【摘 要】本文通过对新立堡大桥嵌岩桩的设计，分析了在不同地质状况下嵌岩桩设计所采用的计算模式，通过选择合理的计算模式进行设计以达到对结构安全度和工程投资控制最优化。
【关键词】大跨径变截面连续梁；嵌岩桩；设计
一、工程概述位于沈阳市市区东南部，介于长青桥与东三环之间，跨越浑河。向北通过接线路与新立堡街及沈水东路相接，向南通过接线路与浑南东路相接，连接沈河区与浑南新区。
桥位附近滩地范围内以苗圃为主，既有建筑较少，桥位处现状浑河主河道宽度600m。
新立堡大桥桥梁总长1337.75 米，由主桥、引桥、引道三部分组成，桥梁宽度为40m，引道宽度为41m。主桥横断面布置为： 5 m（人非混行道）+30 m（机动车双向八车道）+5 m（人非混行道）=40m。主桥桥型为变截面五跨预应力混凝土连续箱梁桥，跨径布置为47+80+116+80+47=370m ； 北引桥长210m，为两联3×35m 等截面预应力混凝土连续箱梁；南引桥长210m，为两联3×35m等截面预应力混凝土连续箱梁。
根据地面地质调查、钻孔揭露并结合区域地质资料，按地层时代、成因、岩性结构及其工程特性，将新立堡大桥桥区土岩体划分为第四系冲积地层及其下的第三系泥砾基岩层两大类。由上至下依次为：第四系冲积层：①杂填土、②中砂、③砾砂、④圆砾、⑤砾砂、⑥圆砾、⑦粗砂、⑦-1 砾砂、⑦-2粗砂；第三系泥砾基岩层：⑧-1 圆砾、⑧-2粗砂、⑨强风化花岗岩、⑩中风化花岗岩。
二、嵌岩桩设计过程嵌岩桩的设计方法在某种意义上可说是计算公式，根据现行的相关规范，嵌岩桩单桩承载力计算公式主要有2 种。
2.1 计算公式一以《建筑地基基础设计规范》（GB50007-2011）（以下简称“建筑基础规范”）的公式（8.5.6-2）为代表，此公式为：R q Aa pa p ??*式中：Ra 为单桩竖向承载力特征值；qpa为桩端岩石承载力特征值；Ap 为桩底端横断面面积。
2.2 计算公式二以《公路桥涵地基与基础设计规范》（JTG D63-2007）（以下简称“桥涵规范”）的公式（5.3.4）为代表，此公式为：?R ??c A f c h f l qiknii rki s imia p rk i ???????????1 11 2 21 ?????式中：［Ra］——单桩轴向受压承载力容许值（kN），桩身自重与置换土重（当自重计入浮力时，置换土重也计入浮力）的差值作为荷载考虑；c1——根据清孔情况、岩石破碎程度等因素而定的端阻发挥系数；Ap——桩底端横断面面积，对于扩底桩，取扩底截面面积；frk——桩端岩石饱和单轴抗压强度标准值（kPa），黏土质岩取天然湿度单周抗压强度标准值，当frk 小于2MPa 时按照摩擦桩计算（frki 为第i 层frk 值）；c2i ——根据清孔情况、岩石破碎程度等因素而定的第i 层岩层的侧阻发挥系数；u——各土层或各岩层部分的桩身周长（m）；hi——桩嵌入各岩层部分的厚度（m），不包括强风化层和全风化层；m——岩层的层数，不包括强风化层和全风化层；ζs——覆盖层土的侧阻力发挥系数，根据桩端frk 确定：当2MPa≤frk＜15MPa 时，ζs=0.8；当15MPa≤frk＜30MPa 时，ζs =0.5；当frk 大于30MPa 时，ζs =0.2；li——各土层的厚度（m）；qik——桩嵌入各岩层部分的厚度（m），不包括强风化层和全风化层；n——土层的层数，强风化层和全风化层按土层考虑。
上述2 种计算方式有相同处，但是又有很大不同处。他们相同之处在于：①桩端承载力都是采用桩端岩石的单位面积承载力乘以桩端面积；②桩端岩石单位面积承载力都是采用岩石单轴抗压强度乘以岩石风化程度和施工工艺有关的折减系数（根据清孔情况、岩石破碎程度等因素而定的端阻发挥系数）。
