橋梁工程設(shè)計(jì)中的樁基沉降探討

摘 要：隨著我國(guó)道路交通事業(yè)的不斷發(fā)展，我國(guó)橋梁工程的數(shù)量和規(guī)模在不斷的擴(kuò)大，橋梁工程建設(shè)也在不斷的進(jìn)步?，F(xiàn)如今橋梁的結(jié)構(gòu)越來(lái)越多樣化、復(fù)雜化，而橋梁工程在實(shí)際運(yùn)行過(guò)程中的負(fù)荷量也在不斷的增加，在此背景下，對(duì)于橋梁工程的質(zhì)量就越來(lái)越受到了人們的關(guān)注和重視。為了更好的保證橋梁工程質(zhì)量，加強(qiáng)橋梁工程設(shè)計(jì)就顯得尤為重要，而在橋梁工程設(shè)計(jì)中，必須對(duì)樁基沉降這一問(wèn)題進(jìn)行充分的研究，切實(shí)做好樁基設(shè)計(jì)和施工，保證橋梁設(shè)計(jì)的健康發(fā)展。本文就橋梁工程設(shè)計(jì)中樁基沉降問(wèn)題進(jìn)行詳細(xì)分析。

關(guān)鍵詞：橋梁工程；設(shè)計(jì)；樁基沉降

中圖分類號(hào)：U442.5 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1004-7344（2018）26-0216-02

引 言

樁基設(shè)計(jì)和施工是橋梁工程建設(shè)中尤為重要的一部分，樁基設(shè)計(jì)的合理性、樁基施工的科學(xué)性，都直接關(guān)系到橋梁工程基礎(chǔ)的質(zhì)量，如果樁基出現(xiàn)問(wèn)題，那么就會(huì)對(duì)整個(gè)橋梁工程的質(zhì)量及安全性造成影響。因此，在橋梁工程建設(shè)中，必須要做好樁基設(shè)計(jì)和施工等工作。就目前來(lái)看，雖然我國(guó)橋梁工程建設(shè)在不斷的進(jìn)步，但是仍然存在一系列的質(zhì)量問(wèn)題，比如樁基沉降現(xiàn)象就頻頻發(fā)生。樁基是承擔(dān)整個(gè)橋梁的重要支柱，為了更好的保證樁基的質(zhì)量和可靠性，就必須對(duì)樁基沉降問(wèn)題進(jìn)行深入的研究和探討，保證樁基質(zhì)量，進(jìn)而提高橋梁整體質(zhì)量。

1 橋梁樁基分類

一般而言，根據(jù)橋梁樁基存在的荷載力在傳遞方式上的不同，可以將橋梁樁基劃分為兩種形式，即摩擦樁及端承樁。就摩擦樁而言，其是指在土層中軟弱較厚的位置，在樁基礎(chǔ)下面位置上，底端位置中與土層或者是巖石相接觸，樁基頂部位置中受到的荷載力通過(guò)土層與樁基礎(chǔ)之間的摩擦來(lái)承擔(dān)，這種情況則屬于摩擦樁。就端承樁而言，其是指透過(guò)土層之后采用的樁基礎(chǔ)技術(shù)，主要是在底部位置中通過(guò)土層、巖石層中的支撐力來(lái)實(shí)現(xiàn)荷載，這種形式就屬于端承樁[1]。隨著我國(guó)橋梁建設(shè)的不斷發(fā)展和進(jìn)步，現(xiàn)如今樁基的結(jié)構(gòu)也越來(lái)越復(fù)雜多樣化，想要對(duì)樁基沉降問(wèn)題進(jìn)行深入的研究和分析，就必須對(duì)樁基的類型能夠正確的區(qū)分。不同的樁基機(jī)構(gòu)，需要進(jìn)行不同的樁基沉降研究，以此來(lái)保證橋梁工程設(shè)計(jì)的精確性和科學(xué)性。

