对桥梁设计中的桩基沉降相关问题的分析探讨

吴东 黄友帮 李哲

【摘要】本文针对桥梁桩基础施工概述、正确区分摩擦桩和端承桩等桩基类型、桥梁桩基的检测技术、单桩的沉降分析计算、群桩的沉降分析进行分析探讨，以期促进桥梁设计的健康发展。

【关键词】桥梁工程；设计；桩基；沉降分析；

前言

随着国民经济的持续发展，我国桥梁工程建设也不断进步，同时，桥梁工程在运行过程之中的负荷量也不断增加，不可避免的出现了一系列质量问题，例如：桩基沉降等现象，桩基是承担整个桥梁的重要支柱，因此，准确的分析桥梁工程设计中的桩基沉降对于施工工作发挥着重要的指导作用。

1 正确分辨桩基所属类型

1.1 桥梁桩基的分类

桥梁桩基根据施工类型可以分为冲孔、挖空、钻孔等桩基；按照承载力的不同，可以分为端承桩、摩擦桩、摩擦承装等；依照桩基的几何直径分为大直径桩基、中等直径、小直径桩基等，通常的施工建设中都采用大直径的桩基，例如：高速架桥、立交桥等等；按照桩基结构的水平受力情况，可以将其分为被动受力桩和主动受力桩，按照竖向的受力，分为抗压桩和抗拔桩。随着桥梁建设的不断进步，结构更加复杂的桩基也逐步使用，针对不同的桩基结构，要进行不同的桩基沉降研究，保证结果的精确性。

1.2 摩擦桩和端承桩

在桥梁工程之中，由于承载力的不同，其桩基在土层之中的受力不同，通常分为摩擦桩和端承桩两类。摩擦桩是全部设置在软土层中，并且具备一定的深度，在其施工过程当中其桩身四周侧面和土层发生的摩擦力，同时，其桩基础的尖端也有巨大的阻力，这两个力共同承担着桩基的上部结构的承载力。而端承桩的受力情况则大部分是由桩剪阻力来承载的，同时端承桩是完全穿过软土层，并直接接触到坚实的土层。通过桥梁工程的实地调查显示，影响桩基沉降的因素较多，同时各个因素之间的相互联系密切，调查显示影响因素主要有：桩基的四面摩擦阻力、桩基的埋设深度、桩基的尖端形状、土层的图纸性质、桩基的长度和半径、桩基嵌入岩层的深度和比例、桩基底部的防沉设计等。

1.3 分析端承型群桩的沉降原因

端承型群桩就是由端承桩群构成的桥梁的基础桩群，端承型的群桩所属的持力层大都比较刚硬，桥梁上端所承载的重量大多是通过承台从群桩传达到端桩下面的地层，所以他的承载力度比较大，就一般来说，桩底的土层几乎不会有沉降现象的发生，也极少有刺入式沉降现象发生，而且因为群桩自身挤压的原因致使桩身压缩使其沉降数值减少，而且由于刺入式的沉降与桩身压缩沉降的数值都很少，由此而导致的桩基侧面的摩擦力度也少，这些影响到传达到桩群面的综合有效力也少。

1.4分析摩擦型群桩的沉降原因

摩擦型桩群的沉降原因不像是端承型群桩那样单桩和单桩、单桩和承受台之间的效力可以忽略不予计算，摩擦型群桩的桩基和其它部分是互相影响的，桥梁上的载重量是由产生的摩擦力形式传递的，所以在单桩情况下，单桩和单桩之间以及单桩和土层之间都会有重叠力情况的发生，使桩基相互的载重力和摩擦互相影响，使端顶的承受力也会受到影响。因而在度群桩的承重力度进项分析时，要着重分析群桩之间相互影响的作用。

2 桥梁工程桩基沉降检测技术

2.1 静载试验法

桩基静载实验是一种全新的桩基静载实验方法，检测流程是：首先把特制的加载设备埋到桩内的固定位置，同时把加载设备的高压油管和位移杆牵引到地面上方，然后用高压泵向荷载箱内输油，荷载箱将力传到桩身，其上部桩身的摩擦力与下部桩身的摩擦力及端阻力相平衡，通过Q-S曲线的变化情况，可以判定公路桥梁桩基的承载力、桩基沉降状况、桩基弹性压缩因子和岩土层的变形程度。