而上述2 种计算方式的不同之处在于：①计算公式一，完全不考虑桩侧土和岩石的桩侧阻力；计算公式二，除了考虑桩端支撑力外也考虑了桩嵌入岩层深度范围内的岩层提供的侧阻力（经过折减），以及考虑了经过折减的覆盖土的侧摩阻力作用。②两种计算方法都非常重视和强调岩石风化划分及其对单桩承载力的影响，但具体确定岩石风化程度对单桩承载力影响时相差较大。
由上分析可知两种计算方式均是考虑以桩底承载力为主，但是“建筑基础规范”中公式1 中基本不考虑土和岩石侧摩阻力作用，计算偏保守；而“桥涵规范”公式2 中考虑了部分土和岩石侧摩阻力作用，在兼顾安全性同时也偏重于经济性。所以在不同工程中可以比较两种计算方式，具体情况具体分析。
2.3 新立堡大桥嵌岩桩设计新立堡大桥主桥的桥墩根部为矩形截面墩，桥墩下接承台。承台采用C30 混凝土，承台顺桥向长15m，横桥向长15m，承台厚5m。一个承台布置9 根桩，桩中距5.5m，桩径2m。
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根据上部结构计算结果，桩顶最大轴力设计值为18808 kN，经过初算，按摩擦桩计算摩阻力无法提供足够侧阻力，桩端已经落入中风化花岗岩层，故重新按照嵌岩桩计算公式计算。
2.3.1 依据公式1 按嵌入中风化岩层不小于2.5 倍桩径考虑。
R q Aa pa p ??*= 0.36×45000×3.14×1×1=50868kN＞18808+（25-18）×3.14×1×1×40=19687.2 kN2.3.2 依据桥涵基础规定中的公式2 计算，考虑部分土和岩石侧摩阻力作用，计算结果如下：桩端总承载力为：0.36×45000×3.14×1×1=50868kN嵌岩段岩石提供的总侧阻力:5165.7 kN桩周土总侧阻力:2304.29 kN单桩承载力设计值为50868+5165.7+2304.3=58356 kN＞19687.2 kN2.3.3 两种计算方式结果分析由上述两种计算公式所得计算结果可知：嵌岩桩基础的单桩承载力均满足设计要求，只是按照公式1 所计算出的结果只有桩底基岩支撑力，而按照公式2 计算结果包含桩底基岩支撑力及部分土和岩石侧摩阻力作用，计算出桩底总的支撑力要大于按照公式1 计算出的结果。
三、结束语嵌岩桩具有承载力高、抗震性能好、桩基沉降小、群桩效应弱等优点，因此广泛应用在市政及公路桥梁工程方面，且在公路桥梁建设中桩基嵌岩桩已经成为大跨径桥梁及软弱地基条件下桥梁设计的首选，因而研究市政及公路桥梁嵌岩桩基础的设计，了解市政及公路桥梁嵌岩桩承载力计算公式及作用机理，对我们日后研究及更好建设高质量桥梁工程有重要意义。
参考文献:[1] 《公路桥涵设计通用规范》，JTGD60-2004. 人民交通出版社[2]《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》,JTG D62－2004. 人民交通出版社[3]《建筑地基基础设计规范》（GB50007-2011）．中国建材工业出版社[4]《公路桥涵地基与基础设计规范》JTGD63-2007．人民交通出版社
论文作者:王培杰1
论文发表刊物:《工程建设标准化》2015年5月总第198期供稿
论文发表时间:2015/9/11
标签：承载力论文; 岩石论文; 岩层论文; 阻力论文; 公式论文; 桥涵论文; 计算公式论文; 《工程建设标准化》2015年5月总第198期供稿论文;