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【摘要】桩基设计在公路桥梁工程中直接关系到整个工程的施工质量和造价，因此对于公路桥梁工程的桩基沉降问题进行分析是非常有必要的。本文首先将桩基类型进行了分类，然后针对单桩和群桩的沉降分别进行了分析，供业内人士参考。
【关键词】桥梁工程；桩基沉降；类型；分析计算
中图分类号：U445 文献标识码：A 文章编号：
公路桥梁的上部结构荷载一般都很大，利用后期具有质量稳定、承载能力强等优点的钻孔灌注桩通常是大部分公路桥梁工程设计中首先选择的方式。在公路桥梁工程中，在纵向荷载作用力下的桩基础，沉降的变化是桩、地基以及承台、土层之间的互相作用的结果，由于这些因素的多变性，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，对公路桥梁工程中的桩基沉降做了系统分析。公路桥梁的负荷承载在上路结构上通常都很大，因此，通常大部分公路桥梁工程设计中的首选方式是利用后期的具有承载能力和质量稳定等优点的钻孔灌注桩。
1.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相关。
2.单桩的沉降分析计算
2.1 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。
2.2 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許多假设并认为：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。
2.3 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。
2.4 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載分担比相对比较小，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，参照相关规定，或者实际经验来确定。
3．群桩的沉降分析
3.1 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。
3.2 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：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；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；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，可以改善地基土层附件应力的计算准确度。
3.3 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 Boussi-nesq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。
4.结语
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，在实际中，采用何种理论要看实际情况而定，这就需要设计者在有着丰富的理论知识的前提下，在实际工作中摸索着前进。
参考文献：
[1]王荣霞赵瑞静：《桥梁桩基设计中桩长计算问题的探讨》，《绿色科技》，2011年05期
[2]廖志浩：《中小桥梁基础施工方案》，《长江大学学报(自然科学版)理工卷》，2010年01期
[3]梁成业：《浅谈桩基施工常见问题的处理方法》，《哈尔滨铁道科技》，2005年03期
[4]黄哲张福强王轩：《桥梁桩基沉降计算方法研究》，《山西建筑》，2007年19期
[5]许峰平，公路桥梁工程设计中的桩基沉降研究[J].工程技术，2009（2）.
[6]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）.
[7]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）.
【关键词】桥梁工程；桩基沉降；类型；分析计算
中图分类号：U445 文献标识码：A 文章编号：
公路桥梁的上部结构荷载一般都很大，利用后期具有质量稳定、承载能力强等优点的钻孔灌注桩通常是大部分公路桥梁工程设计中首先选择的方式。在公路桥梁工程中，在纵向荷载作用力下的桩基础，沉降的变化是桩、地基以及承台、土层之间的互相作用的结果，由于这些因素的多变性，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，对公路桥梁工程中的桩基沉降做了系统分析。公路桥梁的负荷承载在上路结构上通常都很大，因此，通常大部分公路桥梁工程设计中的首选方式是利用后期的具有承载能力和质量稳定等优点的钻孔灌注桩。
1.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相关。
2.单桩的沉降分析计算
2.1 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。
2.2 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許多假设并认为：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。
2.3 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。
2.4 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載分担比相对比较小，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，参照相关规定，或者实际经验来确定。
3．群桩的沉降分析
3.1 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。
3.2 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：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；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；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，可以改善地基土层附件应力的计算准确度。
3.3 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 Boussi-nesq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。
4.结语
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，在实际中，采用何种理论要看实际情况而定，这就需要设计者在有着丰富的理论知识的前提下，在实际工作中摸索着前进。
参考文献：
[1]王荣霞赵瑞静：《桥梁桩基设计中桩长计算问题的探讨》，《绿色科技》，2011年05期
[2]廖志浩：《中小桥梁基础施工方案》，《长江大学学报(自然科学版)理工卷》，2010年01期
[3]梁成业：《浅谈桩基施工常见问题的处理方法》，《哈尔滨铁道科技》，2005年03期
[4]黄哲张福强王轩：《桥梁桩基沉降计算方法研究》，《山西建筑》，2007年19期
[5]许峰平，公路桥梁工程设计中的桩基沉降研究[J].工程技术，2009（2）.
[6]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）.
[7]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）.