公路橋梁工程中樁基沉降問題與對(duì)策研究

王 欣

（山西交通職業(yè)技術(shù)學(xué)院， 山西 太原 030031）

0 引言

公路橋梁工程的上部荷載比較大，樁基在縱向荷載、地基以及承臺(tái)的相互作用下不會(huì)產(chǎn)生明顯的沉降變化。但如果樁基基礎(chǔ)動(dòng)態(tài)變化較大，或有其他因素造成的影響，樁基沉降問題可能因此出現(xiàn)。做好樁基設(shè)計(jì)工作，對(duì)樁基沉降問題予以解決，使其更好的用于公路工程設(shè)計(jì)施工，盡可能的延長(zhǎng)公路橋梁的使用壽命。

1 公路橋梁工程的樁基設(shè)計(jì)工作

公路橋梁工程的樁基設(shè)計(jì)工作主要包含樁基選型與方案確定、確定樁徑、樁長(zhǎng)與樁距參數(shù)、確定單樁基結(jié)構(gòu)形式和承載能力、選定樁頂傳遞荷載結(jié)構(gòu)、明確樁身涉及刑事與承臺(tái)構(gòu)造等。樁基設(shè)計(jì)是公路橋梁工程建設(shè)的基礎(chǔ)，只有保證樁基設(shè)計(jì)的科學(xué)性與合理性，才能使公路橋梁結(jié)構(gòu)更加穩(wěn)固。樁基能夠?qū)⑺脚c豎向的承載向地基傳遞，減輕上部負(fù)荷，使樁基擁有一定的抗彎能力，提高樁基結(jié)構(gòu)剛度。由于公路橋梁工程的類型不同，樁基在選擇時(shí)也會(huì)有差異，其中預(yù)制樁和灌注樁比較常見，公路橋梁工程樁基設(shè)計(jì)中經(jīng)常使用鉆孔灌注樁。樁基剛度大，可以減輕上部沉降，使樁基變形被均勻分?jǐn)?，樁基與周圍介質(zhì)產(chǎn)生摩擦，將上部荷載傳給周圍土地，減輕樁體壓力，保持樁基結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。

2 橋梁樁基設(shè)計(jì)原則

2.1 樁基荷載的作用

在橋梁樁基設(shè)計(jì)中，橋梁需要承受較大的荷載力，其所要承受的荷載包括永久荷載和可變荷載兩種形式，而由于橋梁工程施工影響因素較多，所以還可能會(huì)出現(xiàn)偶然荷載。由于橋梁樁基承受的荷載很多，所以在設(shè)計(jì)過程中必須要對(duì)橋梁的實(shí)際情況有充分的考慮，進(jìn)而對(duì)荷載給予合理的組合處理。一般橋梁樁基的荷載組合包括兩種形式：①承載力本身已經(jīng)到了極限，這樣就使得樁基處在承受力的邊緣，在這種情況下，基樁結(jié)構(gòu)自身的安全性和穩(wěn)定性都不是很強(qiáng)，所以無法在承受其他的荷載力[2]。②在正常達(dá)到極限狀態(tài)的情況，樁基已經(jīng)處在正常使用時(shí)所承受的變形能力，因此就需要對(duì)變形的具體情況進(jìn)行合理有效的控制。

2.2 側(cè)向承載力

橋梁樁基的側(cè)向承載力容易受到了諸多因素的影響，對(duì)此，就需要在設(shè)計(jì)過程中保證結(jié)構(gòu)自身的重力以及其他方面的應(yīng)力在結(jié)構(gòu)所能承受的極限之內(nèi)。另外，在橋梁樁基設(shè)計(jì)過程中，還需要考慮底盤所產(chǎn)生的側(cè)向承載力的大小。

