張 磊，胡志強

(貴州省交通規(guī)劃勘察設計研究院股份有限公司，貴州 貴陽 550081)

橋梁工程設計中的樁基沉降

張 磊，胡志強

(貴州省交通規(guī)劃勘察設計研究院股份有限公司，貴州 貴陽 550081)

在橋梁工程設計中，樁基沉降問題一直是橋梁工程設計的關(guān)鍵問題。本文主要結(jié)合筆者多年工作經(jīng)驗，闡述了橋梁工程設計中的樁基沉降問題。

橋梁；設計；樁基；沉降；群樁

1 單樁沉降計算理論

(1)沉降量組成

單樁受到荷載作用后，其沉降量由下述三部分組成：①樁本身的彈性壓縮量；②由于樁側(cè)摩阻力向下傳遞，引起樁端下土體壓縮產(chǎn)生的樁端沉降；③由于樁端荷載引起樁端下土體壓縮產(chǎn)生的樁端沉降。1995年版的《樁基工程手冊》與史佩棟主編的《實用樁基工程手冊》均是上述意見，沉降量應該還包括一部分，即由樁土的相對滑移引起的樁端刺入量。因為一般樁端位置也有側(cè)摩阻力，有側(cè)摩阻力就有樁土相對滑移。但樁土的相對滑移的確較小。

(2)單樁沉降計算

單樁沉降計算方法主要有荷載傳遞分析法、彈性理論法、剪切變形傳遞法等。

①荷載傳遞分析法也稱傳遞函數(shù)法，它是把樁劃分為許多彈性單元，每一個單元與土體之間用非線性彈簧聯(lián)系，以模擬樁-土間的荷載傳遞關(guān)系。荷載傳遞法的關(guān)鍵是確定傳遞函數(shù)的形式，有解析法和位移協(xié)調(diào)法兩種方法，具體不再詳述，可參考《樁基工程手冊》。

②彈性理論法。彈性理論法通常把樁分成若干個均勻的受載單元，通過樁上各單元的樁位移與鄰近土位移之間的協(xié)調(diào)條件從而獲得各單元受載大小的解。樁的位移由軸向荷載下樁身的彈性壓縮求得，土的位移則油Mindlin解計算在土體內(nèi)部某一點作用一荷載時在土體內(nèi)另一點所產(chǎn)生的位移求得。

③剪切變形傳遞法。Cooke(1974)提出了摩擦樁荷載傳遞物理模型。假定當荷載水平P/Pu較小時，樁在軸向荷載P作用下沉降較小，樁與土之間不產(chǎn)生相對位移，因此，樁沉降時周圍土體也隨之發(fā)生剪切變形，剪應力τ從樁側(cè)表面沿徑向向四周擴散到周圍土體中。剪切變形法采用的摩擦樁的荷載傳遞物理模型比較合理。彈性理論法很容易引入到對群樁的分析，因為它考慮到土的連續(xù)性，但剪切變形傳遞法想要引入到對群樁的分析比較困難，還需要對其可行性進行探討，對其方法進行深入研究。

(3)影響單樁沉降的因素

由彈性理論法得出的影響單樁沉降的因素：

影響單樁沉降的因素主要如下：①單樁沉降隨著L/d和K的增大而減小，亦即樁愈長和樁相對愈難壓縮，單樁沉降就愈小。②Eb/Es愈大，單樁沉降就愈小。即樁端土相對越難壓縮，沉降越小。③對于細長樁(即L/d較大)，樁端持力層性狀對單樁沉降影響較小。④在《建筑地基基礎(chǔ)設計規(guī)范》(GB 50007-2002)中采用Mindlin方法計算樁基沉降，實際上并不是彈性理論分析方法，而是分層總和法，只是用Mindlin應力公式計算附加應力。但在Mindlin應力公式中并沒有Eb/Es的參數(shù)，因此樁端處持力土層的彈性模量與樁周土彈性模量之比值Eb/Es，在規(guī)范法計算時并不影響沉降大小，沉降結(jié)果只與樁端下土層的壓縮模量有關(guān)。

(4)單樁剛?cè)嵝苑治?/p>

L/d愈小和K愈大，Eb/Es的變化對單樁的沉降影響就愈大，亦即剛性樁特性愈顯明顯；不僅樁身模量較低的攪拌樁表現(xiàn)出柔性樁的特性，而且樁身模量很大的常規(guī)樁隨著樁長的增大也會呈現(xiàn)柔性樁的特性(指單樁沉降與持力層性狀關(guān)系不大)；柔性樁與剛性樁的劃分主要取決于L/d和K。

2 群樁沉降計算

(1)群樁沉降。變形形狀是樁、承臺、地基土相互影響的結(jié)果。高承臺群樁，側(cè)摩阻力的荷載傳遞過程仍與單樁相近，即遵循隨著荷載增大側(cè)摩阻力從樁頂開始逐步向下發(fā)揮。

(2)群樁沉降影響主要因素。群樁沉降涉及的因素遠比單樁沉降多，例如群樁幾何尺寸的有關(guān)參數(shù)、施工工藝與流程、地基地質(zhì)條件、荷載大小和持續(xù)時間，以及承臺型式等，對于影響沉降的主要因素，單樁與群樁兩者也不相同，前者主要受樁側(cè)摩阻力影響，而后者(群樁)的沉降在很大程度上與樁端以下土層的壓縮性有關(guān)，如圖1表示持力層下有軟下臥層時，單樁試驗承載力和變形能滿足設計要求，但群樁沉降就不一定能滿足設計要求，需要驗算。

圖1 單樁和群樁下壓縮層厚對比

(3)群樁沉降計算。已有的計算方法各有其特點和適用范圍，大致可分為：彈性理論法、等代墩基法、分層總和法、數(shù)值計算法等。目前在工程中應用較廣泛的樁基沉降計算方法，仍是把群樁作為假想的實體深基礎(chǔ)。計算出作用在樁端平面處的壓力p后，即可按土力學課中所述的分層總和法計算樁端下土的壓縮層厚度內(nèi)的變形值，即作為樁基的沉降量，其計算步驟與淺基礎(chǔ)的沉降計算相同。許多工程實測證明，應用明德林解計算群樁沉降比布辛納斯克解更符合實際。但由于明德林解的計算方法復雜，故一直未能得到推廣應用。通過大量計算工作，《樁基規(guī)范》在明德林解與布氏解之間建立相關(guān)關(guān)系，引入“等效沉降系數(shù)“e”，并推薦一種稱為“等效作用面分層總和法”用以計算樁基沉降。該法既保留以布氏解為基礎(chǔ)的分層總和法簡單實用的優(yōu)點，同時又考慮明德林解合理的內(nèi)容。

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2017-03-14

張磊(1985)，男，貴州納雍人，工程師，研究方向：橋梁工程設計。

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