公路桥梁工程设计中的桩基沉降分析
摘要：随着经济的发展，人们的生活水平和质量也在不断提高，在国家基础建设方面政府也是越来越重视。

在基础的公共设施上，交通是很重要的一方面，而在公路、航运、铁运等交通运输中，最主要的部分则是公路。

桥梁也属于公路的一部分，因此对公路桥梁进行研究是很有意义的。

高速和重载是现代公路的主要特征，公路桥梁基础承受的荷载与它们的基础所承受的荷载是成正比的，因此，对公路桥梁工程设计中的桩基沉降进行准确分析对实际施工有着重要的作用。

关键词：公路桥梁、工程设计、桩基沉降分析
中图分类号： u448.14 文献标识码： a 文章编号：
前言
公路桥梁的上部结构荷载一般都很大，利用后期具有质量稳定、承载能力强等优点的钻孔灌注桩通常是大部分公路桥梁工程设计中首先选择的方式。

在公路桥梁工程中，在纵向荷载作用力下的桩基础，沉降的变化是桩、地基以及承台、土层之间的互相作用的结果，由于这些因素的多变性，公路桥梁设计中的桩基沉降是否适用于工程，对于工程质量、工程成本造价、能否按时竣工、后期的使用时间以及后期使用的维护工程影响非常大。

本文结合理论知识和实际经验，对公路桥梁设计中的桩基沉降做了系统分析。

公路桥梁的负荷承载在上路结构上通常都很大，因此，通常大部分公路桥梁工程设计中的首选方式是利用后期的具有承载能力和质量稳定等
优点的钻孔灌注桩。

二、正确区分摩擦桩和端承桩等桩基类型
在公路桥梁工程中，桩基础根据桩在土中的不同受力情况，通常被人们分为摩擦桩和端承桩两类。

摩擦桩是完全设置在软土层具有一定深度的桩基础，上部结构的负荷承载是由桩身四周侧面与土发生的摩擦力和桩基础尖端阻力共同承担的。

端承桩是完全穿过软土层后达到深层的坚实土层的一种桩基础，它的上部结构不同于摩擦桩，其负荷承载大部分都是由桩尖端的阻力来承担的。

事实上，在实际现场施工结果表明：桩身四周侧面的阻力、桩尖端阻力的性状和上面覆盖土层的性质、厚度、桩基础的长度和半径比例、嵌入基岩性质及嵌岩深径比例、桩基础底部沉渣厚度等多种因素相关。

三、桩的沉降分析
1、弹性理论法
弹性理论法的群桩沉降分析是以minidlin解的唯一和应力解为依据形成的位移法和应力法。

此外还有一种简化的弹性理论法求位移，以应力法中子桩侧面摩擦力为线性，将单桩分析的理论进行叠加得到桩群的计算方法。

2、实体深基础法（等代墩基）
在现代公路桥梁工程设计中计算群桩沉降的方法做常用的一种就是实体深基础法，它是把高承台下的桩群和土层作为一个等效墩基的实体深基础，不超过这个等代墩基的范围，桩群如同实体墩基
般工作并且桩间土层不发生压缩，最后利用扩展的计算方式得到群桩的沉降。

根据选用的假定实体基础底面的点不同，以及附加应力和地基土性质的不同，可以使用计算不同的模式。

为了消除这些差别对计算的影响，可以采取以下措施进行预防：
3、变动假定实体基础底面的位置，注意桩基础之间土层发生压缩的可能性；
4、在群桩顶部外面以固定斜率增大假定实体基础底面的面积，注意群桩基础周围剪应力的影响；
5、根据半无限弹性体内集中力的公式扩展出一系列的计算荷载下附加应力的方法，可以改善地基土层附件应力的计算准确度。

6、等效作用分层总和法
1940年，我国的工程专家黄强、刘金砺两位首先提出了等效作用法，不久，此法被桩基技术规范采用，来进行对均匀土质的土层中群桩沉降的mindlin解和均匀负荷承载下的矩形基础的boussinesq 解之间的比值进行计算，得出结论修正等代墩基的附加应力。

