橋梁設計過程中樁基沉降問題解析

1 公路橋梁各類樁基沉降形成原理

首先，本文將會闡述在橋梁工程建設過程中為什么會出現(xiàn)沉降現(xiàn)象，并介紹此現(xiàn)象的成因；其次，需要闡釋一個關系：橋梁結構本身的荷載力與地基的承載力，沉降現(xiàn)象就是由于這一對力的相互作用而產生的。下文將會具體對三類現(xiàn)象的成因進行解釋說明：

1.1 過快沉降現(xiàn)象的產生原理分析

過快沉降現(xiàn)象的成因從力的關系角度進行分析，地基的承載力大大小于橋梁工程的樁頂力。這一對力如果能夠相互抗衡，那么就能使橋梁工程的建設使用周期更長；如果存在地基的承載力微微小于橋梁工程的樁頂力，那么對于橋梁工程的主體而言就沒有根本性的沖擊；當橋梁工程的地基承載力遠遠小于樁頂力的壓力時，就會出現(xiàn)過快沉降的現(xiàn)象，此時整個工程的質量就會縮水，嚴重時整個工程的主體結構就會由于無法負荷壓力而倒塌[1]。

1.2 不規(guī)則沉降現(xiàn)象的產生原理分析

不規(guī)則沉降現(xiàn)象指的是橋梁工程的樁頂力與地基的承載力出現(xiàn)了超出一定范圍的差值。與上文中提到的過快沉降現(xiàn)象的不同之處在于：不規(guī)則沉降現(xiàn)象會使橋梁工程出現(xiàn)局部質量問題，雖然不至于導致主體結構的倒塌，但也會使橋梁工程的局部出現(xiàn)斷裂等情況。

1.3 傾斜沉降現(xiàn)象的產生原理分析

傾斜沉降指的是在單體樁基的建設工程下，當樁基兩側的土地承載力不同時，一方的土地承載力小于另一方，但是在施加于其上的樁基力相同的情況下，一方的樁基力與土地承載力可以相抗衡；另一方的樁基力與土地承載力不同時，則導致兩側的受力情況不同而產生單側樁基力與土地承載力無法抗衡的情況。另外，還有一些因素也會導致這一現(xiàn)象的產生，但是這種情況較少，例如：出現(xiàn)橫向的外力作用時，會破壞整個工程的平衡，從而危及工程的使用安全。

2 公路橋梁工程設計中樁基沉降問題產生的原因分析

通過對我國目前的公路橋梁工程建設沉降問題的調查，得出目前我國公路橋梁工程建設沉降問題產生主要由于以下幾個方面的因素，具體包括：

2.1 地質環(huán)境勘察工作不足

在橋梁工程建設前，施工單位需要對橋梁工程的施工環(huán)境進行調查，其中最主要的一項是對目標建設橋梁工程的地理位置進行調查，考察當?shù)氐牡刭|條件下是否能夠進行橋梁工程建設。事前的調查工作能夠減少后續(xù)工作中可能會產生的各種意外情況，對整個工程的建設百利而無一害。然而，通過觀察我國的橋梁工程建設過程得知，有一部分設計人員并不會對目標建設區(qū)域的地理環(huán)境進行調查，設計者接收到工作任務后僅會對橋梁的設計進行盡職的工作，僅有理論知識，而缺少與實踐的充分結合，這就使得施工方在建設過程中會遇到各種未知因素[2]。如果建設區(qū)域的地理環(huán)境比較理想，整個工程就能夠得以建設完成；但是，如果當?shù)氐慕ㄔO較差就會直接影響到施工過程，那么建設工程的質量也就是未知的。

2.2 樁基選型問題

橋梁工程的樁基建設有各種不同的類型，針對不同的地理橋梁工程環(huán)境應當選用最適合的樁基類型。那么如何選用呢？這就需要施工人員的考察與分析。在考察時需要考慮當?shù)氐沫h(huán)境是平原還是山區(qū)以及其他一些需要考慮的因素。有一部分施工團隊不僅僅會考慮施工的地理環(huán)境，還會考慮整個工程的建設成本問題。在樁基的不同類型中，有造價較高的，同時也有造價較低的，價格與使用效果成正比。雖然，較低造價的樁基并不會影響工程的安全建設問題，但是卻極易受到影響，產生上文所述的不規(guī)則沉降現(xiàn)象，進而影響工程的安全使用。

2.3 樁基布局問題

樁基布局指的是在橋梁建設過程中對工程的應力結構布局。兩者之間是相互依存、相互作用、相互影響的關系，應力結構的布局代表整個樁基的局部；應力結構的布局效果直接影響了樁基的布局效果。如果應力結構出現(xiàn)問題，整個工程就會出現(xiàn)質量問題；應力結構的問題大小也會直接影響到工程結構的穩(wěn)定性與安全性。在工程建設的過程中，如果樁基的布局集中，那么整個應力結構就會承受相對集中的力；如果樁基的布局分散，那么應力結構承受的力就會相對松散。整個工程的應力結構只有緊密與松散相結合才是完美狀態(tài)，因為不論是過于松散，還是過于緊密都會使整個工程出現(xiàn)不良沉降的問題，進而對工程的質量產生影響。

