芻議公路橋梁樁基沉降原因及防治措施

張浩

（中鐵十二局集團(tuán)國際工程有限公司，天津 300308）

0 引言

橋梁是交通道路的重要組成部分，其耐久性和安全性已經(jīng)成為建設(shè)單位關(guān)注的重點問題。而樁基工程是橋梁工程建設(shè)的關(guān)鍵，一旦樁基產(chǎn)生不均勻和不規(guī)則沉降，會嚴(yán)重影響到橋梁工程的正常使用和工程壽命。無論從樁基設(shè)計環(huán)節(jié)，到樁基施工、樁基使用環(huán)節(jié)，都要特別注意樁基沉降問題。本文旨在剖析公路橋梁樁基沉降影響因素及原因，探討公路橋梁樁基沉降防治措施，為各地區(qū)建設(shè)單位在公路橋梁樁基沉降防治方面提供可行性思路和建議。

1 公路橋梁樁基的分類

根據(jù)荷載傳遞的不同方式，橋梁樁基可以分為摩擦樁和端承樁兩大類。摩擦樁主要用于巖層埋置很深的地基。在極限承載力狀態(tài)下，主要靠樁身側(cè)面與樁周土體之間的摩擦力和樁底端與地基之間少量的阻力來實現(xiàn)承載能力的樁基礎(chǔ)。樁尖部分承受的荷載很小，一般不超過10%，這類樁基的沉降較大。端承樁是穿越軟弱地質(zhì)后嵌入持力層依靠樁底端與土體之間的阻力來實現(xiàn)承載能力的樁基礎(chǔ)，其穩(wěn)定性較好。端承樁和摩擦樁的區(qū)分，也不能單純從是否嵌巖來區(qū)分，還應(yīng)考慮上覆土層的性質(zhì)和厚度、樁長徑比、嵌入巖層的性質(zhì)、嵌巖深徑比和樁底沉渣厚度等因素。

2 公路橋梁樁基沉降影響因素及原因分析

橋梁樁基沉降一般都是由縱向荷載力、樁基、承臺以及接觸土層的共同作用而造成的。在正確處理與分析橋梁樁基沉降問題時，應(yīng)首先了解樁基沉降的原因，從源頭出發(fā)，合理預(yù)防與治理。從目前發(fā)生的橋梁樁基沉降現(xiàn)象來看，主要受如下4 個方面因素影響。

2.1 自然災(zāi)害導(dǎo)致公路橋梁樁基沉降

各地區(qū)地質(zhì)條件不同，天氣氣候不同，對于公路橋梁損害和破壞程度不同?，F(xiàn)代化的公路橋梁工程建設(shè)，雖然在品質(zhì)上有了很大程度提升，但從各地區(qū)公路橋梁樁基破壞現(xiàn)象來看，天災(zāi)造成橋梁樁基沉降的現(xiàn)象依然存在。比如，地震、火災(zāi)、水災(zāi)、風(fēng)災(zāi)等常見的自然災(zāi)害現(xiàn)象，都會給公路橋梁樁基帶來結(jié)構(gòu)上的損壞，會給交通和通行安全造成極大威脅和挑戰(zhàn)，甚至?xí)o群眾帶來生命和財產(chǎn)損失[1]。通過對公路橋梁樁基沉降問題進(jìn)行鑒定與加固，可以極大程度上進(jìn)行根源挖掘，延長公路橋梁使用壽命，保障廣大基層群眾最基本的通行和使用安全。

