一、樁基豎向力產生的原因及機理

要想使樁基產生承載力，最基本的條件就是樁基礎與土體之間產生一定量的位移。一般樁基礎由于自身重力以及樁基礎頂端荷載的作用會發生向下的移動，從而導致樁基與土體之間出現了相對的位移，這種位移直接導致了樁基與土體之間產生相互的剪力，這種剪力會隨著相對位移的不斷增加而逐漸增大，當達到剪力的最大值時，樁基上繼續增加的荷載將會由樁基底端的支撐力來承擔，這是大多數樁基受力的基本特征。造成樁基和土體之間產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，樁基自身產生的型變量較小，另外兩種變形是導致樁基沉降位移出現的主要原因。

我國公路橋梁樁基出現沉降變形主要是由于當前國內施工所采用的方法和水平限制，當前很多國內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，引起樁基的沉降現象。

二、準確計算樁基的承載力

在進行公路橋梁樁基設計和施工時，不能簡單的依靠一些以往的經驗來進行，需要對一些重要的數據進行專業科學的計算。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行有效地計算，從而更好的設計橋梁所能承受的最大重量，保證橋梁和車輛的相應安全問題。在對公路橋梁樁基最大承載力進行計算時，應該參照我國當前相關的公路橋梁樁基計算公式進行計算，公式的表達式為：[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表示的是樁基進入巖石層內部分的地面周長，而A表示的是裝基底部的截面積，另外的cl和c2都表示的是一個相對固定的系數。

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

三、樁基負摩阻力

樁基與土體之間的相對位移是樁基承載力實現的必要條件。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生的摩擦力。通常在計算樁基承載力時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，由于軟土層受到周圍填土以及車輛的壓力作用，軟土層會出現較為明顯的壓縮變形，出現沉降現象，當周圍土體的沉降量明顯大于樁基的沉降量時，土體與樁基之間的摩阻力方向就會出現向下的現象，這就是所謂的負摩阻力。通常在進行撞擊設計時，如果沒有對負摩阻力進行充分的考慮，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，從而影響整個橋梁工程的上下整體結構，其次，這種沉降會對端承樁的樁基本身以及樁基底部堅硬層產生破壞。造成負摩阻力出現的主要原因有：

（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，非常容易導致軟弱土體層由于沉降量大引起負摩阻力；

（2）由于樁基下的地下水位降低，使得周圍土體中效應力升高，土體出現固結的現象，從而出現沉降的現象；

（3）樁基經過還沒有固結的軟弱土層或新填的土層，由于土體自身的重力作用，導致土體出現固結的現象，出現沉降。所以在進行樁基設計時，應該充分考慮上述現象，并采取相應的預防措施，防止出現土體大幅沉降引起負摩阻力。

一般，樁基出現負摩阻力的范圍并不是整個軟土層都會發生。樁基周圍的軟土層沉降，導致樁基所受的正摩阻力不斷減小，在樁基的頂部會出現一定范圍的負摩阻力，隨著軟土層沉降的逐漸增加，樁基受到負摩阻力作用的范圍會逐漸減小，當到達某一特定深度時，樁基所受的側摩擦力剛好為零，這一點稱之為中性點。一般在中性點的上部土體的沉降量大于樁基的沉降量，形成一段負摩阻力區域，而中性點的下面，樁基的沉降量要大于土體的沉降量，形成正摩阻力區域。

一般中性點的位置并不是固定不變的，它受多種因素影響。

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

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

（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

在公路橋梁樁基設計時，經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度的巖石層的情況。如果這一巖石層的強度無法滿足樁基對持力層的強度要求，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方面的內容來確定：

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

（2）要求樁底以下3倍樁徑范圍內沒有軟弱夾層、洞隙以及斷裂帶分布；

（3）在樁端應力擴散范圍內沒有巖體臨空面。為了保證樁基設計的經濟性與合理性，應結合經驗值與試算數值，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，理論上應根據樁基內力進行計算布置。樁基內力可采用“m”法或其他有可靠依據的方法計算。按“m”法計算樁基時，樁身彎矩有四個特點。

（1）彎矩分布規律近于一條自頂向下衰減的波形曲線，且衰減很快；

（2）樁身最大彎矩發生在第一個非完整波形內，一般在地面以下約3m位置；

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

（4）第一個彎矩零點位置在樁人土深度h=4/ah處。

2、在設計中通常有兩種鋼筋布置方式

一種是根據最大彎矩處進行配筋，另一種是將基樁主筋一半部分一直伸到樁底。從樁體受力和節省工程費用以及發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，樁基灌注混凝土時，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

總之，公路橋梁樁基的設計包括大量繁瑣的工作，在進行設計時必須對公路橋梁樁基周圍的受力情況、最大承載力計算、負摩阻力以及嵌巖深度等多方面內容進行細致的分析計算，只有這樣才能夠保證公路橋梁樁基設計更加科學合理，從而更好的提升公路橋梁的安全性和可靠性，同時有效地降低公路橋梁工程的造價，為公路橋梁施工帶來巨大的貢獻。

作者：陳志禮 張峰 單位：武漢衡通公路勘察設計院有限公司