最后依据分层总和法求得群桩的沉降。

四、计算桥梁桩基的沉降情况
桥梁桩基存在沉降是必然的，而解决这个问题却是十分复杂、繁琐的。

由于通过设备很难对桩体周围的土体的应力变化关系给出实际、细致的观测，我们还不能通过对客观现象观察，建立应力的数学模型，不能提炼出反映桩体周围土质的真实的应力关系。

通过土
体中桩基础的观测，特别是对软土中摩擦桩的沉降过程的观测，我们发现其存在一定的规律。

在时间维度上，其具有一定的它的时间性。

一般来说，土中桩基础的沉降需要一个较长的沉降过程的，在工程竣工后，一般需要8~10年时间，而沉降速率可以降到每年7mm 左右。

这些现象说明，软土中的桩基础沉降的与时间因素有直接关系。

按土力学的理论，桩基沉降的主要部分包括两个部分，即应土体的流变和固结变形；而刺入变形是桩基础沉降的第二特征。

通过一系列的试验研究，我们发现：桩基发生不同程度的沉降后，构成桩沉降的不可忽略的一部分原因就是刺入变形。

试验的时间不能太长，这样不能保证土的徐变现象和固结的充分发展。

但是在桩基础沉降的产生和发展过程里，桩端附近的土体和桩基两侧很早就表现出“非线性”特征，土体出现塑性不仅仅在桩基的承载力在达到极限范围时才体现出来。

通过对桩侧摩阻力的研究时我们还发现：相对位移相对较小时，相对位移和摩阻力的大小成正比关系。

而相对位移接近极限值q，此时的摩阻力也达到最大，进而产生相应的滑动位移。

极限值q也被称为最大弹性位移，学术界一般界定q的范围在3~6mm之间。

对于细长桩来说，桩基的顶部承载的荷载不高时，由于弹性压缩的原因，桩基周围土层的位移就超过极值时，便产生相应的滑移。

在连续加载的环节里，产生滑移区域也随之扩大；桩基与桩基间的土体变形的固结和徐变使得相对滑移区域产生周期
性变化。

这是产生桥梁桩基刺入变形的最基本要素。

五、桩端持力层厚度及嵌入岩层深度
在桩基设计过程里，一般会遇到不同软弱岩层间的穿越，尤其需要穿越强度很高的岩层时，若夹层厚度不能承载其基本的厚度范围，那就需要钻孔桩对夹层进行穿越，这才可以到达持力层。

这点是十分考验施工进度的，同时对于工程机械来说也提出了十分苛刻的要求。

桩底基岩厚度的确定，可以从以下几个条件出发进行考虑：在对桩身周围覆盖的土层侧阻力不进行考虑时，在嵌入岩层的灌注桩周边可以嵌入相对完整的中风化、未风化以及微风化等最小深度的硬质岩体，构造要求一般为0.6米；同时要求桩底以下4倍的桩基直径范围内需要没有洞隙、断裂带和软弱夹层的分布；在桩端的应力扩散范围内，需要没有岩体的临空面。

而对于一般夹层来说，仅需要其满足其前面两个条件即可。

有些桩基位于岩溶地区，其岩体形状一般来说奇特且多变，毫无规律可循，借助先进的勘探手段也不能探明其准确大小与实际位置，直接导致工程费用增加和工程工期延长。

为保证桩基设计的合理性、科学性、经济性，我们必须结合实际经验与计算数值科学确定桩端持力层和嵌入岩层深度的
厚度值，为工程施工奠定理论基础。

六、公路桥梁桩基工程施工技术控制分析
1、公路桥梁桩基工程施工基础控制
为了提高公路桥梁桩基施工技术控制效果，在公路桥梁施工前还应做好桩基施工基础的技术控制与管理。

首先，对桥梁桩基施工长期进行平整，准备好钻孔施工平台以及相关施工管道、回填漏浆材料等。

在此技术上与现场技术人员等做好技术交底以及施工技术控
制要点的明确。

对于地质情况复杂的，还应在施工前做好异常情况处理方案以及处理所用材料、设备的准备工作。

通过公路桥梁桩基工程施工基础的准备以及相关技术准备工作，避免施工异常情况或技术问题的发生，保障公路桥梁桩基工程施工质量。