公路橋梁工程中樁基沉降的設(shè)計(jì)措施

廖守吉

(贛中南地質(zhì)礦產(chǎn)勘查研究院)

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公路橋梁工程中樁基沉降的設(shè)計(jì)措施

廖守吉

(贛中南地質(zhì)礦產(chǎn)勘查研究院)

主要針對公路橋梁工程中樁基沉降的設(shè)計(jì)措施進(jìn)行了探討。

公路橋梁工程；樁基沉降；設(shè)計(jì)；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(diǎn)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(jìn)而提高群樁的承載強(qiáng)度，也正是因?yàn)檫@樣加固了樁底的土層，避免樁底的土層因?yàn)槌休d重量過大而出現(xiàn)的沉降現(xiàn)象和端樁刺入到土層的情況。也正是因?yàn)檫@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(cè)的摩擦力，從而降低樁側(cè)剪應(yīng)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(dú)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(jì)算群樁的承載強(qiáng)度時就可以將各個單樁的承載強(qiáng)度相加即可，所以如果群樁出現(xiàn)了沉降的情況只有當(dāng)持力層持續(xù)下降到下臥層才有可能出現(xiàn)。

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(chǎn)生沉降的原因時復(fù)雜程度也要非常困難。因?yàn)樵趧倓傔M(jìn)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(jì)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(fā)生重疊應(yīng)力的現(xiàn)象，使樁基之間的摩擦力與承載力之間互相影響，并且端頂?shù)某休d力也會受到相應(yīng)的影響和干擾，所以在分析群樁承載力強(qiáng)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(dǎo)致各個群樁發(fā)生沉降的可能性較大。

2 公路橋梁工程設(shè)計(jì)樁基沉降的設(shè)計(jì)措施

2.1 單樁的沉降設(shè)計(jì)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(fā)生相對位移現(xiàn)象。樁側(cè)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(fā)生沉降之后，并且沉降到S點(diǎn)之后，那么土體也會發(fā)生沉降現(xiàn)象，同時也會發(fā)生剪切情況，并且移動到指定位置上，同時剪切應(yīng)力也會相應(yīng)進(jìn)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(diǎn)之后，X點(diǎn)區(qū)域的剪切值會隨之變小，在計(jì)算中可以將X點(diǎn)剪切值忽略不計(jì)。除外，假設(shè)該區(qū)域所發(fā)生的一系列剪切情況都符合彈性性質(zhì)要求，存在這樣的實(shí)際情況，剪切應(yīng)力之間呈現(xiàn)正比例的關(guān)系。因?yàn)樵诰嚯x樁軸不遠(yuǎn)之處土體單位，其豎向位移為s，水平位移并未發(fā)生很大的變化，在計(jì)算過程中可以忽略不計(jì)，那么土體單元的剪應(yīng)力以及剪應(yīng)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(cè)阻力主要為qn，，則根據(jù)平衡條件可得到

S=τ0r0/Gs·rm/r0

(1)

式子：其中=代表樁側(cè)沉降量，rm代表單樁的半徑。

剪切變形法具備很多優(yōu)勢，這些優(yōu)勢在實(shí)際應(yīng)用過程中，都可起到很積極的作用，同時應(yīng)用這些特征也能進(jìn)一步掌握和明確對深長單樁沉降相關(guān)問題，并且解決所存在的主要問題，進(jìn)一步展開不同程度的計(jì)算和設(shè)計(jì)，但是這種設(shè)計(jì)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(shù)變化因素以及樁端沉降因素等。因此，這個方法在設(shè)計(jì)公路橋梁工程中實(shí)際應(yīng)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(jù)周邊土層展開深入計(jì)算，在計(jì)算中得到各層沉降量和總的沉降量。在樁基礎(chǔ)設(shè)計(jì)中，這種計(jì)算淺基礎(chǔ)的沉降方法通常應(yīng)用在直徑較大的單樁之中。從各方面上來講，樁側(cè)阻力是較小的，樁基礎(chǔ)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(jì)算沉降總量。例如，在計(jì)算深基條件過程中，可運(yùn)用明氏應(yīng)力法計(jì)算方法可計(jì)算出設(shè)計(jì)沉降量以及推算量。運(yùn)用分層綜合方法深入分析和研究單樁沉降量，依據(jù)計(jì)算壓縮層的情況，并且按照相關(guān)經(jīng)驗(yàn)或者規(guī)定要求進(jìn)一步確定。

2.2 群樁的沉降設(shè)計(jì)方法

(1)實(shí)體深基礎(chǔ)法(等代墩基)：目前，在設(shè)計(jì)公路橋梁工程過程中，在計(jì)算群樁沉降中，實(shí)體深基礎(chǔ)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(shí)體深基礎(chǔ)，但需要注意的是這個等待墩基應(yīng)在指定范圍之內(nèi)，實(shí)體墩基與樁基土層以及樁群之間會產(chǎn)生壓縮現(xiàn)象，在利用擴(kuò)展計(jì)算得到群樁沉降值。同時，也可根據(jù)所選用的實(shí)體基礎(chǔ)底面，再加上地基土執(zhí)行和附加應(yīng)力性質(zhì)是不同的，這就需要利用不同計(jì)算模式進(jìn)行計(jì)算。為了能夠消除所存在的差異，能夠順利進(jìn)行計(jì)算，可根據(jù)實(shí)際計(jì)算情況，采用如下幾種預(yù)防措施：①在變動假定實(shí)體基礎(chǔ)底面位置過程中，注意樁基礎(chǔ)發(fā)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(shí)體基礎(chǔ)底面的面積，重視群樁基礎(chǔ)周圍剪應(yīng)力所帶來的主要影響；③根據(jù)相關(guān)具體公式，進(jìn)一步計(jì)算出荷載下附加應(yīng)力的主要方法，進(jìn)一步健全完善基土層附件應(yīng)力的計(jì)算準(zhǔn)確度情況。

(2)分層總和法：所謂的總和法，在計(jì)算過程中，可將群樁基礎(chǔ)作為實(shí)體基礎(chǔ)，但可不考慮樁基礎(chǔ)側(cè)面應(yīng)力所帶來的影響。其中實(shí)體基礎(chǔ)的寬和長可利用承臺地面的寬度和長度進(jìn)行計(jì)算，其實(shí)也就是實(shí)體基礎(chǔ)的基底邊長，可采取相應(yīng)的承臺地面邊長。同時，還需要考慮到實(shí)體樁端面的附加應(yīng)力，也需要考慮到承臺底部附加應(yīng)力的平均值，在計(jì)算分布應(yīng)力中，可采用均質(zhì)直線變形理論方法。分層總和方的主要特征是計(jì)算方法簡單，其工程應(yīng)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(yùn)用。但分層總和法也存在著弊端，在應(yīng)用分層總和法中需要將壓縮層劃分成為若干個小細(xì)層，并且確定出壓縮層廣度和深度，由于在計(jì)算中缺少嚴(yán)格的計(jì)算基礎(chǔ)，所以得到的計(jì)算結(jié)果也存在著很大誤差。

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2015-04-11

廖守吉(1987-)，男，江西萬安人，工程師，研究方向：路橋?qū)I(yè)相關(guān)。

U442

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1008-3383(2015)12-0142-01