2.2 設(shè)計階段調(diào)查不足，導(dǎo)致設(shè)計存在偏差

2.2.1 地質(zhì)環(huán)境調(diào)查研究不足

無論是端承樁還是摩擦樁，樁基都需要相當(dāng)大的一部分埋設(shè)在土體當(dāng)中。因此土體性質(zhì)對樁基穩(wěn)定影響很大，當(dāng)樁間土和地基土土質(zhì)較硬，則沉降變形較小，相反若土質(zhì)較差，則容易發(fā)生沉降和側(cè)移問題。若樁頂承受的荷載超過地基的承載能力，則易發(fā)生短時間快速沉降；若地基土層不均勻?qū)е碌鼗休d力差異過大，易出現(xiàn)不均勻沉降現(xiàn)象；若單樁兩側(cè)土體性質(zhì)變化較大，易出現(xiàn)傾斜沉降。如果未對地質(zhì)環(huán)境進(jìn)行仔細(xì)勘探，或者未按照勘探數(shù)據(jù)，依靠主觀判斷和部分經(jīng)驗進(jìn)行樁基設(shè)計，設(shè)計結(jié)果往往存在較大誤差，導(dǎo)致橋梁樁基出現(xiàn)較大沉降。另外地勘階段勘探不夠深入，也會造成結(jié)果不準(zhǔn)確，利用這些數(shù)據(jù)進(jìn)行設(shè)計，也是造成樁基沉降的一個重要因素。

2.2.2 樁基布置、選型不科學(xué)

樁基布置、選型不合理是造成沉降的主要原因之一，公路橋梁樁基選型不同產(chǎn)生的沉降表現(xiàn)形式也不同。以鉆孔樁與打孔樁為例，當(dāng)橋梁樁基所受的外部荷載相對較小時，樁基的沉降主要以樁間土壓縮變形為主；而當(dāng)樁基受到較大的外部荷載作用時，鉆孔樁的沉降表現(xiàn)為地基土體壓縮變形，打孔樁的沉降表現(xiàn)為樁間土體壓縮變形。樁基是橋梁工程中應(yīng)力較為復(fù)雜的構(gòu)件，設(shè)計時應(yīng)參考結(jié)構(gòu)荷載及地質(zhì)情況進(jìn)行樁基選型，對于同一橋墩，宜采用同類型的樁基礎(chǔ)，且樁徑、樁長和持力層的選擇都應(yīng)該一致，從而減少不均勻沉降，設(shè)計上有時選用不同類型或者樁長的樁基來滿足承載力的設(shè)計要求，但實際施工與運營時，常常與設(shè)計存在偏差，造成荷載變形而導(dǎo)致不利沉降[2]。

2.2.3 過渡設(shè)計方案不合理

在橋梁建設(shè)中，經(jīng)常遇見沉降路段，在此類地質(zhì)條件下進(jìn)行施工設(shè)計時，結(jié)構(gòu)的整體穩(wěn)定性相對不足。為補強整體結(jié)構(gòu)，常采用鋼筋混凝土搭板或加筋土等方式作為過渡施工方案，減少整體結(jié)構(gòu)剛度變化。但是搭板結(jié)構(gòu)易出現(xiàn)裂縫，造成橋頭跳車。同時，當(dāng)搭板末端承受較大荷載時，會加大樁基的承載力，產(chǎn)生沉降問題。

2.3 施工階段管控不嚴(yán)，造成結(jié)構(gòu)存在缺陷

2.3.1 樁基施工質(zhì)量控制不嚴(yán)謹(jǐn)

公路橋梁工程樁較為常用的是端承樁，這類樁體總體剛度較大，且樁端須嵌入承載能力較強的持力層中。由于樁基所受荷載全部傳入樁底持力層，因此對樁底端的鋼筋及混凝土質(zhì)量要求較高，需嚴(yán)格控制清孔及沉渣工序。以免在長期使用下造成樁端持續(xù)入土或樁體變形、壓碎等下沉現(xiàn)象，造成樁基沉降。而端承群樁的沉降往往因為持力層強度不足，或者大量樁基清孔不到位等原因而造成沉降。

2.3.2 墩臺身結(jié)構(gòu)受損或存在質(zhì)量缺陷

橋梁總體結(jié)構(gòu)可分為橋跨結(jié)構(gòu)、墩臺身和基礎(chǔ)3個部分，其中墩臺身承接上部荷載并傳遞至樁基礎(chǔ)，若墩臺身出現(xiàn)損傷或質(zhì)量問題，就很可能導(dǎo)致樁基不利沉降，影響整個橋梁結(jié)構(gòu)安全。比如，邊坡持續(xù)側(cè)壓力或施工臨時堆載造成墩臺身傾斜或水平位移，從而對基礎(chǔ)造成偏心或斜向受力，引起樁基礎(chǔ)的變形、開裂和傾斜，從而導(dǎo)致樁基沉降。