2.3 負(fù)摩擦力

在橋梁樁基設(shè)計(jì)過程中，設(shè)計(jì)人員需要對(duì)負(fù)摩擦力問題進(jìn)行深入的分析和研究。如果橋梁樁基地層發(fā)生沉陷問題，而主要原因是因?yàn)榈叵滤_采過度或者地表開挖等，那么樁基底層就會(huì)出現(xiàn)一定的向下滑動(dòng)，而這種作用力在樁基運(yùn)行過程中就會(huì)形成負(fù)摩擦力，進(jìn)而影響到樁基的穩(wěn)定性和可靠性[3]。對(duì)此，就需要在設(shè)計(jì)過程中加強(qiáng)對(duì)這一作用力的詳細(xì)計(jì)算，計(jì)算時(shí)需要考慮多個(gè)公式的要求。

3 公路橋梁工程中的樁基沉降問題

3.1 地質(zhì)方面的原因

在公路橋梁工程中的樁基沉降問題一直都沒有得到有效的解決，能夠讓樁基出現(xiàn)沉降現(xiàn)象的因素是非常多的，正是這些因素讓樁基沉降問題的解決變得困難。最為主要的便是地質(zhì)方面的原因，這一方面的原因?qū)窐蛄汗こ讨械臉痘两祮栴}產(chǎn)生了很大的影響。在很多的情況下，都會(huì)將公路橋梁工程中的樁基埋放在地下，但是土地的硬度和形成壓縮形成變形的情況是成反比的關(guān)系，如果土地的硬度很大，那么壓縮變形出現(xiàn)的概率便會(huì)越小，如果土地是非常松散的土地，那么壓縮變形出現(xiàn)的概率會(huì)非常高。所以在松散的土地中進(jìn)行樁基的埋放會(huì)讓樁基出現(xiàn)沉降的相關(guān)情況，因此在公路橋梁工程的樁基沉降問題上，地質(zhì)方面是非常主要的原因。

3.2 設(shè)計(jì)方面的原因

除了地質(zhì)方面的原因，設(shè)計(jì)方面的原因也會(huì)讓公路橋梁工程中出現(xiàn)樁基沉降的問題。如果在對(duì)公路橋梁進(jìn)行搭板設(shè)計(jì)時(shí)出現(xiàn)了偏差，那么整體的穩(wěn)定性結(jié)構(gòu)將會(huì)被破壞，這也會(huì)導(dǎo)致樁基沉降的問題出現(xiàn)，不光是搭板設(shè)計(jì)，其他設(shè)計(jì)的設(shè)計(jì)偏差也會(huì)對(duì)樁基方面造成一定的影響。例如承臺(tái)設(shè)計(jì)，在具體的承臺(tái)設(shè)計(jì)中，承臺(tái)應(yīng)該對(duì)墩柱傳過來的負(fù)荷進(jìn)行分布與承受，從功能性上便可以看出承臺(tái)設(shè)計(jì)方面的重要性，如果對(duì)墩柱的負(fù)荷承受不均勻會(huì)讓樁基直接出現(xiàn)沉降的情況。因此，如果想要減少樁基沉降問題的發(fā)生，應(yīng)該提起對(duì)承臺(tái)設(shè)計(jì)方面的重視程度。最后便是樁基形式上的設(shè)計(jì)，樁基形式上的設(shè)計(jì)與樁基沉降有著非常明顯的關(guān)聯(lián)，甚至不同的樁基會(huì)產(chǎn)生出不同的沉降方式，例如打孔樁和鉆孔樁兩種樁基形式，如果兩者都出現(xiàn)樁基沉降問題，沉降的情況會(huì)有著明顯的區(qū)別。以上便是公路橋梁工程中樁基沉降問題的設(shè)計(jì)方面原因。

4 公路橋梁工程中樁基沉降的應(yīng)對(duì)策略

4.1 做好地質(zhì)環(huán)境勘察工作

公路橋梁的樁基建設(shè)屬于一項(xiàng)較為復(fù)雜的隱蔽工程，樁基結(jié)構(gòu)施工質(zhì)量容易受到多方面因素影響，這不僅關(guān)系到整個(gè)公路橋梁工程的順利開展，也