2 橋梁樁基設(shè)計(jì)原則

2.1 樁基荷載的作用

在橋梁樁基設(shè)計(jì)中，橋梁需要承受較大的荷載力，其所要承受的荷載包括永久荷載和可變荷載兩種形式，而由于橋梁工程施工影響因素較多，所以還可能會(huì)出現(xiàn)偶然荷載。由于橋梁樁基承受的荷載很多，所以在設(shè)計(jì)過(guò)程中必須要對(duì)橋梁的實(shí)際情況有充分的考慮，進(jìn)而對(duì)荷載給予合理的組合處理。一般橋梁樁基的荷載組合包括兩種形式：①承載力本身已經(jīng)到了極限，這樣就使得樁基處在承受力的邊緣，在這種情況下，基樁結(jié)構(gòu)自身的安全性和穩(wěn)定性都不是很強(qiáng)，所以無(wú)法在承受其他的荷載力[2]。②在正常達(dá)到極限狀態(tài)的情況，樁基已經(jīng)處在正常使用時(shí)所承受的變形能力，因此就需要對(duì)變形的具體情況進(jìn)行合理有效的控制。

2.2 側(cè)向承載力

橋梁樁基的側(cè)向承載力容易受到了諸多因素的影響，對(duì)此，就需要在設(shè)計(jì)過(guò)程中保證結(jié)構(gòu)自身的重力以及其他方面的應(yīng)力在結(jié)構(gòu)所能承受的極限之內(nèi)。另外，在橋梁樁基設(shè)計(jì)過(guò)程中，還需要考慮底盤所產(chǎn)生的側(cè)向承載力的大小。

2.3 負(fù)摩擦力

在橋梁樁基設(shè)計(jì)過(guò)程中，設(shè)計(jì)人員需要對(duì)負(fù)摩擦力問(wèn)題進(jìn)行深入的分析和研究。如果橋梁樁基地層發(fā)生沉陷問(wèn)題，而主要原因是因?yàn)榈叵滤_采過(guò)度或者地表開挖等，那么樁基底層就會(huì)出現(xiàn)一定的向下滑動(dòng)，而這種作用力在樁基運(yùn)行過(guò)程中就會(huì)形成負(fù)摩擦力，進(jìn)而影響到樁基的穩(wěn)定性和可靠性[3]。對(duì)此，就需要在設(shè)計(jì)過(guò)程中加強(qiáng)對(duì)這一作用力的詳細(xì)計(jì)算，計(jì)算時(shí)需要考慮多個(gè)公式的要求。

3 橋梁樁基沉降的設(shè)計(jì)措施

3.1 樁基沉降原因

橋梁工程建設(shè)具有一定的復(fù)雜性、系統(tǒng)性，所以對(duì)質(zhì)量及施工工藝有著較高的要求，由于影響因素較多，所以橋梁工程很容易出現(xiàn)樁基沉降問(wèn)題。當(dāng)橋梁發(fā)生樁基沉降，那么就會(huì)影響到橋梁的質(zhì)量和安全。為了提高橋梁工程設(shè)計(jì)的科學(xué)性和嚴(yán)謹(jǐn)性，就必須對(duì)樁基沉降的原因進(jìn)行分析。就端承樁而言，其發(fā)生沉降的原因與持力層下存在軟弱的下臥層、施工技術(shù)、施工質(zhì)量等因素有關(guān)。就摩擦樁而言，其發(fā)生沉降的原因較為復(fù)雜，因?yàn)槟Σ翗镀錁痘鞑糠种g都相互影響，單樁與單樁之間容易產(chǎn)生應(yīng)力重疊的情況，進(jìn)而對(duì)端定的承載力產(chǎn)生干擾，在多種因素的影響下，就容易發(fā)生樁基沉降。

