1、道路桥梁桩基沉降问题论述摘要：随着国民经济的持续发展,我国的生活水平和质量也在不断提高,温饱问题大致解决,政府也越来越多的把目光投注在国家基础设施的建设上。在基础公共设施中,交通占有着很大一部分,而在公路、铁路、航运、海运等交通运输中,公路则是其中最主要的部分。桥梁也是公路交通组成的一部分,因此研究公路桥梁工程设计具有相当重要的意义。在现代的公路运输中,高速和重载是主要负荷,公路桥梁基础承受的荷载也越来越大,因此,它们的基础所承受的负荷承载在越来越大,准确的分析公路桥梁工程设计中的桩基沉降对其实际施工有着不可忽视的作用。本文是笔者结合了理论知识和实际工作经验总结出的公路桥梁工程设计中对桩基沉降
2、的分析。系统的介绍了单桩与群桩在荷载作用力下的沉降计算方法，并且对它们的优势、缺陷以及适用的范围、应用的对象等进行了简单的论述。尽管本文论述的方法比较多，但是并不全面，在实际的公路桥梁设计中单桩和群桩的沉降计算还可以先采用一种方式，在利用另外一种方式或者多种方式相结合的模式，这个过程并不是一成不变的，这就需要设计者在有着丰富的理论知识前提下，在实际工作中摸索前进。关键词:道路 沉降 桥梁桩基 中图分类号：TU997 文献标识码： A 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
3、路桥梁设计中的桩基沉降做了系统分析。一. 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。摩擦桩是完完全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息息相关。
4、二.沉降机理2.1 台背地基发生变形的基本机理桥涵结构地基变形多发在沟壑地段，这一地段地基具有较大的土壤孔隙比、较低的地基强度、较高的含水量、较大的压缩性，使得填筑的路基非常容易出现大幅度变形。相比一般路段，桥头段的路堤通常填筑高度会高出 5 10 cm，对于基底来说，这部分高出的路基就会产生一定的附加应力，进而引发地基沉降。如果填土容重没有不同，伴随着增加的填土高度，出现地基沉降变形的可能性也就越大。2.2 路堤发生变形的基本机理在公路施工中，普通黏性土是常用的台背回填材质，但由于施工现场地形、施工具体条件的不同，压实台背土方难度也非常大，如果土体压实度和密实度不够，土方的含水量也达不到最佳
5、状况，就会为沉降变形埋下隐患。这样修建的公路投入使用，由于车辆垂直荷载及路堤自重这两个层面的因素，路基密实性会慢慢的提升，即在一定的时期内，会出现路堤填土现象。土体的弹塑性，加之台背填土较高和较强的柔性，比较土体与混凝土浇筑的桥台，两者刚性差异很大，在车辆荷载的重压之下，两种不同材质构成的桥台就会产生不同的塑性累积变形。2.3桥头搭板设置导致沉降在路基上，桥头搭板会出现弹性支撑，支撑的着落点在牛腿上，路基部分土体，因为其靠近桥台处，其承受的应力就会比较小，从而产生不均匀受力。在纵向层面，伴随着汽车荷载的不断运动，会出现两个峰值的路基应力，一个峰值在汽车荷载作用的位置，另一个在搭板支承的路基端。
6、伴随着汽车的不断移动，在汽车来到搭板末端时，搭板末端处的路基承受的纵向应力就会最大，对应的塑性变形程度也是最大的，在搭板末端，就会发生过量沉降现象。另外，由于不能精确计算路基沉降量，在发生较大的路基沉降变形的情况下，板后路基与搭板间出现的纵向坡度差就非常的大。三.单桩的沉降分析计算3.1 荷载传递分析单桩荷载分析最常用的方法就是荷载传递分析法，它从规定的负荷承载变形传递方法对其反应镜像计算。其工作的基本理念就是：把桩基础分散为一系列相同长度的桩基础段（弹性单元） ，每一个桩基础段和土层之间的联系全部都用非线性弹簧来模拟，并且桩基础端处土体也采用非线性弹簧与其联系。负荷承载传递运用曲线中，这个法
7、假定任意点的桩基础位移只与该点的摩擦阻力相关，与桩基础的其它位置点的摩擦阻力无关，如果不考虑土体的连续性，分析桩群的荷载沉降关系就不适用。如果要获得工程施工现场的负荷承载传递曲线，那么就需要安装多种不同功能的设备仪器进行桩基础的负荷承载试验。但是实验成果推广到其它场地却不能百分百成功。3.2 剪切变形传递1974 年，库克提出了关于摩擦桩负荷承载传递的模型，这种模型为了简化计算做了许多假设并认为：当荷载水平比较小的时候，桩基础的在轴向负荷承载做下沉降也会小，桩沉降的时候四周土体也会发生剪切变形，即桩土之间不会发生相对的移动，而且剪应力会沿径从桩基础侧面的表层扩散到桩基础周围和四周的土体中。在使