關(guān)會(huì)影響未來公路橋梁的運(yùn)行使用。因此，在施工前進(jìn)行相關(guān)準(zhǔn)備工作至 重 要，做好公路橋梁工程施工前的地質(zhì)勘察工作。安排設(shè)計(jì)人員和勘察人員一同參與到地質(zhì)勘察中，提前編制工作計(jì)劃，標(biāo)出勘察項(xiàng)目，對(duì)各項(xiàng)目嚴(yán)格審核，保證地質(zhì)勘察項(xiàng)目的完整性。在正式勘察過程中，應(yīng)圍繞計(jì)劃計(jì)算勘查結(jié)果，確保結(jié)果的準(zhǔn)確無誤，以此為基準(zhǔn)開始公路橋梁工程設(shè)計(jì)工作，防止在后期施工中發(fā)生樁基沉降問題。

4.2 改進(jìn)樁基選型和布局，優(yōu)化墩臺(tái)身

有時(shí)公路橋梁工程施工會(huì)遇到臨水的施工環(huán)境，這種環(huán)境的土體松軟，容易產(chǎn)生沉降現(xiàn)象。建議設(shè)計(jì)人員做好基礎(chǔ)設(shè)計(jì)工作，當(dāng)橋位于軟土層時(shí)，樁柱式單排裝，設(shè)置承臺(tái)，緩解樁基壓力。如果樁基礎(chǔ)在水中，應(yīng)考慮水流沖刷給樁基帶來的影響，設(shè)計(jì)樁基長(zhǎng)度時(shí)去除水流沖刷的深度。對(duì)樁基進(jìn)行合理布局時(shí)，應(yīng)計(jì)算樁基的受力范圍，按照公路橋梁工程施工總長(zhǎng)度，計(jì)算布局內(nèi)的樁基數(shù)量，根據(jù)計(jì)算結(jié)果使樁基在受力范圍內(nèi)分布均勻，改善因樁基布局問題而產(chǎn)生的沉降現(xiàn)象。在某種特殊條件下，樁基可能無法均勻分布，這時(shí)應(yīng)利用附加結(jié)構(gòu)對(duì)樁基補(bǔ)強(qiáng)處理，計(jì)算出強(qiáng)度差值，按照差值優(yōu)化公路橋梁工程的樁基設(shè)計(jì)。此外，還應(yīng)對(duì)公路橋梁的墩身與臺(tái)身進(jìn)行優(yōu)化，按照設(shè)計(jì)要求，設(shè)計(jì)人員應(yīng)確保墩臺(tái)身受力均勻。如果墩臺(tái)為異形結(jié)構(gòu)，應(yīng)保證墩臺(tái)的正投影形狀對(duì)稱，通過承臺(tái)向樁基傳遞均勻的豎向力。施工設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)保障墩臺(tái)身的結(jié)構(gòu)質(zhì)量，使結(jié)構(gòu)擁有足夠的橫向承載力，可以滿足混凝土最小裂縫需求，并對(duì)墩臺(tái)采取一定的防撞擊措施，維護(hù)墩臺(tái)結(jié)構(gòu)的穩(wěn)固性。

4.3 單樁沉降式的設(shè)計(jì)

