公路桥梁工程设计中桩基沉降问题研究

刘天宇

摘 要：科技的进步，促进工程建设事业得到快速发展。公路桥梁工程是一种体积庞大的工程项目，其巨大的结构荷载，使得下部结构桩基出现沉降，这种现象十分正常，但是如果桩顶力分布存在差异，那么沉降的速度、深度、时间都会不同，形成不规则沉降现象，在此现象下公路桥梁工程可能会出现耐久性问题，引发一系列严重的后果。因此在公路桥梁工程设计当中，有必要围绕沉降问题进行控制。本文就公路桥梁工程设计中桩基沉降问题展开探讨。

关键词：公路桥梁工程;设计;桩基沉降

钻孔灌注桩具有后期支撑作用稳定性高、承载能力强的特点，所以对于上部结构荷载较大的公路桥梁而言，钻孔灌注桩是大部分公路工程的首选。要保证工程的造价、质量、工期及工程的使用寿命，就必须充分考虑公路桥梁桩基沉降的设计是否符合工程情况。笔者结合自身工作经验，就公路桥梁工程设计中的桩基沉降问题进行探讨。

一、公路桥梁设计过程中所遵循的原则

首先在公路桥梁的设计过程中应该严格按照国家现今对于公路桥梁设计的规定以及标准开展设计，保证公路桥梁设计能够符合国家标准。另外公路桥梁的设计的开展应该考虑实际情况，尽量降低公路桥梁工程建设开展过程中对于资金的浪费，有效的控制工程造价。同时应该有效的利用结构优化设计以及可靠性设计等能够提高公路桥梁工程设计的多元化与标准化的设计方式，采用更加新颖的工艺与技术，将新技术与传统技术相結合，以此保证设计成果能够满足现今社会对于公路桥梁建设的要求。

二、桩基沉降的原因

（一）端承型群桩沉降

公路桥梁工程中的桩群结构类型有很多，其中出现频率最高的是端承型桩群。组成部分主要是端承桩，因此，刚硬性极强的持力层成为这种桩群结构最显著的特点。端承型桩群正式投入使用后，能够长时间承受巨大的重量，能够利用不同的承台将重量分散输送到各个群桩地下层。这种承力模式不仅能让桩体对自身承载的重量进行有效控制，还能在一定程度上提升桩体的承载强度。桩底部位四周土层的坚固度与群桩沉降现象有直接的联系，而上述方法可以有效增加土层坚固度，极大地降低端桩刺入土层或者桩体发生沉降的几率。

（二）摩擦型群桩

摩擦桩群和端承桩群均有可能会产生沉降，而且沉降产生的原因存在一定的差异性，想要详细的分析出沉降产生的原因难度较大。工作人员对端承型群桩进行全面分析的过程中，发现单桩和承台二者之间、单桩和单桩之间会存在一定的综合作用力，这些综合作用力会比较小，而且伴随一些相互作用力，所以可以忽略不计。对摩擦桩群进行分析时，必须要多关注单桩和单桩相互之间的影响，因为荷载重量主要传递方式是通过摩擦的形式进行传递，所以这种摩擦下单桩相互之间的影响比较重要。不同的单桩相互之间以及不同的桩端土层相互之间都有可能会出现重叠应力的问题，导致桩基相互之间摩擦能力与桩基相互之间的承载能力相互影响。工作人员在对群桩承载能力强度进行研究时，不能只将目光集中在单桩承载力相互叠加方面，也要多关注一些桩体间的干扰与影响。

三、公路桥梁工程设计中的桩基沉降技术

（一）对弹性理论法的分析

基于弹性理论角度分析土与桩、桩与桩、土与土之间的作用方式，是研究单桩基础在纵向上的承载力前提下，分别分析承载力和基础土层之间的作用力和相对位移的关系。以弹性理论为中心，可在分析过程中拓展出系列的单桩沉降计算法，但所有计算方式的有效应用都是建立在桩基础位移和周围土层位移保持同步和协调的条件下的。从轴向承载下的桩基础桩身的压缩情况就能得出桩基础发生位移的结果，具体则可以通过某个定点产生的Minidlin位移得知桩四周土体的位移。

