论文部分内容阅读
摘 要：目前，桥梁工程设计是基础公共设施设计的重要环节，桥梁工程建设的不断进步对桥梁的荷载能力提出更高的要求，探讨桥梁工程设计有着至关重要的意义。本文将针对桥梁建筑中桩基沉降的问题简要探讨桥梁常用桩基类型，详细分析桩基沉降的计算方法。
关键词：桥梁工程；桩基类型；沉降分析
1、桥梁常用桩基类型
根据施工类型的不同，桥梁桩基类型可分为冲孔型、挖空型和钻孔型；根据承载力不同，桥梁桩基类型又可以分为端承桩、摩擦桩和摩擦承桩；根据桩基的几何直径，还可以把桥梁桩基分为大直径桩、中等直径桩和小直径桩等。桥梁桩基还可依据水平受力情况和竖向受力情况的不同来划分。随着桥梁建设的不断进步，桥梁桩基的结构越来越复杂。针对不同的桩基结构要采用不同的分析方法，保证结果的准确性。
下文将重点分析根据承载力不同所划分的两种桥梁桩基：端承型群桩和摩擦型群桩。
1.1 端承型群桩
在桥梁工程中，桩基承载力的不同是因为桩基在土层中的受力情况不同。端承桩是一种完全穿过软土层达到深层的桩基，大部分受力由桩剪阻力承载，桩侧剪力由于相互影响只承担微小的受力，桩端平面更是由于受力在传递过程中的分散而削弱了其所应受的重叠效应。因此，端承型群桩的基桩类似于独立性单桩，群桩就是这些独立性单桩的集合体，这使得各基桩之间以及基桩与土层之间的相互作用变得极其微小。
1.2 摩擦型群桩
与端承型群桩相比，摩擦型群桩全部深入软土层，在施工过程中会受到桩身四侧面与土层发生的摩擦力以及来自桩基尖端巨大的阻力，桩基上部结构的承载力就由这两个力共同承担。由此受力分析可知，摩擦型群桩桩基的沉降不可忽略。
摩擦型群桩可分为高承台桩基和低承台桩基。高承台桩基在计算沉降时只需要考虑各桩顶通过侧摩擦力和端阻力对地基和邻近桩产生的重叠应力；低承台摩擦型桩基的受力情况相对复杂，由于承台与地基的接触应力，低承台桩基的沉降不仅要测算侧摩擦力和端阻力，还要考虑到受力过程中地基、桩基、承台之间的相互作用的变化。因为承台不仅通过限制桩基上部的位移减小摩擦阻力，而且改变了荷载的传递过程，进而影响到侧摩擦力和端阻力的变化。
2、沉降影响因素分析
2.1 土质的影响
土质坡面是一个较复杂的影响因素，如果土质坡面的粘性土较均匀，地基整体压缩变形占群桩沉降的比例与土质硬度成正相关变化趋势；如粘性土不均匀，桩基间的压缩变形比例就会随土质变硬而减小。因此，软粘土的群桩沉降一定程度上是由于土层侧向挤出造成的；而砂土中的桩基整体压缩变形比例要大于软粘土中相应的群桩沉降比例。
2.2 桩间距的影响
桩基整体压缩变形的比例与桩基间距成反比。当桩间距小于三倍桩基直径时，地基整体压缩变化比例会随着荷载水平和土性的变化而产生较大变动；当桩间距达到六倍桩基直径时，地基整体压缩变化比例将不会受到荷载水平与土性的影响，群桩沉降将以桩基间土的压缩变形为主。
2.3 承台设置方式的影响
对于打入群桩的沉降分析，承台设置方式与桩间距有一定关联。从试验结果来看，桩间距没有达到三倍桩基直径的情况下，承台设置方式对打入群桩的沉降性状并无明显影响。但在一般的施工过程中，荷载较小的群桩沉降以地基整体压缩变形为主；当荷载接近极限承载力时，群桩间主要沉降变为桩间土的整体变形压缩。
2.4 荷载水平的影响
荷载水平的增大会使地基整体压缩变形占群桩沉降的比例减小。在桩间距为三倍桩基直径的工程中，若外加荷载不超过极限荷载的一半，群桩沉降完全来自桩端以下地基的压缩变形；达到一半时，群桩沉降仍以地基变形为主；但当外加荷载接近极限荷载时，群桩沉降改为桩间土的压缩变形。
3、群桩沉降分析
3.1 群桩效应分析
桥梁群桩中存在显著的群桩效应。群桩效应是指重叠的桩端应力使得群桩桩端应力远高于单桩桩端应力。较之单桩，群桩不同的工作状态决定了群桩沉降量也会远高于单桩沉降量。
