公路桥梁地基的承载力和沉降分析

试论公路桥梁地基的承载力和沉降分析

【摘要】由于我国地质条件的复杂性，在大型桥梁的建设过程中尤为关注桥梁地基的承载力计算与沉降分析工作，它对公路桥梁投入使用后的质量、安全性等具有总要意义。 【关键词】公路桥梁； 地基； 承载力； 沉降

有关公路桥梁地基承载力与沉降的数据分析，对公路桥梁的稳定性与安全性起决定性作用，本文将对此问题进行分析与阐述。 1、公路桥梁地基的承载力与地基实验理论

1.1在路桥工程现场，选择典型的地层在现场进行承压板的载荷实验，以确定其地基的最大承载力。在山坡的平台上，可以设置锚桩横梁的反力装置，并在挖孔孔底和平洞中借助山体的自重设置撑式反力装置，再通过压力传感器进行测力。另外，通过位移计测量沉降程度，人工挖孔的桩底地基载荷实验结果，利于客观预计挖孔桩的单桩承载力。

1.2由于公路桥梁结构与地质条件的复杂性，在施工初期会产生很多和原地质勘查不相符的问题。因此，要重视施工初期对地质勘查工作的补充，并加强专门测试试验，例如在施工现场取样开展室内土工试验与岩石试验、在施工现场进行大量的标准、轻便触探的试验，岩石点的荷载强度试验等，再根据相关规定与地区性经验最终确定各持力层的地基极限承载力。

1.3根据原有的地质勘察资料，例如静、动力初探与室内实验所

知的岩土力学参数、钻孔取芯等，根据相关规定和现场的荷载试验，再加上与相邻、相似工程的调查分析，这些都是公路桥梁施工设计之前必须进行的分析环节。

1.4由于工程物探方法具有快速、简单、便于大面积探测、成本低等诸多特点，在公路桥梁地基的承载力与沉降实验中得以充分应用。对于路桥地基的稳定性，可以通过地雷勘测、电法勘探、波速测试、地质雷打电磁法勘探等综合技术，明确风化层的深度和基岩层起伏状况；勘测隐伏构造和破碎带，测定岩土体物理学参数和潜在的滑坡因素等。尤其要对路桥边坡岩体的稳定性等进行正确评价，以及由地下水、爆破开挖等引发的岩体性质改变，对地基与桩基承载力正确估计等。

随着碎石复合地基的施工机械及成桩工艺的日益完善及发展，为了增加路桥桩柱自身刚度及桩体的最大荷载力，在原桩体材料碎石中加入适当的水泥，在桩身中形成低标号砼。为了提高砼的密实度、增加和易性并节约水泥，在低标号砼中可掺入粉煤灰，以形成全新水泥粉煤灰碎石桩的地基。在公路桥梁地基中实际是在粉煤灰、碎石中，加入适当的水与水泥，再形成可变桩轻、粘结度强的地基。因此，通过上述方法，最终能得到高承载力、抗沉降性的地基测试结果。

2、公路桥梁地基的承载力分析

一般情况下，公路桥梁的强桩能够发挥较大作用，而其弱桩的

承载力发挥就需要两个方面的考虑：一是由于桩身的强度来决定，例如刚度比较小的柔性桩；二是如果桩身的强度足够，就由土对桩的承载力来决定，一方面由土的强度来决定对桩有多大支撑力、另一方面由土的变形性质来决定，以保障桩不会产生过大的沉降支撑力。在第一种情况中，可将公路桥梁的地基承载力化为公式： 由于其中弱桩的强度比较低，因此弱桩的桩周无法充分发挥作用。

对于公式（2）中的情况，能够保证强桩充分发挥作用，并能保障弱桩作用的发挥。

在以上两个公示中，fspk表示强桩与弱桩自由单桩承载力的标准值，kpa； 、 表示强桩与弱桩自由承载力的标准值，kpa； 、 表示强桩与弱桩自由单桩的横截面积，m2； 、β表示弱桩与桩间土强度的发挥系数，一般情况下其数值在0.9-0.95之间选择，若在重要工程中有变形要求时，则选择0.75-0.9；α表示桩间的强度提高系数，可以根据经验进行估值，如果没有实测资料，粘性土可取值1.0。

在公示中采取的是自由单桩承载力的标准值，如果在实际复合地基中单桩的承载力则比自由单桩高一些，这样能有效提高组合型复合地基的安全性。如何充分发挥强桩与弱桩的作用，又不会由于局部破坏而造成整体价值的丧失，这也是公路桥梁地基设计的关键因素，不仅需要从整体上满足地基的承载力，还要确保每根单桩的

正常工作，且符合沉降标准。 3、公路桥梁地基的沉降分析

一般情况下，公路桥梁的组合型复合地基由三部分组成，即加固土层的变形量s1，褥垫层变形量s2，下卧层变形量s3。因为褥垫层比较薄，而变形模量却相对较大，变形量s2相对较小,一般可忽略不计，而将总的沉降量表示为：s= s1+ s2。假如加固区的复合地基是和天然地基的分层相同的若干个均质地基，那么每一层的压缩模量都可以扩大几倍，再按照分层综合法对加固区及下卧层变形进行计算，公式为：

在该公示中：n代表总分层数；k代表加固的分层数； 代表基础底面下的第i层土压缩模量。 代表基础层地面到第i层土底面的距离，m； 代表基础底面的计算点到地i层土的范围内其平均附加的压力系数； 代表面积置换率； 代表压缩模量的提高系数，其中

4、公路桥梁地基的加固

由水泥粉煤灰碎石桩复合地基是由粉煤灰混凝土、桩间土及褥垫层组成，由于其具有承载力强、沉降变形率低、施工简单、造价低等优势，目前得到路桥工程的广泛应用，以下将对公路桥梁地基加固的技术要点进行分析：

4.1水泥粉煤灰碎石桩通过震动沉管方式进行施工时，由于其挤密与震动作用使得桩间土达到一定密实度，尤其是在沙土层的作用

明显。砂土在高频率震动的情况下，其密度也得以提高，孔隙比相对降低、内摩擦角增多，能够有效改善土层的物理性质，提高抗液化的能力，但是其缺点是对结构的强度将会有所损失，并降低土体强度，随着其强度恢复期的延长，结构强度也在逐步恢复。 4.2公路桥梁地基在进行砂土及粉土施工环节，由于其震动及成桩作用，会导致土体内产生超孔隙的水压力。刚竣工的公路桥梁地基就成为了一个最好的排水通道，孔隙中的水沿着桩体向上排出，直直桩体变硬。

4.3由于桩体的材料刚度比软土底层高，因此在荷载力下，水泥粉煤灰碎石桩压缩性比桩间土更小，基础传至复合地基的应力，会随着地层的变形而逐渐集中至桩体。由于大部分荷载是由桩体来承受，桩间土的应力会随之减弱，此时复合地基的承载力就会高于天然地基，减小沉降的可能性。

由上可见，本文对公路桥梁地基的承载力和沉降的理论实验与分析计算方式进行阐述，并根据实际情况提出了有效的路桥加固方式，通过各种手段的完善与应用，必能提高公路桥梁的稳定性与安全性，并在实际工程施工中得以广泛应用。 注：本章内容的所有图表及公式以pdf形式查看