摘要 在公路橋涵地基與基礎設計規范[1]只對摩擦樁和嵌巖樁的樁基承載力進行了詳細規定，但樁基設計不僅僅要考慮樁基承載力，設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、臺后填土的內摩擦角、樁側土的比例系數等對樁基的內力及配筋具有較大影響。本文結合肯尼亞西環城路項目橋臺設計案例，分析樁基的長度、臺后填土的內摩擦角、樁側土的比例系數等影響因素對樁基配筋的敏感性，結合混凝土設計規范[2]配置樁基鋼筋，有效節約材料，實現經濟效益。

　　關鍵詞 樁基、配筋、樁長、內摩擦角、比例系數

　　0.概述

　　肯尼亞內羅畢西環城路橋梁設計采用中國標準，環城路由于用地受限，設置的跨越環城路的車行橋梁橋臺高度達到10米左右，在進行橋臺設計時選用了占地比較節省的輕型薄壁橋臺，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。肯尼亞環城路某處橋梁上跨環城路，橋梁布置為2跨16米，橋面寬12米;上部結構為先張法預應力空心板梁;下部結構橋墩為樁柱式、橋臺為輕型薄壁橋臺，承臺厚2m，下設6根1.2米樁基，橋臺高度9.8米，由于地質條件比較差，樁基采用摩擦樁。

　　在設計時橋臺的臺背回填考慮了很多種材料，結合當地實際情況主要有紅土礫料、碎石土、粗砂等，這幾種填料產生的臺后土壓力相差很大，主要是計算臺后土壓力系數時材料的內摩擦角差異導致;根據地勘數據，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，由于規范對樁側地基土的比例系數只給出了參考范圍，通過對同一類土參考范圍內的比例系數進行調整，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，得出敏感性分析結論。

　　在建立完成上部結構有限元分析計算模型后，提取出上部結構反力;隨后建立好橋臺有限元分析計算模型，通過地勘參數合理模擬樁基土彈簧約束，施加上部荷載反力，通過調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構荷載反力、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確根據不同的回填材料內摩擦角值變化很大，因此臺后填土的內摩擦角是影響土壓力計算的關鍵因素。同時，路基設計規范[3]中對某一類填料的內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，下表為規范給出的內摩擦取值范圍：

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

　　由上表計算結果生成散點圖如下：

　　根據樁基配筋計算結果列表和散點圖，隨著臺背回填材料的內摩擦角由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，固定回填材料的內摩擦角為40°，樁側土的比例系數m采用10000KN/m4，安全系數儲備1.2，裂縫寬度按照0.2mm控制。根據樁基計算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，計算結果列表如下：

　　由上表計算結果生成散點圖如下：

　　根據樁基配筋計算結果列表和散點圖，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.樁側土比例系數敏感性分析

　　在樁基配筋計算過程中，提取出承臺底內力后，需要采用M法分配計算每根樁基的內力，樁側土的比例系數則成為了分配的關鍵，但在實際設計過程中，很難準確的確定某類土的比例系數，這也會導致計算結果存在差異，在《公路橋梁地基與基礎設計規范》[1]中對非巖石類土的比例系數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的比例系數，m0為樁端處地基水平向抗力系數的比例系數。

　　從上表可看出，即便是同一類非巖石類地基土，其比例系數相差也很大，在實際使用時往往會導致計算結果差異很大，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土比例系數對樁基配筋敏感性分析，固定回填材料的內摩擦角40°，樁長取用32m，安全系數儲備1.2，裂縫寬度按照0.2mm控制。根據樁基內力計算M分配法則，計算采用比例系數分別為5000、8000、10000、20000、40000KN/m4，分析樁側土比例系數的變化對樁基配筋的影響，計算結果列表如下：

　　由上表計算結果生成散點圖如下：

　　根據樁基配筋計算結果列表和散點圖，樁側土的比例系數從5000KN/m4增加到40000KN/m4，樁基最不利配筋率從1.74%減小到0.61%，可見樁側土的比例系數越大，樁基最不利配筋率越小。

　　4.結語

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

　　本文結合肯尼亞內羅畢西環城路項目橋梁橋臺設計案例，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：回填材料的內摩擦角、樁基長度、樁側土的比例系數進行了分析，通過繪制散點圖判斷其影響趨勢。

　　1 j回填材料的內摩擦角增大、樁長增長、樁側土的比例系數增大，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取小值能有效保證設計安全;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，在地勘給出的參考值范圍內取小值能有效保證設計安全。

　　3 j通過因素分析法綜合分析，回填土的內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，因此在設計時盡可能選用內摩擦角大的材料，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設計規范

　　2.JTG 3362-2018 公路鋼筋混凝土及預應力混凝土橋涵設計規范

　　3.JTG D30-2015 公路路基設計規范