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摘要:在桥梁工程设计中，桩基沉降问题一直是桥梁工程设计的关键问题。本文主要结合笔者多年工作经验，阐述了桥梁工程设计中的桩基沉降问题。
关键词:桥梁;设计;桩基;沉降;群桩
1单桩沉降计算理论
(1)沉降量组成。单桩受到荷载作用后，其沉降量由下述三部分组成:①桩本身的弹性压缩量;②由于桩侧摩阻力向下传递，引起桩端下土体压缩产生的桩端沉降;③由于桩端荷载引起桩端下土体压缩产生的桩端沉降。1995年版的《桩基工程手册》与史佩栋主编的《实用桩基工程手册》均是上述意见，沉降量应该还包括一部分，即由桩土的相对滑移引起的桩端刺入量。因为一般桩端位置也有侧摩阻力，有侧摩阻力就有桩土相对滑移。但桩土的相对滑移的确较小。(2)单桩沉降计算。单桩沉降计算方法主要有荷载传递分析法、弹性理论法、剪切变形传递法等。①荷载传递分析法也称传递函数法，它是把桩划分为许多弹性单元，每一个单元与土体之间用非线性弹簧联系，以模拟桩－土间的荷载传递关系。荷载传递法的关键是确定传递函数的形式，有解析法和位移协调法两种方法，具体不再详述，可参考《桩基工程手册》。②弹性理论法。弹性理论法通常把桩分成若干个均匀的受载单元，通过桩上各单元的桩位移与邻近土位移之间的协调条件从而获得各单元受载大小的解。桩的位移由轴向荷载下桩身的弹性压缩求得，土的位移则油Mindlin解计算在土体内部某一点作用一荷载时在土体内另一点所产生的位移求得。③剪切变形传递法。Cooke(1974)提出了摩擦桩荷载传递物理模型。假定当荷载水平P/Pu较小时，桩在轴向荷载P作用下沉降较小，桩与土之间不产生相对位移，因此，桩沉降时周围土体也随之发生剪切变形，剪应力τ从桩侧表面沿径向向四周扩散到周围土体中。剪切变形法采用的摩擦桩的荷载传递物理模型比较合理。弹性理论法很容易引入到对群桩的分析，因为它考虑到土的连续性，但剪切变形传递法想要引入到对群桩的分析比较困难，还需要对其可行性进行探讨，对其方法进行深入研究。(3)影响单桩沉降的因素。由弹性理论法得出的影响单桩沉降的因素:影响单桩沉降的因素主要如下:①单桩沉降随着L/d和K的增大而减小，亦即桩愈长和桩相对愈难压缩，单桩沉降就愈小。②Eb/Es愈大，单桩沉降就愈小。即桩端土相对越难压缩，沉降越小。③对于细长桩(即L/d较大)，桩端持力层性状对单桩沉降影响较小。④在《建筑地基基础设计规范》(GB50007－2002)中采用Mindlin方法计算桩基沉降，实际上并不是弹性理论分析方法，而是分层总和法，只是用Mindlin应力公式计算附加应力。但在Mindlin应力公式中并没有Eb/Es的参数，因此桩端处持力土层的弹性模量与桩周土弹性模量之比值Eb/Es，在规范法计算时并不影响沉降大小，沉降结果只与桩端下土层的压缩模量有关。(4)单桩刚柔性分析。L/d愈小和K愈大，Eb/Es的变化对单桩的沉降影响就愈大，亦即刚性桩特性愈显明显;不仅桩身模量较低的搅拌桩表现出柔性桩的特性，而且桩身模量很大的常规桩随着桩长的增大也会呈现柔性桩的特性(指单桩沉降与持力层性状关系不大);柔性桩与刚性桩的划分主要取决于L/d和K．
2群桩沉降计算
(1)群桩沉降。变形形状是桩、承台、地基土相互影响的结果。高承台群桩，侧摩阻力的荷载传递过程仍与单桩相近，即遵循随着荷载增大侧摩阻力从桩顶开始逐步向下发挥。(2)群桩沉降影响主要因素。群桩沉降涉及的因素远比单桩沉降多，例如群桩几何尺寸的有关参数、施工工艺与流程、地基地质条件、荷载大小和持续时间，以及承台型式等，对于影响沉降的主要因素，单桩与群桩两者也不相同，前者主要受桩侧摩阻力影响，而后者(群桩)的沉降在很大程度上与桩端以下土层的压缩性有关，如图1表示持力层下有软下卧层时，单桩试验承载力和变形能满足设计要求，但群桩沉降就不一定能满足设计要求，需要验算。(3)群桩沉降计算。已有的计算方法各有其特点和适用范围，大致可分为:弹性理论法、等代墩基法、分层总和法、数值计算法等。目前在工程中应用较广泛的桩基沉降计算方法，仍是把群桩作为假想的实体深基础。计算出作用在桩端平面处的压力p后，即可按土力学课中所述的分层总和法计算桩端下土的压缩层厚度内的变形值，即作为桩基的沉降量，其计算步骤与浅基础的沉降计算相同。许多工程实测证明，应用明德林解计算群桩沉降比布辛纳斯克解更符合实际。但由于明德林解的计算方法复杂，故一直未能得到推广应用。通过大量计算工作，《桩基规范》在明德林解与布氏解之间建立相关关系，引入“等效沉降系数“e”，并推荐一种称为“等效作用面分层总和法”用以计算桩基沉降。该法既保留以布氏解为基础的分层总和法简单实用的优点，同时又考虑明德林解合理的内容。
参考文献:
［1］颜宏.公路桥梁工程设计中的桩基沉降分析［J］.中小企业管理与科技(上旬刊)，2011，(5):45－46.
［2］周红波，牛子春.高层建筑打入桩基与钻孔桩基沉降对比分析［J］.施工技术，2007，(9):98－99.
［3］邱宁新.建筑设计中桩基沉降的计算问题［J］.江西建材，2012，(2):39－41.
作者:张磊 胡志强 单位:贵州省交通规划勘察设计研究院股份有限公司
