湿陷性黄土山区桥梁桩基础设计探讨

摘要：黄土在我国分布广泛，且大多具有湿陷性，对桥梁桩基设计影响较大。简述了山区湿陷性黄土的特性，桩侧负摩阻力的产生原因、影响因素，结合铁路桥涵规范对湿陷性黄土地层桥梁设计的有关要求，重点介绍了桩侧正负摩阻力中性点位置的确定、负摩阻力的计算和设计取值问题，并提出了消减负摩阻力的几种措施。通过已完成的某桥梁桩基设计实例，对湿陷性黄土地层基础选型、桩长确定、负摩阻力取值和控制桩基沉降等问题进行了综合论述，以期对类似工程设计提供借鉴作用。

关键词：湿陷性黄土；桥梁桩基；设计

Abstract: the loess in our country are widely distributed, and most of the collapsible sex, bridge pile foundation design of big effect. The mountain areas, this collapsible loess characteristics, pile of negative skin friction resistance causes, influence factors, combining railway bridge to regulate collapsible loess strata the relevant requirement of bridge design, focusing on the pile side friction of the positive and negative positioning and neutral point of negative skin friction resistance calculation and design value, and put forward the cut of negative skin friction resistance several measures. Through the completed bridge pile foundation design examples, collapsible loess foundation stratum selection, the pile length sure, of negative skin friction resistance value and control settlement of pile foundation problems such as comprehensive discussion, so as to provide reference for the similar project design.

Keywords: collapsible loess; Bridge pile foundation; design

中图分类号：S611文献标识码：A 文章编号：

黄土在我国分布较广，黄河中游的河南西部、山西南部、陕西和甘肃的大部分地区为我国黄土和湿陷性黄土的主要分布区，这些地区的黄土分布连续，厚度较大，发育较典型。其中，湿陷性黄土约占黄土分布总面积的60%左右，以晚更新世Q3和全新世Q4黄土为主。大部分表层新黄土具有湿陷性，湿陷性土层厚10~25m。湿陷性黄土山区沟壑纵横、形态复杂、坡陡沟深，沟槽发育速度快；黄土物质疏松，垂直节理，易遭受侵蚀，此类地区进行桥涵设计不稳定因素多。

1 湿陷性黄土特性

1.1湿陷性

湿陷性黄土是具有强烈结构性的欠压密土，黄土浸水以后在外荷载或土的自重作用下发生的下沉现象称为湿陷。黄土的湿陷现象是一个复杂的地质、物理、化学过程，其湿陷机理比较公认的说法是黄土浸水后，胶结物质发生化学和物理化学反应，使结构强度降低。黄土的湿陷条件是黄土中存在孔隙直径大于周围颗粒直径的架空结构，与其孔隙比、含水率等土的物理性质有关。天然孔隙比越大，或天然含水率越小，则湿陷性越强。

1.2湿陷性黄土的判定

黄土湿陷性的判别，采用室内压缩试验方法测得湿陷系数δs进行。按照《铁路桥涵地基和基础设计规范》规定，当δs≥0.015时可定为湿陷性黄土，否则定为非湿陷性黄土。

根据湿陷量和自重湿陷量的计算值s将场地湿陷类型不同的地基划分为Ⅰ（轻微）、Ⅱ（中级）、Ⅲ（严重）、Ⅳ（很严重）。

1.3黄土湿陷性对桥梁桩基的影响

湿陷性黄土地区桥涵建筑物根据其重要性、

结构特点和受水浸湿后的危害程度分为甲、乙、丙、丁四类。实践证明，湿陷性黄土地基处理后，施工完后仍可能产生部分或不均匀下沉。如果在桥梁设计中未考虑或未充分考虑黄土湿陷性，就可能造成桩端地基的破坏、桩身失稳、桥墩不均匀沉降，从而影响桥梁使用，故将其列为甲类。

2桩侧负摩阻力

桩侧摩阻力是通过桩与桩周土的相对位移而产生的。桩在轴向荷载作用下，桩—土之间就产生了相对位移，于是对土产生了摩阻力。一般情况下，桩受轴向荷载作用后，桩相对于桩侧土体做向下位移，使土对桩产生向上作用的摩阻力，称为正摩阻力；反之，当桩周土体因某种原因发生下沉，其沉降速度大于桩的下沉时，桩侧土就相对于桩做向下位移，使土对桩产生向下作用的摩阻力，称为负摩阻力。

在自重湿陷性黄土场地，当桩周土层受水浸湿产生自重湿陷时，其相对位移远远大于桩的下沉量，因而沿桩身侧面产生向下作用的负摩阻力。此负摩阻力相当于给桩施加一个向下的附加荷载（简称下拉荷载），并与桩顶上的荷载全部由桩身传给桩底端持力层。因此，确定单桩承载力时，除不计湿陷性黄土层范围内桩侧的正摩擦力外，还应扣除桩侧的负摩阻力。

2.1中性点位置的确定

桩侧产生负摩阻力时，并不发生在整个被穿透的湿陷性黄土层，只在一定深度范围内发生，这个深度就是中性点的位置。一般认为，桩基承台底面以下，桩的中性点以上，桩周土层的下沉量大于桩的下沉量，桩侧的摩擦力为负值；桩的中性点以下，桩底端以上，桩周土层的下沉量小于桩的下沉量，桩侧的摩擦力为正值。在负摩擦力过渡为正摩擦力的相交处，桩与桩周土层的下沉量相等，且摩擦力为零，此点为中性点。如图1所示。

中性点的位置取决于桩和桩周土层的相对位移，并与桩侧土的湿陷性质、浸水时间、浸入土层中的水量和浸湿范围等因素有关。只有当桩周的湿陷性黄土充分浸水引起的下沉完全稳定后，桩的中性点位置方可稳定不动。当地下水位图1 桩侧正、负摩阻力

不可能上升到湿陷性黄土层底面以上，且桩侧湿陷性黄土层不可能出现局部浸水情况，则桩侧极限摩阻力及桩侧土抗力地基系数的比例系数m均可按天然状态下实际情况确定，不考虑负摩擦力。

工程设计时，在不具备现场实测条件的情况下，中性点深度可按照《建筑桩基计算规范》（JGJ94-2008）中下表估算取值。

表1中性点深度

持力层性质 黏性土、粉土 中密以上砂 砾石、卵石 基岩

中性点深度比

0.5～0.6 0.7～0.8 0.9 1.0

注： 、 分别为中性点深度和湿陷性黄土层深度。

2.2桩侧负摩阻力计算

影响负摩阻力的因素很多，为简便计算特做如下假设：（1）假定桩周负摩阻力均匀分布；（2）对于分层地基，假定在同一层内的负摩阻力均匀分布；（3）假定作用于桩周单位面积上的负摩阻力和正摩阻力数值上相等，方向相反。