大倾角岩层顺层坡桩基设计

江勇

摘 要：本文通过对大倾角岩层顺层边坡的桩基受力情况分析，结合工程实际，提出了大倾角岩层顺层边坡的桩基长度取值方法。

关键词：大倾角岩层;顺层坡;桩基设计

1 背景简介

随着我国经济建设的发展，脱贫攻坚的逐步推进，道路工程穿山越岭，各种复杂地质情况均会遇见。大倾角（一般指边坡坡度大于30度）的顺层边坡地质时在坡脚开挖时会引起上部岩层滑动。当路线不可避免穿越大倾角顺层边坡地质时，若路基设计标高距离坡顶距离小，路基可采用挖方的方式通过，上部岩层需采用清方的方式处理;若路基设计标高距离坡顶距离较大时，因岩层滑坡会导致防护工程量巨大，或者因清方导致开挖工程量大，且对周围环境造成严重不良影响。为避免路基开挖引起大规模山体滑动，可采用抬高路基设计标高，设置桥梁的方式跨越。设置桥梁对边坡的扰动范围较小，影响范围仅限墩台基础部分，对边坡的稳定性和公路自身结构的安全性较好。对桥梁结构而言，顺层坡地带设置扩大基础开挖量大，对山体扰动明显，影响地基承载力，不利于边坡的稳定和基础的稳定，而设置桩基础时，因其截面面积小，所以影响范围小，对山体破坏较小，成为较好的基础结构形式。

因此，工程上对如何在大倾角岩层顺层边坡上设计桥梁桩基提出了具体的要求。本文通过对贵州某工程项目的设计分析，讨论了此类不良地质情况下的桩基设计及长度取值方法。

2 地形地质概况

本项目位于贵州省北部，桥位处地质为构造剥蚀、流水侵蚀中低沟谷地貌，沟谷较狭窄，为“V”字型，基岩裸露，斜坡陡峭，岩层产状为145°∠52°，岩层性质为灰岩，桥位区路线走向为56°，与岩层走向之间夹角为1°，岩层为顺层坡。路基设计标高与坡顶高差约130 m，若采用挖方路基，一般的防护措施不能保证缺失底部支撑的顺层坡岩层的安全性，若不设置防护而采用清除路基底部以上顺层坡的方式会导致开挖工程量巨大。若采用填方路基，路基外侧需设置挡墙，挡墙基础开挖同样会导致顺层坡底部缺乏支撑，面临挖方路基同样问题。所以工程设计可采用提高路面设计标高，设置桥梁的方式通过，从而避免对顺层坡的开挖和扰动。

3 桥型设置

路面高度仅需保证桥梁施工不对边坡产生影响即可，因此桥梁高度總体不高，采用小跨径16 m的普通钢筋混凝土连续箱梁，可减小桩基所承受荷载，且降低施工难度，有利于支架的搭设。本桥桥台设置在顺层坡范围以外不受顺层坡影响。桥墩采用柱式墩，桩基直径采用1.6 m，设计桩长15 m，桩基直接嵌入基岩。

4 桩基受力分析

根据《公路桥涵地基与基础规范》JTG3363-2019第6.1.1条规定，桩基应根据使用功能和受力特征分别进行桩基整体或单桩的竖向承载能力和水平承载能力的验算;对位于坡地、岸边的桩基，应验算其在最不利荷载组合效应下的整体稳定性。

对于地面较平坦位置的桩基，其受力主要为上部结构自重，墩柱和桩基的自重，汽车荷载，温度效应产生的水平力，桩端基岩提供的反力，以及桩基与岩土的摩擦力。

然而对于处于斜坡地段的桩基，其有可能受到的力还包括岩土层间相对滑动产生的剪力。因此，对于处在大倾角顺层坡地段的桩基受力分析，需重视岩层间相对滑动的剪力对桩基安全性的影响。

对于斜坡地段的桩基，可参照抗滑桩设计，通过相关岩土力学软件计算桩基承受岩土剪力，从而计算桩基的承载力。

本项目桩基直径为1.6 m，主筋设置为28根直径32 cm的HRB400钢筋，采用midas建模分析，桩基与岩土之间的相互作用采用土弹簧模拟，采用m计算土弹簧弹性系数，并根据可能发生的滑动情况计算的附加剪力计入外力分析桩基的承载能力。计算模型如图所示：

其余计算略。根据计算结果，桩基承载力满足要求。

5 桩长取值

根据本地区工程经验，斜坡地段的桩基顶端部分长度不计入桩基有效长度，持力层为倾斜岩层时，刚入岩部分桩基长度不计入有效嵌岩深度。桩基有效嵌岩深度计算方式为：

以桩基边缘至基岩斜坡边缘距离不小于3D（D为桩基直径）为桩基嵌岩深度起算点，以下部分即为桩基有效嵌岩深度。一般嵌岩深度按3D设置，本桥桥墩桩基设计长度取15 m。

6 结论

根据本项目大倾角顺层坡的桩基受力计算分析，在此类不利地质条件下，需重视顺层坡岩层的相对滑动对桩基受力的影响，设置的桩基直径及配筋量均需比常规平坦地质情况下设置的大。本例为以后此种地质条件下的桩基设计提供了计算实例。

参考文献：

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