公路桥梁工程中桩基沉降的设计措施

廖守吉

(赣中南地质矿产勘查研究院)



公路桥梁工程中桩基沉降的设计措施

廖守吉

(赣中南地质矿产勘查研究院)

主要针对公路桥梁工程中桩基沉降的设计措施进行了探讨。

公路桥梁工程；桩基沉降；设计；措施

1 公路桥梁工程中桩基沉降的原因分析

1.1 端承型群桩沉降原因分析

端承型群桩是公路桥梁工程中众多群桩的一种，这种群桩是由端承桩群组成的，这种群桩最大的特点就是持力层比较刚硬，群桩所承受的重量直接通过承台输送到群桩的地下层，这样就可以大大降低群桩所承载的重量，进而提高群桩的承载强度，也正是因为这样加固了桩底的土层，避免桩底的土层因为承载重量过大而出现的沉降现象和端桩刺入到土层的情况。也正是因为这个原因让端桩的桩身压缩值也非常小，桩身压缩值和刺入沉降值都非常小的情况下就会降低桩侧的摩擦力，从而降低桩侧剪应力的整体影响。在这种情况下，如果把每一个单桩都比作是一个独立的单位，这样承台与单位桩之间的彼此作用值就会非常小，甚至可以直接忽略。这样在计算群桩的承载强度时就可以将各个单桩的承载强度相加即可，所以如果群桩出现了沉降的情况只有当持力层持续下降到下卧层才有可能出现。

1.2 摩擦型群桩原因分析

摩擦桩群与端承桩群的沉降原因截然不同，具体分析其产生沉降的原因时复杂程度也要非常困难。因为在刚刚进行的端承型群桩分析时，单桩、承台之间以及单桩与单桩之间的综合作用力和相互作用力几乎可以忽略不计的，但是在分析摩擦桩群的时候就不能忽视单桩与单桩之间的相互影响，在摩擦型的群桩中，荷载的重量主要是以摩擦力的方式传递下去的，在这种情况下单桩之间的相互影响非常重要。所以，在单桩与单桩之间以及各桩端土层之间都会明显发生重叠应力的现象，使桩基之间的摩擦力与承载力之间互相影响，并且端顶的承载力也会受到相应的影响和干扰，所以在分析群桩承载力强度过程中，不能简单相加各单桩之间的承载力，也正是由于各个群桩之间互相干扰和影响，才导致各个群桩发生沉降的可能性较大。

2 公路桥梁工程设计桩基沉降的设计措施

2.1 单桩的沉降设计措施

(1)剪切变形法：所谓的剪切变形方法主要是指假定桩土间不会发生相对位移现象。桩侧土体上的上层之间与下层之间并没有明显作用，同时也会忽视桩端阻力作用。如果单桩发生沉降之后，并且沉降到S点之后，那么土体也会发生沉降现象，同时也会发生剪切情况，并且移动到指定位置上，同时剪切应力也会相应进行传递，在这个传递的过程中，主要是沿着径向路径向外所传递的。另外，在传递到X点之后，X点区域的剪切值会随之变小，在计算中可以将X点剪切值忽略不计。除外，假设该区域所发生的一系列剪切情况都符合弹性性质要求，存在这样的实际情况，剪切应力之间呈现正比例的关系。因为在距离桩轴不远之处土体单位，其竖向位移为s，水平位移并未发生很大的变化，在计算过程中可以忽略不计，那么土体单元的剪应力以及剪应变可以为：τ=Gs·ds/dr，γ=ds/dr。其土体健全模量可用Gs来表示。其中α代表土体单元长度，桩半径主要为r0，桩侧阻力主要为qn，，则根据平衡条件可得到

S=τ0r0/Gs·rm/r0

(1)

式子：其中=代表桩侧沉降量，rm代表单桩的半径。

剪切变形法具备很多优势，这些优势在实际应用过程中，都可起到很积极的作用，同时应用这些特征也能进一步掌握和明确对深长单桩沉降相关问题，并且解决所存在的主要问题，进一步展开不同程度的计算和设计，但是这种设计方法会忽视所存在的多方面因素，这些因素也起到很重要的影响作用，例如地基分层因素和参数变化因素以及桩端沉降因素等。因此，这个方法在设计公路桥梁工程中实际应用很少。

(2)单向压缩分层总和方法：所谓的单向压缩分层总和方法主要是指根据周边土层展开深入计算，在计算中得到各层沉降量和总的沉降量。在桩基础设计中，这种计算浅基础的沉降方法通常应用在直径较大的单桩之中。从各方面上来讲，桩侧阻力是较小的，桩基础底部半径较大，所以可以充分利用单向压缩分层总和方法计算沉降总量。例如，在计算深基条件过程中，可运用明氏应力法计算方法可计算出设计沉降量以及推算量。运用分层综合方法深入分析和研究单桩沉降量，依据计算压缩层的情况，并且按照相关经验或者规定要求进一步确定。

2.2 群桩的沉降设计方法

(1)实体深基础法(等代墩基)：目前，在设计公路桥梁工程过程中，在计算群桩沉降中，实体深基础法是常用的方法，同时也是将高承台的桩群和土层作为墩基实体深基础，但需要注意的是这个等待墩基应在指定范围之内，实体墩基与桩基土层以及桩群之间会产生压缩现象，在利用扩展计算得到群桩沉降值。同时，也可根据所选用的实体基础底面，再加上地基土执行和附加应力性质是不同的，这就需要利用不同计算模式进行计算。为了能够消除所存在的差异，能够顺利进行计算，可根据实际计算情况，采用如下几种预防措施：①在变动假定实体基础底面位置过程中，注意桩基础发生土层压缩的可能性；②在群桩顶部外面固定斜率增大假定实体基础底面的面积，重视群桩基础周围剪应力所带来的主要影响；③根据相关具体公式，进一步计算出荷载下附加应力的主要方法，进一步健全完善基土层附件应力的计算准确度情况。

(2)分层总和法：所谓的总和法，在计算过程中，可将群桩基础作为实体基础，但可不考虑桩基础侧面应力所带来的影响。其中实体基础的宽和长可利用承台地面的宽度和长度进行计算，其实也就是实体基础的基底边长，可采取相应的承台地面边长。同时，还需要考虑到实体桩端面的附加应力，也需要考虑到承台底部附加应力的平均值，在计算分布应力中，可采用均质直线变形理论方法。分层总和方的主要特征是计算方法简单，其工程应用原理也比较健全和成熟，因此，在公路桥梁建筑中得到广泛运用。但分层总和法也存在着弊端，在应用分层总和法中需要将压缩层划分成为若干个小细层，并且确定出压缩层广度和深度，由于在计算中缺少严格的计算基础，所以得到的计算结果也存在着很大误差。

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[2] 何思明,郭强等.单桩沉降计算理论研究[J].岩石力学与工程学报,2014,(4):92-94.

[3] 颜宏.公路桥梁工程设计中的桩基沉降分析[J].中小企业管理与科技(上旬刊),2011,(5):134-135.

[4] 许峰平.公路桥梁工程设计中的桩基沉降研究[J].工程技术,2015，(2):358-360.

2015-04-11

廖守吉(1987-)，男，江西万安人，工程师，研究方向：路桥专业相关。

U442

C

1008-3383(2015)12-0142-01