沉降的群桩效应则是指在常用桩间距下，重叠的相邻桩间应力提高了桩端平面以下的应力水平，同时加深了该层面的压缩层。这使得群桩沉降量和延续时间都远高于单桩的工作状态。桩基沉降的群桩效应用沉降比度量，即相同桩顶荷载下群桩沉降与单桩沉降之比。
3.2 群桩沉降分析方法
群桩沉降的分析方法多种多样，目前施工中常用的分析方法有弹性理论法、实体深基础法和等效作用分层法。
弹性理论法分析群桩沉降可看作位移法或应力法，它的理论依据是Minidlin解的唯一性和应力解。该种方法可以简化为求位移，即线性化应力法中子桩侧面的摩擦力，叠加单桩分析理论得到群桩的计算公式。
实体深基础法是目前最为常用的群桩沉降分析法。理论上把高承台下的桩群和土层作为实体深基础，在不超过这个等代墩基范围的情况下，利用扩展的计算方式计算群桩沉降。但在实际计算过程中，要采取一系列误差来消除桩基附加应力和地基土层性质的差别所产生的误差影响。
等效作用分层总和法的关键在于“总和”。这种方法很早就被提出并应用于实际工程测算中。它的核心是计算Mindlin解与Boussi-nesq解之间的比值，即计算均匀土质土层中的群桩沉降与均匀负荷承载下的矩形基础的比例。在得出结论后修正等代墩基的附加应力，依据分层总和得出最终的群桩沉降。
4、总结
总而言之，群桩沉降的受力情况十分复杂，有关群桩的沉降分析也是一个非常复杂的问题。目前，桥梁工程设计中的桩基沉降分析仍是工程设计研究的重點内容。为了确保桥梁建设的稳健发展，诸如沉降问题等现实问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，将理论应用于实践，并在实践中不断探索完善。
参考文献：
[1] 游兵站.公路桥梁工程设计中的桩基沉降分析[J].城市建设理论研究，2013（13）：44-45
[2] 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）：40-41
关键词：桥梁工程；桩基类型；沉降分析
1、桥梁常用桩基类型
根据施工类型的不同，桥梁桩基类型可分为冲孔型、挖空型和钻孔型；根据承载力不同，桥梁桩基类型又可以分为端承桩、摩擦桩和摩擦承桩；根据桩基的几何直径，还可以把桥梁桩基分为大直径桩、中等直径桩和小直径桩等。桥梁桩基还可依据水平受力情况和竖向受力情况的不同来划分。随着桥梁建设的不断进步，桥梁桩基的结构越来越复杂。针对不同的桩基结构要采用不同的分析方法，保证结果的准确性。
下文将重点分析根据承载力不同所划分的两种桥梁桩基：端承型群桩和摩擦型群桩。
1.1 端承型群桩
在桥梁工程中，桩基承载力的不同是因为桩基在土层中的受力情况不同。端承桩是一种完全穿过软土层达到深层的桩基，大部分受力由桩剪阻力承载，桩侧剪力由于相互影响只承担微小的受力，桩端平面更是由于受力在传递过程中的分散而削弱了其所应受的重叠效应。因此，端承型群桩的基桩类似于独立性单桩，群桩就是这些独立性单桩的集合体，这使得各基桩之间以及基桩与土层之间的相互作用变得极其微小。
1.2 摩擦型群桩
与端承型群桩相比，摩擦型群桩全部深入软土层，在施工过程中会受到桩身四侧面与土层发生的摩擦力以及来自桩基尖端巨大的阻力，桩基上部结构的承载力就由这两个力共同承担。由此受力分析可知，摩擦型群桩桩基的沉降不可忽略。
摩擦型群桩可分为高承台桩基和低承台桩基。高承台桩基在计算沉降时只需要考虑各桩顶通过侧摩擦力和端阻力对地基和邻近桩产生的重叠应力；低承台摩擦型桩基的受力情况相对复杂，由于承台与地基的接触应力，低承台桩基的沉降不仅要测算侧摩擦力和端阻力，还要考虑到受力过程中地基、桩基、承台之间的相互作用的变化。因为承台不仅通过限制桩基上部的位移减小摩擦阻力，而且改变了荷载的传递过程，进而影响到侧摩擦力和端阻力的变化。