2.4 樁基沉降監(jiān)測不到位導(dǎo)致公路橋梁樁基沉降

在進(jìn)行公路橋梁工程建設(shè)時，需要對樁基沉降進(jìn)行實時化監(jiān)測。這樣可以使得施工單位，在樁基沉降問題發(fā)生時，第一時間采取措施進(jìn)行制止。然而在公路橋梁工程建設(shè)過程中，施工單位往往缺乏公路橋梁樁基沉降實時化監(jiān)測意識，常常是樁基沉降比較嚴(yán)重時才會被發(fā)現(xiàn)。公路橋梁樁基沉降如果肉眼可見，則問題已經(jīng)相當(dāng)嚴(yán)重[3]。甚至有些地方，對于公路橋梁樁基沉降監(jiān)測形式和技術(shù)上存在問題，在錯誤監(jiān)測方式和監(jiān)測技術(shù)條件下，使得公路橋梁樁基沉降監(jiān)測精準(zhǔn)度受限，很難實現(xiàn)樁基沉降全面且細(xì)致監(jiān)測。

3 公路橋梁樁基沉降防治措施探討

3.1 加強地質(zhì)勘查，做好設(shè)計前準(zhǔn)備工作

在進(jìn)行公路橋梁工程建設(shè)時，地質(zhì)構(gòu)造情況也會對樁基沉降造成影響。因此，在設(shè)計之前應(yīng)進(jìn)行地質(zhì)構(gòu)造勘察，充分了解區(qū)域內(nèi)地質(zhì)組成、巖土構(gòu)造、水文地質(zhì)等地質(zhì)情況。尤其對于地基的穩(wěn)定性、地基的厚度、土層的坡度等變化情況，要有清晰的認(rèn)知和掌握?？梢蕴崆笆煜げ涣嫉刭|(zhì)的分布范圍，從而采取更加科學(xué)合理的樁基設(shè)計方案，對樁基類型、樁基承載力、樁基持久力等進(jìn)行更為精準(zhǔn)的計算和統(tǒng)計[4]。設(shè)計人員應(yīng)認(rèn)真審核地勘成果的有效性、準(zhǔn)確性，計算時亦應(yīng)該嚴(yán)格按照地勘數(shù)據(jù)進(jìn)行，不可憑借主觀經(jīng)驗。

3.2 科學(xué)選型，積極優(yōu)化樁基施工布局

橋梁工程一般處于鄰水地段，地質(zhì)條件較差，含水量較高，在進(jìn)行施工設(shè)計時，需對基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)進(jìn)行謹(jǐn)慎研究，積極優(yōu)化公路橋梁樁基施工布局、研究路基與橋梁的過渡方案。若軟弱土層較厚，可改為群樁或通過增加承臺數(shù)量來調(diào)整荷載分布，防止出現(xiàn)應(yīng)力集中現(xiàn)象；常流水的地段應(yīng)增加抗沖刷及防撞擊設(shè)計，減小水流沖刷對樁基的影響。樁基設(shè)計人員要根據(jù)單樁承載力，計算出橋梁總長度，然后再確定樁基基礎(chǔ)數(shù)量，根據(jù)樁基的均勻性，來計算樁基分布范圍。即便是樁基分布不均勻，可以利用附加結(jié)構(gòu)進(jìn)行補強，實現(xiàn)均勻性分布[5]。

