1、1公路桥梁工程设计中的桩基沉降分析【摘要】随着人们生活水平的不断提高，国家对于基础建设方面的重视程度越来越高。公路交通是重要的基础公共设施。本文对公路桥梁施工设计中的桩基沉降进行重点分析。 【关键词】公路桥梁；设计；桩基沉降 中图分类号：S611 文献标识码： A 一、前言 地基是建筑物的重要组成部分，由于其隐藏在地下，不易发现，一旦出现问题就会对建筑安全造成巨大影响。因此，在进行工程作业施工中，要正确认识桩基的沉降，并采取有效措施进行控制。 二、建筑施工中桩基沉降的一般规律 软土天然含水率一般等于或大于液限，空隙比大于 1，土具有结构性，土体的含水率随液限成正比增大；软土的压缩性也随液限的增
2、加而增加，软土的渗透性弱，地基受荷后，会形成较高的超静孔隙水压力，这是在很大程度上决定软土变形延续时问长且具有流变特性的原因。因此，在软土地基上修建多层和高层建筑物，可能产生较大的沉降量，而且软土地基的沉降是一个历史很长的过程，并不随着建筑施工的结束而结束。某地区曾统计了数十幢建筑物在施工阶段完成最终沉降量的百分数 Kb，和最终沉降量的关系。Kb 一般为 20一 4O。 地基发生较大沉降时，往往伴随着建筑物在使用和外观上的破坏，2但真正影响建筑物使用和外观性能的往往不是较大的沉降量，而是因为不均匀沉降和短时期内发生的较大沉降。不均匀沉降产生的上部结构裂缝、扭曲或倾斜，严重时倒塌破坏的事故都有发
3、生。由于环境因素或临近基坑开挖等因素造成短期内建筑物大幅度沉降而产生工程事故也曾有发生。因此，在软土地基上修建建筑物，地基变形问题显得尤为重要。另一方面，在建筑的设计和施工中，如能事先预估并妥善考虑地基的变形问题并加以控制和利用，是可以防止和减小地基变形带来的不利影响。三、单桩的沉降分析计算 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
4、线中，这个法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。 2、剪切变形传递 31974 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，而且剪应力会沿径向桩基础侧面的表层扩散到桩基础周围和四
5、周的土体中。在使用负荷承载时，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、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，桩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
6、等，在弹性理论中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。 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4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
7、缩层的计算深度，参照相关规定，或者实际经验来确定。 四、群桩的沉降分析计算 1、弹性理论法 弹性理论法群桩沉降分析的塞本假定与单桩相同，其主要依据是MindIin 解的位移与应力解，以此为基础形成位移法和应力法，此外还发展了一种简化弹性理论位移法，以位移解为基本解，但采用应力法中关子桩侧摩阻力为线性的假定，叠加法是比较成熟和应用较广的一种简化方法，详细阐述了其原理和计算过程，该法在忽略桩对土位移的加强效应简单的假定基础上，把单桩的分析扩展到桩群， 2、实体深基础(等代墩基)法 实体深基础法是现在工程界应用最广泛的一种计算群桩沉降的方法该计算模式是将承台下的群桩及桩间土看作一个等效墩基的一个实体
8、深基础，在此等代墩基范围内，桩间土不产生压缩如同实体墩基一样工作，然后按照扩展基础的沉降计算方法来计算群桩的沉降。 由于计算时考虑的前提条件不同，研究者提出和使用着计算的不同模式，其主要差别在于选用的假想实体基础底面的位置不同，以及对地基土中附加应力的考虑和计算不同根据桩距地基土的性质不同，桩间土5实际上是会产生不同程度的压缩变形，另一方面假想的实体基础外围存在着侧面剪应力的扩散作用为了消除这些差别对群桩沉降计算的影响人们采取了一些措施，集中表现在所采用的模式上。这些措施是： （1）变动假想实体基础底面的位置，以考虑桩间土存在压缩变形的可能，这是 Peck 和 Terzaghi 等人建议的模式