（二）单桩的沉降分析计算

1、荷载传递分析法。分析单桩荷载的过程中，使用频率最高的就是荷载传递分析法，这种方法严格遵循了规定范围内负荷承载变形，以镜像的方式完成对具体传递反映的计算。具体的工作原理为：以相同长度为要求，将桩基础分为多个桩段，每一个桩段即为一个弹性单元，再以非线性弹簧模拟每个桩段和土层之间的联系。这种方法在负荷承载传递运用曲线中，通常假定与桩基础位移有关的变量只有该点的摩擦阻力，除此以外的任意位置点的摩擦阻力对其都没有影响。2、对单向压缩分层总和法的分析。运用单向压缩分层总和法计算公路桥梁桩基沉降结果，从总量角度而言相对精准，因为是通过全面分析桩基周围土层的各项参数得出的数据。单向压缩分层总和法属于一种浅基础层面的总沉降量计算法，这种方法被应用于大直径单桩，尽管这类单桩的桩侧阻力较小，但较大的桩基底面积能帮助整个桩基分担重量。比如在深基计算的过程中，当外界一切条件都相同时，通过明氏应力分布法分析桩基沉降量，所得的量总值几乎等同于工程设计和推算时的总量;而运用布氏公式法计算所得的值通常有偏差，相比于实际测量值要偏大30%，甚至50%;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。

（三）群桩沉降设计法

对实体深基础法进行讨论，该基础法也被称之为等代墩基法。工作人员在对公路桥梁进行设计的过程中以及在对群桩沉降进行计算的过程中，最常用的方法就是深基基础法，而且深基基础法也是高承台桩群与土层施工的基础，但是整个处理过程必须要保证墩基始终都要处在规定的范围内，且实体墩基和桩基土层二者之间可能会出现压缩的情况，所以工作人员需要通过扩展计算的方式来计算出群桩的具体沉降数值。在工作开展的过程中，还可以将实体基础底面当成主要的研究对象，结合地基土执行与附加应力性质等方面的要素，通过不同的计算公式来对目标进行计算。想要从根本上减少差异，保证工作的正常开展，相关工作人员就必须要按照工作实际开展情况，提出不同的预防措施。

四、公路桥梁工程设计中桩基沉降问题改善方法

（1）桩基布局改善。在进行桩基布局设计过程当中，设计人员首先需要通过计算来得到每个桩基的受力范围，其次在根据公路桥梁工程的总长，计算桩基布局中的桩基数量，最终依照计算结果，将桩基依照受力范围来均匀分布，可以有效改善桩基布局造成的沉降问题。此外，在一些特殊条件之下，可能无法均匀分布桩基，那么就需要通过一些附加结构来进行补强，对此也需要通过相应的计算来得出强度差值，再依照差值进行相关设计。（2）桩基选型改善方法。公路桥梁工程时常会遇到临水环境，此类环境的土体松软，极易出现不良沉降现象，那么针对此环境，设计人员需要做好基础设计工作。桥位处软土层较厚时，桩柱式单排装，需设承台，减少桩基不均匀沉降产生的不利影响。但在实际应用当中，还需要根据实地情况来进行选择。此外，位于水中的桩基础，要考虑水流冲刷带来的不利因素，桩基长度设计时，要扣除冲刷深度。

五、结语

总而言之，分析公路桥梁工程设计中的桩基沉降问题，必须在充分掌握相关理论知识的基础上，结合自身经验和工程实际情况计算，为了保证公路桥梁桩基沉降分析的全面性和科学性，还要善于借助先进的测量技术，尽量避免桥梁工程桩基沉降对后期使用功能的影响。

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