為了防止樁基沉降情況的發(fā)生，可以在公路橋梁工程中使用單樁沉降式設(shè)計(jì)，在單樁沉降式設(shè)計(jì)中應(yīng)該對(duì)樁體進(jìn)行剪切變形的處理。如果樁體之間的地質(zhì)土壤不會(huì)出現(xiàn)為位移的情況，那么在樁基出現(xiàn)沉降情況時(shí)，土體會(huì)隨著樁基一起進(jìn)行沉降，并且進(jìn)行一定的剪切，剪切所產(chǎn)生的力會(huì)直接向外傳送。這時(shí)候土體應(yīng)該出現(xiàn)的位移情況便不會(huì)出現(xiàn)，所以單樁沉降式的設(shè)計(jì)可以讓樁基沉降問題得到一定程度上的解決，但是單樁沉降式的設(shè)計(jì)其中包含的因素實(shí)在太多，其中包括了參數(shù)的變化;地基的分層和樁基的阻力等等，只有將所有的因素都考慮到其中才能夠有效地對(duì)樁基沉降問題進(jìn)行解決，發(fā)揮出此設(shè)計(jì)方法的最大化效果。因此，在面對(duì)公路橋梁工程中的樁基沉降問題時(shí)，單樁沉降式的設(shè)計(jì)是非常重要的策略之一。

4.4 群樁沉降式的設(shè)計(jì)

在用單樁沉降式設(shè)計(jì)對(duì)樁基沉降問題進(jìn)行解決時(shí)已經(jīng)很復(fù)雜，但是與群樁沉降式的設(shè)計(jì)相比較起來，單樁沉降式設(shè)計(jì)便簡(jiǎn)單了起來。群樁沉降設(shè)計(jì)也是對(duì)樁基沉降問題有著難以想象的效果，在進(jìn)行相關(guān)的設(shè)計(jì)計(jì)算時(shí)，實(shí)體深基礎(chǔ)法是群樁沉降式設(shè)計(jì)中較為常用的方法。在群樁沉降式設(shè)計(jì)的計(jì)算的過程中會(huì)發(fā)現(xiàn)相關(guān)的計(jì)算非常復(fù)雜。經(jīng)過大量的計(jì)算后會(huì)得出群樁的承受力數(shù)額，通過這個(gè)數(shù)額又可以對(duì)樁基沉降的沉降值進(jìn)行計(jì)算。在整個(gè)的計(jì)算過程中，應(yīng)該將差異化的存在都進(jìn)行抹除，只有這樣才能夠?qū)τ?jì)算結(jié)果的準(zhǔn)確性進(jìn)行一定程度上的保障。另一方面，群樁沉降式設(shè)計(jì)中還可以利用分層總和法來對(duì)沉降量進(jìn)行準(zhǔn)確的計(jì)算，這對(duì)樁基沉降問題的解決有著非常大的幫助[1]。因此，在公路橋梁工程中對(duì)樁基沉降的問題進(jìn)行相應(yīng)的處理，群樁沉降式的設(shè)計(jì)是非常有效的策略之一。

4.3 工程優(yōu)化的相關(guān)措施

除了上文中關(guān)于設(shè)計(jì)的兩種策略，還應(yīng)該對(duì)工程進(jìn)行相關(guān)的優(yōu)化，以此來對(duì)樁基沉降的問題進(jìn)行具體的解決。首先，應(yīng)該對(duì)地質(zhì)的勘察進(jìn)行強(qiáng)化，因?yàn)榈刭|(zhì)方面的因素是樁基沉降問題出現(xiàn)的主要原因，應(yīng)該通過對(duì)地質(zhì)的勘察來對(duì)公路橋梁工程周圍的土壤地質(zhì)環(huán)境進(jìn)行詳細(xì)的了解。在現(xiàn)實(shí)的實(shí)際情況中對(duì)地質(zhì)進(jìn)行具體的勘察時(shí)，應(yīng)該對(duì)地質(zhì)的成因;地質(zhì)的穩(wěn)定性;地質(zhì)坡度變化和相關(guān)的厚度進(jìn)行記錄，通過這些方面的地質(zhì)情況對(duì)其進(jìn)行分析，找出地質(zhì)不好的位置，在此位置進(jìn)行工程的施工時(shí)便可以應(yīng)用單樁沉降式的設(shè)計(jì)或者群樁沉降式設(shè)計(jì)，具體的選擇應(yīng)該根據(jù)資金情況;施工情況和地質(zhì)搶礦進(jìn)行選擇。

