橋梁工程設計中的樁基沉降研究

摘 要：隨著國民經濟的持續發展，我國橋梁工程建設也不斷進步，橋梁的結構也日新月異，同時，橋梁工程在運行過程之中的負荷量也不斷增加，不可避免的出現了一系列質量問題，例如：樁基沉降等現象，因此，準確的分析橋梁工程設計中的樁基沉降對于施工工作發揮著重要的指導作用。文章主要闡述了兩種基本樁基類型的區分，并詳細分析了單樁陳江分析計算，最后提出了群樁的沉降分析。

關鍵詞：橋梁工程設計；樁基沉降；樁基類型

1 正確區分摩擦樁和端承樁等樁基類型

1.1 橋梁樁基的分類

橋梁樁基根據施工類型可以分為沖孔、挖空、鉆孔等樁基；按照承載力的不同，可以分為端承樁、摩擦樁、摩擦承裝等；依照樁基的幾何直徑分為大直徑樁基、中等直徑、小直徑樁基等，通常的施工建設中都采用大直徑的樁基，例如：高速架橋、立交橋等等；按照樁基結構的水平受力情況，可以將其分為被動受力樁和主動受力樁，按照豎向的受力，分為抗壓樁和抗拔樁。隨著橋梁建設的不斷進步，結構更加復雜的樁基也逐步使用，針對不同的樁基結構，要進行不同的樁基沉降研究，保證結果的精確性。

1.2 摩擦樁和端承樁

在橋梁工程之中，由于承載力的不同，其樁基在土層之中的不同受力不同，通常分為摩擦樁和端承樁兩類（如圖1所示）。摩擦樁是全部設置在軟土層中，并且具備一定的深度，在其施工過程當中其樁身四周側面和土層發生的摩擦力，同時，其樁基礎的尖端也有巨大的阻力，這兩個力共同承擔著樁基的上部結構的承載力。而端承樁的受力情況則大部分是由樁剪阻力來承載的，同時端承樁是完全穿過軟土層，并直接接觸到堅實的土層。通過橋梁工程的實地調查顯示，影響樁基沉降的因素較多，同時各個因素之間的相互聯系密切，調查顯示影響因素主要有：樁基的四面摩擦阻力、樁基的埋設深度、樁基的尖端形狀、土層的圖紙性質、樁基的長度和半徑、樁基嵌入巖層的深度和比例、樁基底部的防沉設計等。

圖1 （a）摩擦樁、（b）端承樁

2 公路橋梁樁基的檢測技術

2.1 靜載試驗法

樁基靜載實驗是一種全新的樁基靜載實驗方法，檢測流程是：首先把特制的加載設備埋到樁內的固定位置，同時把加載設備的高壓油管和位移桿牽引到地面上方，然后用高壓泵向荷載箱內輸油，荷載箱將力傳到樁身，其上部樁身的摩擦力與下部樁身的摩擦力及端阻力相平衡，通過Q-S曲線的變化情況，可以判定公路橋梁樁基的承載力、樁基沉降狀況、樁基彈性壓縮因子和巖土層的變形程度。

2.2 高應變動測法

高應變動測試技術是美國的測試公司首先發明的，這是一種和計算機軟件聯系較為緊密的測試技術，通過在樁頂測量被激發阻力產生的應力波和速度波還確定承載力的大小，目前在測量界，最常用的是高應變動力試樁法和曲線擬合法。高應變動測量技術在檢測樁基的垂直極限承載力方面具有獨有的優點，無需架設輔助錨樁，而且測試時間短、費用低、效率高，同時不僅僅可以用于確定單樁承載力和樁身重量，還能反映樁體的完整性、樁層阻力分布等。

2.3 聲波透射法

聲波透射法是在灌注混凝土之前，在樁基內埋設若干根聲測管，以便于順利的進行超聲波發射和接收，咽喉利用超聲波探測儀沿著縱軸線逐點的測量各橫截面的聲參數，并對測量的各種參數數值進行分析判斷，從而推算出樁基中混凝土結構的沉降狀況，給出混凝土結構的強度和指標。

2.4 鉆孔取芯法

鉆孔取芯法利用專用的鉆孔設備對樁基進行抽芯取樣，并結合實際的取樣情況，判斷樁基的長度、混凝土的缺陷、混凝土的強度。樁基持力層的厚度等，鉆孔取芯方法能直接接觸到樁基，對于樁基狀況的了解較為準確，但是測量數據不全面，只能對局部范圍的樁基狀況進行判斷，不能全面的了解樁基的情況，而且對于樁基結構造成破壞，在實際的檢測工作中采用較少。

3 單樁的沉降分析計算

單樁載荷分析最常用的方法是載荷傳遞分析法，其工作理念是把樁基分散為一系列的相同長度的樁基單元，并在每一個樁基段和土層之間聯系采用非線性的彈簧來模擬，并且樁基礎端處土體也采用非線性彈簧與其聯系。但是其現場工程施工中，需要安裝不同的儀器設備，進行樁基的載荷試驗，其現場測試的普及性不好。

剪切形變傳遞模型的提出簡化了樁基沉降中的計算，同時模型假定認為當載荷承載力較小時，其樁基在軸向的負荷載力下會發生沉降，而且樁基在沉降的過程中，會對周圍的土層產生剪切形變的作用，而樁基周圍土層沒有相對的移動，剪應力會沿著樁基側面的表層擴散到周圍的土層中。在使用負荷承載時，摩擦樁段承載的比例要小的多，其沉降大多是由樁側所傳遞的負荷承載造成的。

彈性理論法是利用彈性理論對樁土系統研究單樁基礎在縱向的符合承載作用力與樁基礎土層之間的作用力和相對位移之間的關系，從而得到土對樁、樁對樁以及樁對土還有土對土之間的所有的共同作用方式。彈性理論法可以擴展出一系列的沉降計算方法，并能夠基于樁基的位移進行軸向承載下樁基樁基的壓縮。

4 群樁的沉降分析

4.1 彈性理論法

彈性理論法的群樁沉降分析是以Minidlin解的唯一和應力解為依據形成的位移法和應力法。此外還有一種簡化的彈性理論法求位移，以應力法中子樁側面摩擦力為線性，將單樁分析的理論進行疊加得到樁群的計算方法。

4.2 實體深基礎法

現在常用的群樁沉降方法是實體深基礎法，可以把高承臺下的樁群和土層中作為實效墩基的實體深基礎，不超過這個等代墩基的范圍，樁群如同實體墩基般工作并且樁間土層不發生壓縮，最后利用擴展的計算方式得到群樁的沉降。在實際的計算中，要消除樁基附加應力和地基土性質的差別而帶來的誤差，要采取一系列的防治措施，例如變動假定實體基礎底面的位置，注意樁基礎之間土層發生壓縮的可能性；在群樁頂部外面以固定斜率增大假定實體基礎底面的面積，注意群樁基礎周圍剪應力的影響等措施。

4.3 等效作用分層總和法

等效作用法很早就被提出，并被樁基技術規范采用，來進行對均勻土質的土層中群樁沉降的Mindlin解和均勻負荷承載下的矩形基礎的Boussi-nesq解之間的比值進行計算，得出結論修正等代墩基的附加應力。最后依據分層總和法求得群樁的沉降。

5 結束語

總而言之，在橋梁工程設計中對樁基沉降進行分析時，要結合理論知識和實際工作經驗，同時并借助先進的測量技術，提高橋梁樁基沉降分析的全面性，保證橋梁工程的樁基沉降不影響其正常的使用功能。

參考文獻

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