2、沉降影响因素分析
2.1 土质的影响
土质坡面是一个较复杂的影响因素，如果土质坡面的粘性土较均匀，地基整体压缩变形占群桩沉降的比例与土质硬度成正相关变化趋势；如粘性土不均匀，桩基间的压缩变形比例就会随土质变硬而减小。因此，软粘土的群桩沉降一定程度上是由于土层侧向挤出造成的；而砂土中的桩基整体压缩变形比例要大于软粘土中相应的群桩沉降比例。
2.2 桩间距的影响
桩基整体压缩变形的比例与桩基间距成反比。当桩间距小于三倍桩基直径时，地基整体压缩变化比例会随着荷载水平和土性的变化而产生较大变动；当桩间距达到六倍桩基直径时，地基整体压缩变化比例将不会受到荷载水平与土性的影响，群桩沉降将以桩基间土的压缩变形为主。
2.3 承台设置方式的影响
对于打入群桩的沉降分析，承台设置方式与桩间距有一定关联。从试验结果来看，桩间距没有达到三倍桩基直径的情况下，承台设置方式对打入群桩的沉降性状并无明显影响。但在一般的施工过程中，荷载较小的群桩沉降以地基整体压缩变形为主；当荷载接近极限承载力时，群桩间主要沉降变为桩间土的整体变形压缩。
2.4 荷载水平的影响
荷载水平的增大会使地基整体压缩变形占群桩沉降的比例减小。在桩间距为三倍桩基直径的工程中，若外加荷载不超过极限荷载的一半，群桩沉降完全来自桩端以下地基的压缩变形；达到一半时，群桩沉降仍以地基变形为主；但当外加荷载接近极限荷载时，群桩沉降改为桩间土的压缩变形。
3、群桩沉降分析
3.1 群桩效应分析
桥梁群桩中存在显著的群桩效应。群桩效应是指重叠的桩端应力使得群桩桩端应力远高于单桩桩端应力。较之单桩，群桩不同的工作状态决定了群桩沉降量也会远高于单桩沉降量。
沉降的群桩效应则是指在常用桩间距下，重叠的相邻桩间应力提高了桩端平面以下的应力水平，同时加深了该层面的压缩层。这使得群桩沉降量和延续时间都远高于单桩的工作状态。桩基沉降的群桩效应用沉降比度量，即相同桩顶荷载下群桩沉降与单桩沉降之比。
3.2 群桩沉降分析方法
群桩沉降的分析方法多种多样，目前施工中常用的分析方法有弹性理论法、实体深基础法和等效作用分层法。
弹性理论法分析群桩沉降可看作位移法或应力法，它的理论依据是Minidlin解的唯一性和应力解。该种方法可以简化为求位移，即线性化应力法中子桩侧面的摩擦力，叠加单桩分析理论得到群桩的计算公式。
实体深基础法是目前最为常用的群桩沉降分析法。理论上把高承台下的桩群和土层作为实体深基础，在不超过这个等代墩基范围的情况下，利用扩展的计算方式计算群桩沉降。但在实际计算过程中，要采取一系列误差来消除桩基附加应力和地基土层性质的差别所产生的误差影响。
等效作用分层总和法的关键在于“总和”。这种方法很早就被提出并应用于实际工程测算中。它的核心是计算Mindlin解与Boussi-nesq解之间的比值，即计算均匀土质土层中的群桩沉降与均匀负荷承载下的矩形基础的比例。在得出结论后修正等代墩基的附加应力，依据分层总和得出最终的群桩沉降。
4、总结
总而言之，群桩沉降的受力情况十分复杂，有关群桩的沉降分析也是一个非常复杂的问题。目前，桥梁工程设计中的桩基沉降分析仍是工程设计研究的重點内容。为了确保桥梁建设的稳健发展，诸如沉降问题等现实问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，将理论应用于实践，并在实践中不断探索完善。
参考文献：
[1] 游兵站.公路桥梁工程设计中的桩基沉降分析[J].城市建设理论研究，2013（13）：44-45
[2] 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）：40-41