(huán)城路，橋梁布置為2跨16米，橋面寬12米;上部結(jié)構(gòu)為先張法預應力空心板梁;下部結(jié)構(gòu)橋墩為樁柱式、橋臺為輕型薄壁橋臺，承臺厚2m，下設(shè)6根1.2米樁基，橋臺高度9.8米，由于地質(zhì)條件比較差，樁基采用摩擦樁。

　　在設(shè)計時橋臺的臺背回填考慮了很多種材料，結(jié)合當?shù)貙嶋H情況主要有紅土礫料、碎石土、粗砂等，這幾種填料產(chǎn)生的臺后土壓力相差很大，主要是計算臺后土壓力系數(shù)時材料的內(nèi)摩擦角差異導致;根據(jù)地勘數(shù)據(jù)，在選用的樁長滿足地基承載力要求的情況下，不同的樁長其樁基內(nèi)力分配及配筋變化也存在一定差異;同時，在分析過程中，由于規(guī)范對樁側(cè)地基土的比例系數(shù)只給出了參考范圍，通過對同一類土參考范圍內(nèi)的比例系數(shù)進行調(diào)整，樁基配筋也存在一定差異;本文通過對上訴三個影響因素逐個進行分析，最后綜合各影響因素，得出敏感性分析結(jié)論。

　　在建立完成上部結(jié)構(gòu)有限元分析計算模型后，提取出上部結(jié)構(gòu)反力;隨后建立好橋臺有限元分析計算模型，通過地勘參數(shù)合理模擬樁基土彈簧約束，施加上部荷載反力，通過調(diào)整前文的三個主要影響因素，采用因素分析法比較樁基配筋的面積大小從而進行敏感性分析。

　　1.回填材料的內(nèi)摩擦角敏感分析

　　在建立好橋臺模型后，施加在橋臺上的荷載主要有上部結(jié)構(gòu)荷載反力、臺后填土壓力、汽車荷載引起的臺后土壓力等。根據(jù)土壓力計算公式，填土容重和填土高度基本固定，但填土的土壓力系數(shù)確根據(jù)不同的回填材料內(nèi)摩擦角值變化很大，因此臺后填土的內(nèi)摩擦角是影響土壓力計算的關(guān)鍵因素。同時，路基設(shè)計規(guī)范[3]中對某一類填料的內(nèi)摩擦角取值也只給定了一定范圍，計算其影響敏感性就很有必要，下表為規(guī)范給出的內(nèi)摩擦取值范圍：

　　在進行內(nèi)摩擦角影響分析時，采用因素分析法，固定滿足地基承載力的樁長為32m，根據(jù)地勘鉆孔取芯判斷樁側(cè)土的比例系數(shù)m采用10000KN/m4，安全系數(shù)儲備1.2，裂縫寬度按照0.2mm控制，分析計算不同內(nèi)摩擦角30°～50°范圍內(nèi)樁基鋼筋變化，計算結(jié)果列表如下：

　　由上表計算結(jié)果生成散點圖如下：

　　根據(jù)樁基配筋計算結(jié)果列表和散點圖，隨著臺背回填材料的內(nèi)摩擦角由30°增加到50°，樁基最不利配筋率從2.0%減小到0.69%，可見選用內(nèi)摩擦角大的回填材料，能有效降低樁基配筋率。

　　2.樁長敏感性分析

　　采用因素分析法進行樁長對樁基配筋敏感性分析，固定回填材料的內(nèi)摩擦角為40°，樁側(cè)土的比例系數(shù)m采用10000KN/m4，安全系數(shù)儲備1.2，裂縫寬度按照0.2mm控制。根據(jù)樁基計算M法則[1]，計算采用樁長分別為14m、20m、26m、32m、38m，分析樁長的變化對樁基配筋的影響，計算結(jié)果列表如下：

　　由上表計算結(jié)果生成散點圖如下：

　　根據(jù)樁基配筋計算結(jié)果列表和散點圖，樁長從14m增加到38m，樁基最不利配筋率從1.65%減小到1.13%，可見在滿足地基承載力要求的情況下，適當增加樁長，對降低樁基配筋率也有一定效果。

