公路橋梁工程中樁基沉降的設計措施

廖守吉

(贛中南地質礦產勘查研究院)

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公路橋梁工程中樁基沉降的設計措施

廖守吉

(贛中南地質礦產勘查研究院)

主要針對公路橋梁工程中樁基沉降的設計措施進行了探討。

公路橋梁工程；樁基沉降；設計；措施

1 公路橋梁工程中樁基沉降的原因分析

1.1 端承型群樁沉降原因分析

端承型群樁是公路橋梁工程中眾多群樁的一種，這種群樁是由端承樁群組成的，這種群樁最大的特點就是持力層比較剛硬，群樁所承受的重量直接通過承臺輸送到群樁的地下層，這樣就可以大大降低群樁所承載的重量，進而提高群樁的承載強度，也正是因為這樣加固了樁底的土層，避免樁底的土層因為承載重量過大而出現的沉降現象和端樁刺入到土層的情況。也正是因為這個原因讓端樁的樁身壓縮值也非常小，樁身壓縮值和刺入沉降值都非常小的情況下就會降低樁側的摩擦力，從而降低樁側剪應力的整體影響。在這種情況下，如果把每一個單樁都比作是一個獨立的單位，這樣承臺與單位樁之間的彼此作用值就會非常小，甚至可以直接忽略。這樣在計算群樁的承載強度時就可以將各個單樁的承載強度相加即可，所以如果群樁出現了沉降的情況只有當持力層持續下降到下臥層才有可能出現。

1.2 摩擦型群樁原因分析

摩擦樁群與端承樁群的沉降原因截然不同，具體分析其產生沉降的原因時復雜程度也要非常困難。因為在剛剛進行的端承型群樁分析時，單樁、承臺之間以及單樁與單樁之間的綜合作用力和相互作用力幾乎可以忽略不計的，但是在分析摩擦樁群的時候就不能忽視單樁與單樁之間的相互影響，在摩擦型的群樁中，荷載的重量主要是以摩擦力的方式傳遞下去的，在這種情況下單樁之間的相互影響非常重要。所以，在單樁與單樁之間以及各樁端土層之間都會明顯發生重疊應力的現象，使樁基之間的摩擦力與承載力之間互相影響，并且端頂的承載力也會受到相應的影響和干擾，所以在分析群樁承載力強度過程中，不能簡單相加各單樁之間的承載力，也正是由于各個群樁之間互相干擾和影響，才導致各個群樁發生沉降的可能性較大。

2 公路橋梁工程設計樁基沉降的設計措施

2.1 單樁的沉降設計措施

(1)剪切變形法：所謂的剪切變形方法主要是指假定樁土間不會發生相對位移現象。樁側土體上的上層之間與下層之間并沒有明顯作用，同時也會忽視樁端阻力作用。如果單樁發生沉降之后，并且沉降到S點之后，那么土體也會發生沉降現象，同時也會發生剪切情況，并且移動到指定位置上，同時剪切應力也會相應進行傳遞，在這個傳遞的過程中，主要是沿著徑向路徑向外所傳遞的。另外，在傳遞到X點之后，X點區域的剪切值會隨之變小，在計算中可以將X點剪切值忽略不計。除外，假設該區域所發生的一系列剪切情況都符合彈性性質要求，存在這樣的實際情況，剪切應力之間呈現正比例的關系。因為在距離樁軸不遠之處土體單位，其豎向位移為s，水平位移并未發生很大的變化，在計算過程中可以忽略不計，那么土體單元的剪應力以及剪應變可以為：τ=Gs·ds/dr，γ=ds/dr。其土體健全模量可用Gs來表示。其中α代表土體單元長度，樁半徑主要為r0，樁側阻力主要為qn，，則根據平衡條件可得到

S=τ0r0/Gs·rm/r0

(1)

式子：其中=代表樁側沉降量，rm代表單樁的半徑。

剪切變形法具備很多優勢，這些優勢在實際應用過程中，都可起到很積極的作用，同時應用這些特征也能進一步掌握和明確對深長單樁沉降相關問題，并且解決所存在的主要問題，進一步展開不同程度的計算和設計，但是這種設計方法會忽視所存在的多方面因素，這些因素也起到很重要的影響作用，例如地基分層因素和參數變化因素以及樁端沉降因素等。因此，這個方法在設計公路橋梁工程中實際應用很少。

(2)單向壓縮分層總和方法：所謂的單向壓縮分層總和方法主要是指根據周邊土層展開深入計算，在計算中得到各層沉降量和總的沉降量。在樁基礎設計中，這種計算淺基礎的沉降方法通常應用在直徑較大的單樁之中。從各方面上來講，樁側阻力是較小的，樁基礎底部半徑較大，所以可以充分利用單向壓縮分層總和方法計算沉降總量。例如，在計算深基條件過程中，可運用明氏應力法計算方法可計算出設計沉降量以及推算量。運用分層綜合方法深入分析和研究單樁沉降量，依據計算壓縮層的情況，并且按照相關經驗或者規定要求進一步確定。

2.2 群樁的沉降設計方法

(1)實體深基礎法(等代墩基)：目前，在設計公路橋梁工程過程中，在計算群樁沉降中，實體深基礎法是常用的方法，同時也是將高承臺的樁群和土層作為墩基實體深基礎，但需要注意的是這個等待墩基應在指定范圍之內，實體墩基與樁基土層以及樁群之間會產生壓縮現象，在利用擴展計算得到群樁沉降值。同時，也可根據所選用的實體基礎底面，再加上地基土執行和附加應力性質是不同的，這就需要利用不同計算模式進行計算。為了能夠消除所存在的差異，能夠順利進行計算，可根據實際計算情況，采用如下幾種預防措施：①在變動假定實體基礎底面位置過程中，注意樁基礎發生土層壓縮的可能性；②在群樁頂部外面固定斜率增大假定實體基礎底面的面積，重視群樁基礎周圍剪應力所帶來的主要影響；③根據相關具體公式，進一步計算出荷載下附加應力的主要方法，進一步健全完善基土層附件應力的計算準確度情況。

(2)分層總和法：所謂的總和法，在計算過程中，可將群樁基礎作為實體基礎，但可不考慮樁基礎側面應力所帶來的影響。其中實體基礎的寬和長可利用承臺地面的寬度和長度進行計算，其實也就是實體基礎的基底邊長，可采取相應的承臺地面邊長。同時，還需要考慮到實體樁端面的附加應力，也需要考慮到承臺底部附加應力的平均值，在計算分布應力中，可采用均質直線變形理論方法。分層總和方的主要特征是計算方法簡單，其工程應用原理也比較健全和成熟，因此，在公路橋梁建筑中得到廣泛運用。但分層總和法也存在著弊端，在應用分層總和法中需要將壓縮層劃分成為若干個小細層，并且確定出壓縮層廣度和深度，由于在計算中缺少嚴格的計算基礎，所以得到的計算結果也存在著很大誤差。

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[2] 何思明,郭強等.單樁沉降計算理論研究[J].巖石力學與工程學報,2014,(4):92-94.

[3] 顏宏.公路橋梁工程設計中的樁基沉降分析[J].中小企業管理與科技(上旬刊),2011,(5):134-135.

[4] 許峰平.公路橋梁工程設計中的樁基沉降研究[J].工程技術,2015，(2):358-360.

2015-04-11

廖守吉(1987-)，男，江西萬安人，工程師，研究方向：路橋專業相關。

U442

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1008-3383(2015)12-0142-01