2.2 高应变动测法

高应变动测试技术是美国的测试公司首先发明的，这是一种和计算机软件联系较为紧密的测试技术，通过在桩顶测量被激发阻力产生的应力波和速度波还确定承载力的大小，目前在测量界，最常用的是高应变动力试桩法和曲线拟合法。高应变动测量技术在检测桩基的垂直极限承载力方面具有独有的优点，无需架设辅助锚桩，而且测试时间短、费用低、效率高，同时不仅仅可以用于确定单桩承载力和桩身重量，还能反映桩体的完整性、桩层阻力分布等。

2.3 声波透射法

声波透射法是在灌注混凝土之前，在桩基内埋设若干根声测管，以便于顺利的进行超声波发射和接收，咽喉利用超声波探测仪沿着纵轴线逐点的测量各横截面的声参数，并对测量的各种参数数值进行分析判断，从而推算出桩基中混凝土结构的沉降状况，给出混凝土结构的强度和指标。

2.4 钻孔取芯法

钻孔取芯法利用专用的钻孔设备对桩基进行抽芯取样，并结合实际的取样情况，判断桩基的长度、混凝土的缺陷、混凝土的强度。桩基持力层的厚度等，钻孔取芯方法能直接接触到桩基，对于桩基状况的了解较为准确，但是测量数据不全面，只能对局部范围的桩基状况进行判断，不能全面的了解桩基的情况，而且对于桩基结构造成破坏，在实际的检测工作中采用较少。

3 单个桩基的沉降探讨

计算单柱负载量的较为常用的方式是传递分析方法，就是把桩基划分成一些相同长度，同时在桩基和土表层之间使用非线性弹簧进行模拟，在桩基的端处同时采取这种模拟方法，但在实际的现场情况下，需要使用各种不同的设备仪器，所以这种方式在现场实行测试的一般不会广泛的普及。

另一种方法的提出加大的减少了桩基沉降的计算量，这中方法就是剪切型的传递方式，如果桩基发生沉降现象，会影响桩基四周的土层会产生变形，而桩基的四周土层并没有发生相应的变化移动，力量就会由桩基的表面影响到周围而产生相应变化，运用承载负荷后，摩擦桩所承受的作用比例就会变小，沉降的原因大部分是因为桩基侧面的承载力造成的。

弹性法是运用相关理论分析桩基土层的相互作用力和位置移动的关系，然后获得土层和桩基各种想对应的共同影响作用。应该注意的是弹性方式中，桩基的土层面都具有弹性的相关条件。

4 桩基群的沉降分析

对桩基群的沉降测试现在做常用的方法是实体检测法，把土层里的桩群和承台的桩基都看成是墩基实际的测量基础，在不跳出墩基基础范围的情况下，桩基群像墩基一样进行工作，并且土层内部不会有相互压缩等情况的发生，使用扩展计算法计算桩基群沉降情况，如果要消除实际测量时附加差别产生的微小误差，可以使用一些相应的防止措施，注意土层间相互压缩作用，注意周围力的影响等；另一种等同效果作用法早些时间久被发现，并且被规范桩基技术所使用，他是采取对土层沉降的比值计算得到结果使用分层求和法计算桩基的沉降。

结语

桥梁工程设计中的桩基沉降分析仍是工程设计研究的重点内容。为了确保桥梁建设的稳健发展，诸如沉降问题等现实問题需要广大研究人员、施工团队以及工程师的共同努力钻研，结合理论知识和实际工作经验，同时并借助先进的测量技术，提高桥梁桩基沉降分析的全面性，并在实践中不断探索完善。

参考文献：

[1]贡一飞.探究桩基础桥梁设计相关概述[J].城市建设理论研究，2013（04）.

[2]陈启松.桥梁桩基沉降原因分析和处理方案[J].智能技术，2011（10）.

[3]颜宏.公路桥梁工程设计中的桩基沉降分析[J].工程技术，2010（3）.