　　3.樁側(cè)土比例系數(shù)敏感性分析

　　在樁基配筋計算過程中，提取出承臺底內(nèi)力后，需要采用M法分配計算每根樁基的內(nèi)力，樁側(cè)土的比例系數(shù)則成為了分配的關(guān)鍵，但在實際設(shè)計過程中，很難準確的確定某類土的比例系數(shù)，這也會導致計算結(jié)果存在差異，在《公路橋梁地基與基礎(chǔ)設(shè)計規(guī)范》[1]中對非巖石類土的比例系數(shù)也只給出了參考范圍，如下表所示：

　　表中：m為非巖石類地基水平向抗力系數(shù)的比例系數(shù)，m0為樁端處地基水平向抗力系數(shù)的比例系數(shù)。

　　從上表可看出，即便是同一類非巖石類地基土，其比例系數(shù)相差也很大，在實際使用時往往會導致計算結(jié)果差異很大，因此對其進行敏感性分析就很有必要。

　　采用因素分析法進行樁側(cè)土比例系數(shù)對樁基配筋敏感性分析，固定回填材料的內(nèi)摩擦角40°，樁長取用32m，安全系數(shù)儲備1.2，裂縫寬度按照0.2mm控制。根據(jù)樁基內(nèi)力計算M分配法則，計算采用比例系數(shù)分別為5000、8000、10000、20000、40000KN/m4，分析樁側(cè)土比例系數(shù)的變化對樁基配筋的影響，計算結(jié)果列表如下：

　　由上表計算結(jié)果生成散點圖如下：

　　根據(jù)樁基配筋計算結(jié)果列表和散點圖，樁側(cè)土的比例系數(shù)從5000KN/m4增加到40000KN/m4，樁基最不利配筋率從1.74%減小到0.61%，可見樁側(cè)土的比例系數(shù)越大，樁基最不利配筋率越小。

　　4.結(jié)語

　　橋梁樁基配筋的影響因素很多，在設(shè)計過程中對某些參數(shù)的取值，地勘試驗也很難給出準確的取值，因此設(shè)計人員就要對各種影響因素有較強的綜合判斷能力，在設(shè)計過程中抓住主要的影響因素，合理取值達到安全、經(jīng)濟的目的。

　　本文結(jié)合肯尼亞內(nèi)羅畢西環(huán)城路項目橋梁橋臺設(shè)計案例，通過因素分析法，對橋梁樁基配筋影響比較重要的三個因素：回填材料的內(nèi)摩擦角、樁基長度、樁側(cè)土的比例系數(shù)進行了分析，通過繪制散點圖判斷其影響趨勢。

　　1 j回填材料的內(nèi)摩擦角增大、樁長增長、樁側(cè)土的比例系數(shù)增大，都能有效的降低橋臺樁基的配筋。

　　2 j對同一類回填材料，在實驗給出的參考值范圍內(nèi)取小值能有效保證設(shè)計安全;對摩擦樁如適當增加樁長，通過對比增加樁長的混凝土工程量與減少配筋的工程量，綜合分析是否有必要增加樁長;對于同一類非巖石類土比例系數(shù)，在地勘給出的參考值范圍內(nèi)取小值能有效保證設(shè)計安全。

　　3 j通過因素分析法綜合分析，回填土的內(nèi)摩擦角對樁基的配筋影響最顯著，同時也是最能夠人為控制的因素，因此在設(shè)計時盡可能選用內(nèi)摩擦角大的材料，如碎石類土、碎石等，以有效降低橋臺的樁基配筋率。

　　參考文獻

　　1.JTG 3363-2019 公路橋涵地基及基礎(chǔ)設(shè)計規(guī)范

　　2.JTG 3362-2018 公路鋼筋混凝土及預應力混凝土橋涵設(shè)計規(guī)范

　　3.JTG D30-2015 公路路基設(shè)計規(guī)范