橋梁樁基礎(chǔ)沉降設(shè)計(jì)要點(diǎn)與難點(diǎn)研究

譚俊波

（四川科輝工程設(shè)計(jì)研究有限責(zé)任公司 610066）

橋梁樁基礎(chǔ)沉降設(shè)計(jì)要點(diǎn)與難點(diǎn)研究

譚俊波

（四川科輝工程設(shè)計(jì)研究有限責(zé)任公司 610066）

近年來(lái)，隨著我國(guó)社會(huì)經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展，國(guó)內(nèi)基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)也迅速發(fā)展起來(lái)。橋梁樁基工程是橋梁工程的基礎(chǔ)工程之一，樁基的穩(wěn)定性直接決定了橋梁整體工程的穩(wěn)定性。因此在橋梁工程中，必須要重視相關(guān)的樁基工程的質(zhì)量。雖然樁基能夠解決由于地質(zhì)問(wèn)題導(dǎo)致的橋梁工程施工困難，但是樁基也會(huì)隨著時(shí)間或其他意外情況發(fā)生沉降現(xiàn)象，進(jìn)而成為引發(fā)橋梁事故的隱患。因此，橋梁樁基礎(chǔ)沉降的科學(xué)分析和設(shè)計(jì)對(duì)于橋梁施工的質(zhì)量起著至關(guān)重要的作用。

土體變形；固體形變；摩擦阻力；橋梁承載力

引言：

隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，交通運(yùn)輸業(yè)也取得了較大的發(fā)展成果。橋梁工程作為現(xiàn)代交通運(yùn)輸線路的重要組成部分之一，其質(zhì)量必須得到保證。樁基是橋梁建筑的重要組成部分，但是，由于其位置因素，導(dǎo)致其出現(xiàn)問(wèn)題時(shí)不容易被發(fā)現(xiàn)，所以，橋梁的安全受到了很大的威脅。實(shí)際施工環(huán)節(jié)，受到施工地段的地質(zhì)限制，有些時(shí)候橋梁工程在施工的時(shí)侯必須要先進(jìn)行樁基工程，而樁基沉降現(xiàn)象一直是樁基工程設(shè)計(jì)、施工環(huán)節(jié)的難點(diǎn)，并且其對(duì)于橋梁樁基的穩(wěn)定性、耐用性都有著重要影響，間接成為決定橋梁樁基工程質(zhì)量的關(guān)鍵因素之一。

1.橋梁樁基礎(chǔ)施工的意義

樁基礎(chǔ)又簡(jiǎn)稱樁基，是工程中常見(jiàn)的一種基礎(chǔ)類型，在工程采用樁基礎(chǔ)的設(shè)計(jì)主要是由于地質(zhì)條件限制或是建筑要求較高這兩種原因。

在橋梁工程中，樁基工程也是由于地面地質(zhì)條件較差或是對(duì)橋梁高度有較高要求的情況下，采用樁基的方式進(jìn)行下層地面的建設(shè)。換句話說(shuō)，就是整個(gè)橋梁工程的主體部分和地面的直接聯(lián)系是通過(guò)樁基工程來(lái)實(shí)現(xiàn)，因此樁基就是橋梁工程向地面的延伸部分。樁基即使橋梁工程在地面的主要支撐點(diǎn)，因此樁基工程的質(zhì)量與橋梁工程的質(zhì)量會(huì)有較為緊密的聯(lián)系。并且當(dāng)橋梁樁基發(fā)生沉降時(shí)，橋梁的主體工程也會(huì)發(fā)生相應(yīng)的沉降或位移，導(dǎo)致橋梁在承載力的影響下受到的張力或剛力變大，進(jìn)而變得脆弱，容易發(fā)生坍塌、崩裂現(xiàn)象等，對(duì)交通安全產(chǎn)生極大得威脅。

2.建筑施工中樁基沉降的一般規(guī)律

土體的含水率、壓縮性均和液限呈現(xiàn)正相關(guān)的關(guān)系，液限越高土體的含水率越大、壓縮性越高。軟土的滲透性較低，因此，地基在承受較大的荷載后，超靜孔隙水壓力的存在導(dǎo)致了軟土的流變特性。這也正是建筑當(dāng)中沉降產(chǎn)生的原因所在，軟土地基的沉降是一個(gè)持續(xù)性的過(guò)程，且不因施工的結(jié)束而停止。眾所周知，地基沉降會(huì)對(duì)建筑物的使用性能和外觀性能帶來(lái)不好的影響，嚴(yán)重的時(shí)候甚至造成建筑物的毀壞，但是影響建筑物性能最主要的原因是不均勻沉降和短時(shí)間內(nèi)大幅度沉降的發(fā)生。不均勻沉降會(huì)導(dǎo)致建筑物在結(jié)構(gòu)外觀上產(chǎn)生裂縫、甚至造成建筑物的扭轉(zhuǎn)和傾斜。實(shí)際生活所見(jiàn)的建筑物的斷裂、坍塌等工程事故也和不均勻沉降有很大的內(nèi)在聯(lián)系。這就要求我們足夠重視地基沉降問(wèn)題，充分考慮和地基沉降相關(guān)的各個(gè)因素，以及建筑設(shè)計(jì)中的重點(diǎn)和難點(diǎn)問(wèn)題，從而保證我們可以在施工前實(shí)現(xiàn)對(duì)地基沉降問(wèn)題做出判斷并加以控制，從根本上防止和減少建筑工程事故的發(fā)生。