9、 Peck 等建议将假想实体基础底面置于桩端平面以上高度处，取为桩长的 13 处(桩位于均匀并土中时)或进入持力层深度的 13(柱穿过软弱土层并进入坚硬土层时这种建议涉及的影响因素过于单一，因为假想基底位置上升的因素很多，采用此法不能全面反映这些情况。 （2）从群桩桩顶外围按一定斜率(例如角或 1：4 斜率)向下扩散增大假想实体基础底面积，以考虑桩群外围总剪应力对沉降分析的影响，这是 TonlLLnson 等人的模式。 （3）为了改善地基土附加应力估计的精度，近年来国内外根据半无限弹性体内集中力的 Mindlin 公式发展了一些估计桩基荷载作用下地基土附加应力的方法，还有一种将 Mindlm
10、解与 Boussinesq 解对比来估计等代墩基的等效基底附加应力。 3、等效作用分层总和法 等效作用法最早由黄强，刘金砺，(1940)提出，随后被健既桩基技术规范推荐采甩此法系将均质土中群桩沉降的 Mindlin 解与均布荷载下矩形基础的 Boussinesq 解之比值用以修正等代墩基的基底附加应力，然后按一般分层总和法计算群桩的沉降。 五、建筑施工中桩基沉降控制的案例分析 61、工程概况 某建筑的主建筑占地空间为 308m125m 的矩形地块，建筑的柱基采用桩承台基础，基桩为 500mm 的钻孔灌注桩，桩长 32.6m，由于生产工艺对地面平整度要求较高，该建筑地面采取了无缝设计，地面板为连
11、续的钢筋混凝土结构整板，结构层厚 250mm，面层厚 40mm，双层双向配筋。地面地基选用粉喷桩复合地基：粉喷桩桩径 500mm，桩长 15m，桩间距1.2m。在柱基承台部位，设计采用了搭接方式处理。该建筑交付使用的第三年经过勘察监测，发现地面和结构均发生不均匀沉降的现象。 2、施工控制措施 （1）主要施工技术工艺：经过多方面的查阅研究资料，对该建筑的沉降做出了使用 TSC 桩成桩的施工技术来进行处理，为了验证 TSC 桩成桩工艺在主建筑地基土中成桩的可行性和成桩质量的可靠性，要在建筑内选定一块空闲场地进行 TSC 桩的成桩试验，试验桩数 5 根。经过试桩检测发现，效果完全满足预想的加固设计，
12、所以经过多方协定后决定使用该方法对该多层建筑的基础进行处理。 旋喷钻头钻进：地面板开孔完成后，将工程钻机就位，安装旋喷钻头，启动高压注浆泵开始钻进。为使钻进顺利进尺，确保钻进效率，钻进进尺应和注浆泵的泵压和泵量相匹配。现场试验结果，当泵压(5 一1OMPa)、泵量(120150L/min)时，钻进效率较高。旋喷钻进深度达到要求后，停钻准备压灌粉煤灰砂浆。 压灌粉煤灰砂浆成桩：钻孔达到设计深度后，用循环液清孔，并检测孔径和孔底沉渣是否满足要求。提出钻杆换上注浆钻头放人孔底，自7下而上压灌粉煤灰砂浆成桩。为保证成桩的完整性，钻杆的提升速度应水泥砂浆的泵送量相适应，以保持注浆钻头在浆液面 lm 以下
13、。结合现场试验结果，室内确定的砂浆配比能够满足泵送要求，具体的工艺参数为：泵压2MPa，泵量150L/min。钻杆提升速度 （2）地面抬升试验：地面抬升平整度控制标准：地面板面积较大，柱与柱之间高程不一致。很难制定整体平整度控制标准。为此，根据现场实际情况，制定了以下平整度控制标准，以便指导施工作业；注浆孔的布设及要求：为减少对混凝土地面的破坏，注浆 L 布设时应避开地面板 45线，而且孔的直径应尽可能的小，现场采用的钻孔直径为 63mm。现场试验时，根据设备、堆载以及生产情况，对注浆孔的布设进行了相应调整；抬升注浆修复过程中的抬升观测在注浆抬升的过程中为随时准确地反馈地面变形值，采用量程为 50mm 的百分表进行观测，并随时提供抬升数据，当抬升量达到设计抬升高度时，停止注浆。注浆同时，应对注浆区附近货架及设备基础进行观测，发现异应立即停止注浆并进行及时处理。抬升注浆结束，待浆液完全凝固后，再次进行地面高程测量，检查各地块的平整度是否在控制范围内。 六、结束语 综上所述，桩基沉降作为公路桥梁工程设计难点，在施工过程中要对相关技术参数、技术要点进行控制，保证公路桥梁施工质量，促进公路交通事业的快速发展。 参考文献 1廖志浩，中小桥梁基础施工方案J长江大学学报自然科学版，82012 2梁成业，浅谈桩基施工常见问题的处理方法J哈尔滨铁道科技，2012