其次，應(yīng)該讓墩臺(tái)的質(zhì)量得到強(qiáng) 有力的保證，只有這樣才能夠防治樁基沉降的情況發(fā)生，根據(jù)國(guó)家相關(guān)部門所規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)，公路橋梁工程中的墩臺(tái)一定能夠進(jìn)行均勻的受力，這對(duì)于樁基沉降問題的預(yù)防是有著重要意義的，如果異形的墩臺(tái)被應(yīng)用到了相關(guān)的工程中，墩臺(tái)的正投影相關(guān)形狀需要對(duì)稱，利用承臺(tái)來避免樁基沉降的發(fā)生，最為重要的便是墩臺(tái)的質(zhì)量一定要好，只有這樣才能夠讓墩臺(tái)有著難以想象的成像承載力。以此，在公路橋梁工程中想要對(duì)樁基沉降的問題進(jìn)行處理，應(yīng)該對(duì)工程進(jìn)行良好的優(yōu)化。

4.5 科學(xué)進(jìn)行群樁沉降設(shè)計(jì)

以實(shí)體深基基礎(chǔ)法作為基礎(chǔ)，對(duì)公路橋面展開群樁沉降計(jì)算。該計(jì)算方法是高承臺(tái)樁群和土層施工的重要前提，計(jì)算時(shí)應(yīng)保證墩基處于規(guī)定范圍，實(shí)體墩基和樁基土層之間可能有壓縮情況，建議施工人員采用擴(kuò)展計(jì)算的方法得出群樁沉降數(shù)值。以實(shí)體基礎(chǔ)底面作為研究對(duì)象，綜合地基土執(zhí)行和附加應(yīng)力等因素，采用有效的計(jì)算方式進(jìn)行群樁沉降設(shè)計(jì)，并提出相應(yīng)的樁基沉降預(yù)防措施。對(duì)路基位移情況進(jìn)行觀測(cè)，提升路堤填筑的穩(wěn)定性。使用觀測(cè)工具，當(dāng)路面部分完成施工后，觀測(cè)得知該路面樁基沉降值為289mm，應(yīng)用有限元分析法計(jì)算路面樁基沉降值是265.2mm，二者之間存在23.8mm 的差值，誤差率為8.23%。

計(jì)算公路橋梁的樁基承臺(tái)，對(duì)變階處貫通承臺(tái)的斜截面、受剪承載力、樁邊連線進(jìn)行驗(yàn)算。如果持力層為厚度較大的巖體，或樁端處理層硬度較高，與樁柱軸線不重合，建議將樁基作為鉸支座，按照連續(xù)梁的情況計(jì)算。計(jì)算樁基承臺(tái)時(shí)，應(yīng)了解承臺(tái)的正截面受彎承載力和配筋情況，通過相關(guān)要求加以控制。綜合考慮各種條件下的樁基位移情況，在面對(duì)高路堤軟基工程環(huán)境時(shí)，可采用挖除換填法施工，如果計(jì)算結(jié)果有誤差，可從填筑速率角度入手，控制樁基變形或傾斜等不良問題的出現(xiàn)，將填土速率控制在一定范圍內(nèi)，保證前期結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定狀態(tài)，隨后再開展后續(xù)填筑施工。

5 結(jié)束語

綜上所述，目前的公路橋梁工程中確實(shí)存在著樁基沉降的相關(guān)問題，已經(jīng)對(duì)整體的公路橋工程造成了一定程度上的影響，所以，本文已經(jīng)對(duì)公路橋梁工程中樁基沉降的應(yīng)對(duì)策略進(jìn)行深入的分析與探討，其中包括了單樁沉降式設(shè)計(jì);群樁沉降式設(shè)計(jì)和工程優(yōu)化三個(gè)方面，通過這三方面可以讓公路橋梁工程得到全方位的提高與改善。