3.3 規(guī)范化進(jìn)行公路橋梁樁基施工，避免樁基沉降問題發(fā)生

在實際的公路橋梁樁基施工中，影響到樁基施工品質(zhì)的因素極多。包括施工設(shè)備、施工技術(shù)、施工工藝、施工材料、管理機制等，都會對公路橋梁樁基施工效益，產(chǎn)生直接性影響。而且技術(shù)工藝、材料設(shè)備等，都是導(dǎo)致樁基沉降的關(guān)鍵因素。在公路橋梁樁基施工時，施工單位要更加注重細(xì)節(jié)化管控。例如，施工單位可以采取以下措施，盡量規(guī)避樁基不均勻性沉降問題。一方面，做好前期準(zhǔn)備工作，施工方案的制定、施工場地的規(guī)劃、人員機械的配備等，不可匆忙上場，保證工程有序推進(jìn)。另一方面，嚴(yán)格管控樁基的施工工序，把握關(guān)鍵工序，保證樁基質(zhì)量，包括嚴(yán)控二次清孔程序，保證樁底沉渣厚度符合要求，避免影響樁底質(zhì)量。終孔檢查合格后應(yīng)迅速開始灌注工作，避免造成樁基縮頸?；炷凉?yīng)順暢，避免灌注時間過長，導(dǎo)致斷樁現(xiàn)象等。

3.4 強化公路橋梁樁基結(jié)構(gòu)檢測， 及時發(fā)現(xiàn)樁基沉降問題現(xiàn)象

樁基自身的結(jié)構(gòu)缺陷也是影響沉降的重要因素，因為在樁基施工結(jié)束后，應(yīng)進(jìn)行樁基質(zhì)量檢測，以確保樁基質(zhì)量，控制不良沉降。對應(yīng)不同的公路橋梁樁基結(jié)構(gòu)檢測內(nèi)容，所采取樁基結(jié)構(gòu)檢測技術(shù)不同。目前比較實用且流行的樁基結(jié)構(gòu)檢測技術(shù)，主要有以下4 種。

3.4.1 樁基結(jié)構(gòu)回彈檢測技術(shù)應(yīng)用

公路橋梁樁基結(jié)構(gòu)回彈檢測技術(shù)，主要是通過對公路橋梁樁基結(jié)構(gòu)，測定回彈值相關(guān)參數(shù)的檢測，對樁基材料抗壓能力和強度均勻性進(jìn)行測定的技術(shù)方法。樁基結(jié)構(gòu)回彈檢測技術(shù)，可以極大程度上減少對樁基結(jié)構(gòu)的損害，不需要對樁基物結(jié)構(gòu)大面積進(jìn)行檢測，可以很好的保護(hù)好樁基結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)上，獲得相應(yīng)檢測數(shù)據(jù)。

3.4.2 樁基結(jié)構(gòu)鉆芯檢測技術(shù)應(yīng)用

公路橋梁樁基鉆芯檢測技術(shù)，主要是在樁基結(jié)構(gòu)構(gòu)件上，鉆取混凝土芯樣，然后進(jìn)行芯樣抗壓強度的試驗。鉆芯檢測技術(shù)所獲得的信息數(shù)據(jù)及判斷結(jié)果，精準(zhǔn)性極高但是會對局部樁基結(jié)構(gòu)造成損壞。對于需要大量進(jìn)行樁基結(jié)構(gòu)檢測的項目，則不適宜鉆芯檢測技術(shù)[6]。

3.4.3 樁基結(jié)構(gòu)軸壓檢測技術(shù)應(yīng)用

軸壓檢測技術(shù)主要是在樁基砌體結(jié)構(gòu)中比較常用的檢測技術(shù)。其主要是對樁基砌體結(jié)構(gòu)抗壓強度和抗剪強度進(jìn)行檢測。軸壓檢測技術(shù)的優(yōu)點是，可以直接獲得測試砌體的強度參數(shù)，而且參數(shù)數(shù)據(jù)相對精準(zhǔn)。其缺點是，軸壓檢測技術(shù)應(yīng)用，需要大量試驗，而且在應(yīng)用時，會對砌體造成一定程度上的損耗。

