铜仁市公路勘察设计院 贵州 554300
摘要：随着桥梁工程技术及计算理论的快速发展，本文通过桥梁工程中实施桩基沉降设计的意义，针对桩基设计方法，对桩基沉降控制方法在桥梁设计中的应用进行简要分析。
关键词：桩基；沉降；控制方法；桥梁设计；应用
1导言
在桥梁工程的基础选择时，桩基础由于沉降稳定、承载力高以及稳定性好等特点，在桥梁设计施工中得到了广泛的应用。但桩基础属于复杂的力学结构，关于桩基沉降的设计方法仍处于半理论、半经验的状态。目前，应用于桥梁工程中桩基沉降的设计方法种类较多，但都有着各自的适用范围与局限性。
2桥梁工程中实施桩基沉降设计的意义
当前，在桥梁工程尤其是大型和特大型的桥梁中，桩基础以其良好的性能得到了广泛的应用。然而由于桩基形式的多样性，各地区地质条件的差异，以及桩体与土体相互作用机理的复杂性，都给桥梁工程中桩基沉降的设计与计算带来了很大的难度。因此，有必要系统的了解各类桩基沉降设计方法的特点与适用性，以便于在实际工程中选择合适的设计方法。
3桩基设计方法
3.1常规桩基设计方法
承载力设计和沉降验算是桩基设计的重要内容。常规桩基设计方法是建立在满足承载力基础之上的强度设计法，即根据单桩容许承载力要求确定桩数：1、桩径D，桩长L等参数，本思路见图1。
图1常规桩基设计方法思路
根据承载力设计桩基础时，通常采取更大的单桩承载力，以满足更高的沉降要求。这无疑加大了工程造价，也不能显著地降低桩基沉降，在桩基沉降要求严格的工程中的效果较差。
3.2沉降控制设计方法
沉降控制设计方法可以更精确控制桩基设计和造价。采取桩基础的目的在于控制沉降，而常规桩基设计方法的安全性和经济性考虑不足。沉降控制设计桥梁桩基时，必须采取足够大的刚度，以保证建成后沉降变形满足要求。这也保证了其在外载作用下沉降变形满足要求的同时，应力水平也处于安全范围。沉降控制设计方法进行桩基设计的过程如图2所示。
图2沉降控制设计方法思路
3.3单桩的沉降设计分析方法
单桩受到桩顶荷载作用以后，其沉降主要是由桩身压缩、桩侧阻力所造成的桩端沉降、桩端荷载所造成的桩端沉降等构成。目前，在桥梁工程实践中，单桩沉降的设计方法主要包括了荷载传递法、弹性理论法以及剪切变形法等等。
3.3.1荷载传递法
荷载传递法也被为传递函数法，最初是由美国学者Seed等人所提出的。该方法的基本原理是将单桩细分为多个小的弹性单元，见图3所示。从图中可看出，每个单元和土体之间都存在非线性关系，通过这一关系也可模拟得出土体与单桩之间的荷载传递关系，且桩端的阻力也可利用该非线性关系进行模拟。这些非线性弹簧的应力、应变关系即可表示桩端阻力τ与桩端沉降s之间的关系，这些关系即为传递函数。由桩体任意一个单元体的静力平衡条件，可得到：
式（1）中，U为单桩的截面周长，单位为m；Ap为桩的截面积，单位为m2；Ep为桩的弹性模量，单位为MPa。式（1）即为传递函数法的基本微分方程，求解该方程即可得到单桩顶荷载与沉降关系曲线、桩身荷载沿桩身的分布曲线以及桩侧摩擦力沿桩身的分布曲线。荷载传递法因其直观、简单的特点，在公路桥梁桩基沉降设计中得到了较为广泛的应用，但由于该方法是单桩—土体的静力荷载试验所获得的各项数据，来反推算桩侧摩擦力以及桩底反力的分布曲线和分布规律情况，因此该方法其实质是一种经验方法，并不能从理论上直接得出单桩轴向位移和桩侧摩擦力之间的曲线关系。
3.3.2弹性理论法
弹性理论法主要包括了Poulos弹性理论和Geddes理论法。以常用的Geddes理论法为例，它是以半无限弹性体内作用一集中力为理论，从而将作用于单桩端部的压应力简化为一个集中荷载，将作用于桩周围土体的剪应力简化为沿着桩轴线的集中力，再将侧阻力沿桩深度方向进行矩形和三角形分解。于是，单桩端部的集中压应力，呈矩形和呈三角形分布的桩侧阻力可分别表示为：
在上式中，h是指桩体的入土深度；Q分别指单桩端部的集中压应力，呈矩形和呈三角形分布的桩侧阻力的荷载值；K则分别指以上三种力作用在土中任意一点竖向的应力系数。弹性理论法的特点是考虑到土体的连续性，分析结果也较为准确，还可用于群桩的设计分析，因此有着较为广泛的应用。但由于弹性理论法将地基看作为一均匀和各向同性的理想弹性体，而忽略了工程实际存在的时间效应与应力效应，因此仍需要进一步完善。
3.3.3剪切变形法
剪切变形法首先假定桩土间不发生相对位移、桩侧土体上下层之间没有相互作用，以及忽略桩端阻力，即假定桩的沉降主要是由桩侧荷载传递所引起的。剪切变形法的桩身荷载传递模型，见下图4所示。
图4剪切变形法的桩身荷载传递模型
论文作者:吴承华
论文发表刊物:《基层建设》2015年17期
论文发表时间:2015/11/30
标签：桩基论文; 荷载论文; 方法论文; 应力论文; 承载力论文; 理论论文; 阻力论文; 《基层建设》2015年17期论文;