8、用负荷承载时，摩擦桩段承载的比例要小的多，其沉降大多是由桩侧所传递的负荷承载造成的。3.3 弹性理论法弹性理论法就是利用弹性理论对桩土系统研究单桩基础在纵向的符合承载作用力与桩基础土层之间的作用力和相对位移之间的关系，从而得到土对桩、桩对桩以及桩对土还有土对土之间的所有的共同作用方式。依据弹性理论方法能偶拓展出一系列的单桩沉降计算方法，这些拓展的计算方法都是基于桩基础的位移和相近的土层的位移之间的协调条件。基于此，桩基础的位移能够根据轴向承载下桩基础桩身的压缩而得到，装周围土体的位移能够根据某点所长生的 Minidlin 位移得到。根据沿界面诸多的相邻点的桩基础位移与土层位移相等，在弹性理论中
9、加上桩基础土界面一般都满足弹性这一个条件，最后得到桩身摩擦力的分布和桩端阻力的分布以及桩位移的分布。3.4 单向压缩分层总和法单向压缩分层总和方法是依据周边土层的参数计算得到各层的沉降和总的沉降量。在桩基础设计中，这种浅基础的计算总沉降量的常用方法通常用于直径比较大的单桩，因为其桩侧的阻力负荷承载分担比相对比较小，桩基础底端半径大，荷载分担也大，所以可以采用单向压缩分层总和法来计算沉降量。例如，当深基计算的其他条件一样时。利用明氏应力分布计算出总沉降量和设计过程中的推算量比较接近，用布氏公式计算出的值则略比实际测量值约大二分之一到三分之一。用分层总和法分析单桩沉降量时，依据压缩层的计算深度，参
10、照相关规定，或者实际经验来确定。 四.桥梁铺装层松散脱落 桥梁铺装层虽然在桥梁中所占的体积并不大，但是它对道路交通的顺利运行是十分重要的。在相继暴露出来的道路桥梁质量问题中，桥梁铺装层的质量问题受到了一定的重视，在一些桥梁施工中，桥梁铺装层的施工质量往往被疏忽，施工工序控制不严，只注重表面功夫，在外观质量上做文章，致使桥面铺装层过早出现裂缝、松散、脱落等问题，维修周期越来越短。桥梁铺装层在构造上属于刚性结构，目前，我国的重载交通及超载现象越来越严重，铺面层直接承受着车辆和行人荷载的冲击，现行桥梁铺装层与重型或超重型汽车数量的迅速增多已不相适应，这样就加重了桥梁铺装层的负荷，因此施工人员在建设桥
11、梁铺面层的过程中，要注意确保桥梁铺装层厚度，铺装材料应具有良好的弯曲性能，这样可减弱或避免铺装层的弯曲开裂，要保证铺装材料在使用期间不出现明显的开裂和其它问题。铺层材料的防水层在施工过程中应予以充分重视，要保证铺筑后基本不会透水，以防止水渗入材料引起各种水损坏，从而缩短桥梁铺面层的使用寿命。五. 群桩的沉降分析5.1 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。5.2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
12、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：5.2.1 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；5.2.2 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；5.2.3 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
13、，可以改善地基土层附件应力的计算准确度。5.3 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。 六.桥梁施工人员素质不高 我国的道路建设工地多位于人少林密山高的地方，生活条件差，交通不便，这就要求道路施工人员具有坚定的工作信念，硬实的政治素质，树立全心全意为人民服务的人生观、价值观，这样才能真正做到以路为家，以路为业，安心为我国经济的腾
14、飞和山区道路事业的发展做出贡献。然而在现实生活中，有不少施工人员怕吃苦，怕受累，职业素质不高，遇到一点小困难就退缩畏怯，还有一些施工人员认为自己是科班出身，觉得自己懂技术、有文化，应付目前的技术问题绰绰有余，这是一种相当错误的观念，施工人员要不断学习新的专业知识，提高自身素养和能力。在道路工程建设中许多问题是由于施工人员的个人认识问题导致的，在施工过程中保证人机的协调，对施工现状进行技术交底工作和制定相应的安全培训工作，这是提高整体施工水平的重要前提。总结：近年来，我国的道路桥梁事业发展十分迅猛，加强道路桥梁桩基沉降问题的研究是十分必要的。本文作者结合多年来的工作经验，对道路桥梁桩基沉降问题进行了研究，具有重要的参考意义。参考文献： 1林天建，熊厚金，王利群.桩基础设计指南，M.北京，中国建筑工业出版社，1999.2赵明华，邹丹，邹新军.公路桥梁高承台桩基沉降分析研究.J.中南公路工程，20053张凤薇，曹明，赵力.公路桥梁工程设计中的桩基沉降问题研究J.建筑设计，2008（11）.4桩基工程手册编写委员会，桩基工程手册M.北京，中国建筑工业出版社，1999（23）.