3.2 單樁沉降分析

對(duì)于單樁沉降的設(shè)計(jì)，可以采用荷載傳遞分析法進(jìn)行分析計(jì)算，荷載傳遞分析法的工作理念就是把樁基分為多個(gè)單元，進(jìn)而在每個(gè)單元和土層之間聯(lián)系采用非線性的彈簧來(lái)模擬，同時(shí)樁基礎(chǔ)端處土體也采用非線性彈簧與其聯(lián)系。荷載傳遞分析法的關(guān)鍵就在于確定傳遞函數(shù)的形式，包括解析法和位移協(xié)調(diào)法兩種。另外，對(duì)于單樁沉降的分析計(jì)算還可以利用剪切形變傳遞模型進(jìn)行計(jì)算，這種方法可以簡(jiǎn)化樁基沉降的計(jì)算，操作便利，可以為樁基沉降的設(shè)計(jì)提供有效的依據(jù)[4]。彈性理論法也是樁基沉降分析的一種常用方法，該方法可以拓展處一系列沉降計(jì)算方法，對(duì)提高樁基沉降設(shè)計(jì)的質(zhì)量和精確性具有重要的作用。在應(yīng)用彈性理論法過(guò)程中，需要注意到樁基的圖層面是否都具有彈性的相關(guān)條件。

3.3 群樁沉降分析

對(duì)于群樁沉降的設(shè)計(jì)，可以采用彈性理論法、實(shí)體深基礎(chǔ)法、等效作用分層總和法進(jìn)行分析計(jì)算，進(jìn)而為樁基設(shè)計(jì)提供有力的依據(jù)，切實(shí)解決樁基沉降問(wèn)題。就彈性理論法而言，其是以Minidlin解的唯一和應(yīng)力解為依據(jù)形成的位移法和應(yīng)力法。另外，還可以以應(yīng)力法中子樁側(cè)面摩擦力為線性，將單樁分析的理論疊加到樁群的計(jì)算分析中。就實(shí)體深基礎(chǔ)法而言，其主要是把樁群和土層作為實(shí)效墩基的實(shí)體深基礎(chǔ)，樁群如同實(shí)體墩基班工作，并且樁間土層不發(fā)生壓縮，而后利用擴(kuò)展的計(jì)算分析方法得出群樁的沉降。利用該方法進(jìn)行計(jì)算分析，可以能夠?qū)Πl(fā)生的沉降問(wèn)題進(jìn)行有效的解決。就等效作用分層總和法而言，其主要是對(duì)均勻土質(zhì)的土層中群樁沉降的Minidlin解，以及均勻負(fù)荷承載下的矩形基礎(chǔ)的Boussi-nesq解，二者之間的比值進(jìn)行計(jì)算，最后根據(jù)分層總和法計(jì)算出群樁的沉降。該方法相對(duì)來(lái)說(shuō)，其計(jì)算過(guò)程較為簡(jiǎn)單便利，其利用的各種原理和標(biāo)準(zhǔn)都較為成熟，所以在橋梁樁基計(jì)算中有著較為廣泛的應(yīng)用。

4 結(jié)束語(yǔ)

在橋梁工程建設(shè)中，工程人員必須要加強(qiáng)對(duì)樁基沉降的分析和研究，為了保證橋梁建設(shè)的穩(wěn)健發(fā)展，相關(guān)研究人員、施工人員、工程人員必須共同參與到研究當(dāng)中，結(jié)合理論知識(shí)、工作經(jīng)驗(yàn)，同時(shí)借助先進(jìn)的技術(shù)、工藝等，來(lái)保證橋梁樁基的質(zhì)量及穩(wěn)定性，只有這樣能夠更好的保證橋梁工程整體質(zhì)量。

參考文獻(xiàn)

[1]錢愛軍.樁基沉降在公路橋梁工程設(shè)計(jì)中的作用[J].工程技術(shù)研究，2017（12）：205+208.

[2]高 遠(yuǎn).公路橋梁工程設(shè)計(jì)中樁基沉降問(wèn)題分析[J].智能城市，2017，3（06）：106～107.

[3]王光宇.橋梁工程設(shè)計(jì)中的樁基沉降研究[J].科技創(chuàng)新與應(yīng)用，2014（28）：229.

[4]顏 宏.公路橋梁工程設(shè)計(jì)中的樁基沉降分析[J].中小企業(yè)管理與科技（上旬刊），2011（05）：136.

收稿日期：2018-7-2

作者簡(jiǎn)介：周 崢（1975-），男，高級(jí)工程師，博士研究生，從事橋遂設(shè)計(jì)，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方面工作。