2.4 墩臺身問題

墩臺身的建設也是引發(fā)不良沉降現(xiàn)象的因素之一。墩臺身屬于橋梁工程結構中的一部分，對于整個工程具有承上啟下的作用，承接來自上方的力，從而緩沖對于地基的壓力。如果墩臺身出現(xiàn)了質量問題，那么就會直接出現(xiàn)不良沉降的現(xiàn)象，進而影響到整個工程的質量。就目前現(xiàn)狀而言，在設計過程中，墩身存在的問題有設計規(guī)格過大，或是設計階段沒有考慮墩臺身自身的承重量，在實踐中受到了外界荷載或是地形荷載，從而引發(fā)下沉問題的出現(xiàn)?？偨Y來講，墩臺身的設計第一要符合質量安全的標準；第二要保障結構的穩(wěn)定性；第三，要符合不同類型墩臺身質量的特殊要求[3]。

3 公路橋梁工程設計中樁基沉降問題改善方法

提升公路橋梁工程的建設質量，保障工程建設完畢后的使用效果，減少公路橋梁工程的不良沉降現(xiàn)象，可以從以下四個方面入手：

3.1 加強地質勘察工作

由于在具體實踐過程中，這一工作的缺失導致了工程建設效果降低，因此必須加強地質勘探工作。首先，要求承接設計工作的設計方必須對橋梁建設目標區(qū)域的地質環(huán)境進行考察；其次，考察的過程應當反映在合同中，在雙方簽署的合同書中要明確標注關于地質勘探工作進行的要求。對這一工作的調查可以由監(jiān)察小組進行監(jiān)督，監(jiān)察小組由雙方人員互相選任派出；最后，得出的地質勘探結果應當生成紙質版的結果，交由施工方。對于施工方而言，這一調查結果只是一項參考，如果在實踐工作中發(fā)現(xiàn)了不相符合的情況，則應及時報告，不得擅自做決定。及時的報告能夠理清設計方與施工方的責任，方便后續(xù)的責任追究。

3.2 樁基選型方法分析

樁基的類型選用對于工程建設的效果十分重要，因此施工單位應當充分考慮各種例外情況的產生，選用最適合的樁基類型。在建設過程中，選用樁基類型會遇到水環(huán)境的困擾。在建設目標區(qū)域如果遇到水環(huán)境，極易產生不良沉降現(xiàn)象。遇到這一情況需要充分考慮土壤結構是否松軟、水流的沖刷可能會對樁基造成的影響等。在合計環(huán)節(jié)，施工單位還需要按照樁基的實際情況，對樁基類型的適應性進行解析，從而保證樁基的應用效果可以達到工程的需求。

3.3 改善樁基布局方法分析

實踐中，想要改善樁基的布局，則需要計算樁基的個數(shù)、橋梁設計的總長以及每個樁基的受力區(qū)間；經過計算得出最完美的設計方案，從而改善樁基的布局。如果出現(xiàn)較大的差值，也可以利用其他的輔助設施予以彌補。

3.4 優(yōu)化墩臺身結構設計

優(yōu)化墩臺身的結構，最重要的一點是保障墩臺身的結構建設穩(wěn)定。由于墩臺身也有不同的設計方案，因此對于不同的設計類型，在做到上述結構穩(wěn)定的基礎上還應當根據(jù)不同類型的設計需求予以特殊的技術支持；另外，無論哪種類型的墩臺身都應當保障施工的質量和后續(xù)投入使用的效果。與此同時，在墩臺身結構設計的過程中，還需要考慮地質的承載能力是否可以承托墩身結構的實際重量，有必要時應該加強地基結構的強度。

4 群樁沉降設計方法建議

對于群樁沉降設計的問題，可以從三個角度分析，具體包括：

4.1 群樁實體基礎法

目前，我國在公路橋梁工程建設中對于群體性的樁基沉降現(xiàn)象的預防使用的是實體基礎法。實體基礎法指的是將樁基作為實體，并對樁基的承受范圍進行計算，從而得出相應的承受區(qū)間。

4.2 群樁分層總和法

分層總和法是指將地基沉降計算深度內的土層，按土質和應力變化情況劃分為若干分層，分別計算各分層的壓縮量，然后求其總和，從而得出地基最終的沉降量。國家規(guī)范計算地基沉降的方法就是分層總和法，本方法計算的物理概念清楚，計算方法也很容易，易于在工程單位推廣應用。

4.3 群樁彈性理論法

此方法以應力法中樁基側邊的摩擦力為基準計算受力區(qū)間，一般的做法是基于兩根樁豎向位移的相互影響，采用疊加原理推廣至群樁的沉降計算。 但由于其解復雜，結果均以圖解形式出現(xiàn)，無顯式解，因而分析困難。

5 結語

因為不良沉降會給工程的安全使用帶來極大的負面影響，所以我們通過將不同類型的不良沉降成因分析以及改善不良沉降現(xiàn)象發(fā)生的方法分析作用于實踐，希望能夠為橋梁工程的建設提供思路，保障工程的安全使用。