3.4.4 樁基結(jié)構(gòu)其他檢測技術(shù)應(yīng)用

以上3 種類型的公路橋梁樁基結(jié)構(gòu)檢測技術(shù)，是比較流行且比較精準(zhǔn)的檢測技術(shù)，在樁基結(jié)構(gòu)檢測和加固中，有著極為廣泛性的應(yīng)用。除此以外，在實際樁基結(jié)構(gòu)檢中，還有射釘檢測技術(shù)、筒壓檢測技術(shù)、單剪檢測技術(shù)、扁頂檢測技術(shù)等，同樣有著廣泛性應(yīng)用，可以很好地實現(xiàn)對公路橋梁樁基結(jié)構(gòu)問題精準(zhǔn)檢測。

4 橋梁樁基加固技術(shù)應(yīng)用， 減少樁基沉降問題概率發(fā)生

4.1 橋梁樁基中碳纖維片材加固技術(shù)應(yīng)用

碳纖維片材是一種新型復(fù)合材料，近年來，在公路橋梁工程建設(shè)中，有著極為普遍性的應(yīng)用。尤其在樁基結(jié)構(gòu)加固改造工程中，碳纖維片材的應(yīng)用更為廣泛。碳纖維片材應(yīng)用時，需要將配套材料進(jìn)行配合，將碳纖維片材直接附著在配套材料構(gòu)件表面上，這樣可以大大提升碳纖維片材的承受力和承載力。如果將碳纖維片材直接應(yīng)用在樁基混凝土變形中，進(jìn)一步提升公路橋梁樁基結(jié)構(gòu)承載力[7]。

4.2 橋梁樁基中植筋加固技術(shù)應(yīng)用

植筋加固方法，顧名思義，主要適用于樁基結(jié)構(gòu)混凝土鋼筋受彎、構(gòu)件受壓等位置的加固。植筋加固方法主要是在原樁基結(jié)構(gòu)混凝土結(jié)構(gòu)上，進(jìn)行注膠、鉆孔，使得鋼筋可以在混凝土中生根。如果鋼筋混凝土處于地下深埋位置，則已經(jīng)固化生根的鋼筋，需要有足夠的抗拉拔性以及錨固性，才可以對其進(jìn)行進(jìn)一步的加固處理和改造[8]。由于植筋加固方法簡潔、輕便、快捷、設(shè)計靈活、成本較低且效益較好，近年來在橋梁樁基結(jié)構(gòu)沉降問題改造中，有著極為廣泛性的應(yīng)用。

4.3 橋梁樁基粘鋼加固技術(shù)應(yīng)用

黏鋼加固方法需要將公路橋梁鋼板用結(jié)構(gòu)膠，粘貼于鋼筋混凝土構(gòu)件的表面，利用黏結(jié)力來傳遞剪力，使鋼板與原有鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)成為一體，形成二次組合構(gòu)件，從而使鋼板起著受力鋼筋的作用，以提高公路橋梁樁基結(jié)構(gòu)的承載力。由于黏鋼加固結(jié)合面的黏結(jié)強度，主要取決于混凝土強度，被加固構(gòu)件的混凝土強度不能太低，黏結(jié)鋼板厚度，主要結(jié)合面混凝土強度、鋼板錨固長度及施工要求而定。通過橋梁樁基粘鋼加固技術(shù)應(yīng)用，可以提高公路橋梁樁基的加固水平。

5 結(jié)語

綜上所述，隨著社會經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展和城市化進(jìn)程不斷加快，公路橋梁建設(shè)也日益發(fā)展起來。公路橋梁在社會化生產(chǎn)生活中，所發(fā)揮作用也越來越重要?，F(xiàn)代化市場經(jīng)濟(jì)發(fā)展趨勢下，公路橋梁建設(shè)任務(wù)越來越繁重。公路橋梁建設(shè)過程中，也會出現(xiàn)各種施工問題。其中，樁基沉降問題便是比較頻繁的問題。本文對常發(fā)生的樁基沉降原因提出了一些有針對性的解決建議，施工設(shè)計單位要進(jìn)一步確保樁基工程設(shè)計、樁基施工作業(yè)水準(zhǔn)，有效控制樁基整體沉降問題，積極做好樁基結(jié)構(gòu)、工藝流程等現(xiàn)場控制，確保公路橋樁基施工整體質(zhì)量，實現(xiàn)公路橋梁不良沉降的有效控制。