3.橋梁樁基沉降中的難點(diǎn)

橋梁樁基工程無(wú)論施工時(shí)工藝的高低，都會(huì)隨著使用時(shí)間的增加而發(fā)生不同程度的沉降情況。并且導(dǎo)致樁基沉降的因素有很多，因此在解決沉降問(wèn)題時(shí)，很難通過(guò)一種方法就改善沉降情況；此外樁基沉降速度較慢，并不能直觀地通過(guò)肉眼觀察出來(lái)，即使通過(guò)機(jī)器對(duì)樁基周圍的土體進(jìn)行檢測(cè)，有時(shí)也不能發(fā)現(xiàn)；樁基沉降現(xiàn)象有時(shí)并不遵循一般的沉降規(guī)律。

3.1 樁基沉降的原因多變

導(dǎo)致樁基沉降的因素有很多，樁體本身的技術(shù)缺陷、土體的質(zhì)地問(wèn)題、過(guò)量承載等，這些因素都有可能導(dǎo)致橋梁樁基發(fā)生沉降現(xiàn)象，或是單一原因或是多種原因共同作用。并且樁基沉降過(guò)程呈一種“非線性”形式，很難通過(guò)規(guī)律的總結(jié)推測(cè)出樁基沉降的原因，因此在解決這一問(wèn)題上存在無(wú)從下手的情況。

3.2 樁基沉降現(xiàn)象難以觀察

樁基沉降是橋梁樁基在使用過(guò)程中必然發(fā)生的情況，但是有些樁基存在一定范圍上的彈性設(shè)計(jì)，但是樁基沉降的位移距離或是偏差角度是否還在允許范圍之內(nèi)就無(wú)法輕易做出判斷。而且樁基沉降程度無(wú)法確認(rèn)，在解決這一問(wèn)題時(shí)也就無(wú)法確定一些相關(guān)事項(xiàng)的具體操作。

3.3 樁基沉降不遵循線性規(guī)律

樁基沉降發(fā)生的因素較多，在不同的外部因素影響下，沉降發(fā)生的情況不盡相同，這就導(dǎo)致橋梁樁基沉降情況無(wú)法通過(guò)線性規(guī)律的方式進(jìn)行簡(jiǎn)單的推斷和估計(jì)，只能通過(guò)實(shí)地的實(shí)時(shí)檢測(cè)來(lái)確認(rèn)樁基沉降情況的具體細(xì)節(jié)，直接加大了相關(guān)的人力物力投入。

4.橋梁樁基沉降設(shè)計(jì)思路

4.1 從時(shí)間角度上來(lái)看，橋梁樁基沉降具備一定的時(shí)間上的規(guī)律，即穩(wěn)定樁基的沉降年限是相對(duì)固定的，大約時(shí)間在8-10年之間，在這之前的沉降相對(duì)較為緩慢，約為7mm左右，對(duì)橋梁工程的整體穩(wěn)定性影響還較小，因此沉降問(wèn)題的處理和解決可以從橋梁樁基施工完的第8年開(kāi)始，相對(duì)可以降低人力物力消耗。

4.2 從物理學(xué)中土體力學(xué)的方向出發(fā)，可以對(duì)橋梁樁基沉降的主要因素進(jìn)行鎖定，根據(jù)長(zhǎng)期的工作經(jīng)驗(yàn)可以看出，對(duì)橋梁樁基沉降速度影響較大的兩個(gè)因素是樁體部分的固體變形和樁體所在土體的流變。由于樁體在進(jìn)入土體后會(huì)發(fā)生刺入型形變，因此可以判斷出刺入型形變是橋梁樁體沉降的最重要限制因素。在樁體工程施工完成后，可以對(duì)土體結(jié)構(gòu)和樁體結(jié)構(gòu)進(jìn)行經(jīng)驗(yàn)性檢測(cè)，來(lái)確認(rèn)樁體固體形變的發(fā)生速率和土體流變的發(fā)生速率，進(jìn)而對(duì)刺入型形變的情況進(jìn)行一個(gè)初步了解，結(jié)合實(shí)用時(shí)間對(duì)樁體沉降情況進(jìn)行進(jìn)一步判斷，這對(duì)改善橋梁樁體沉降問(wèn)題具有重要得意義。

4.3 一般情況下橋梁樁體沉降位移與其受到的摩擦阻力具有一定聯(lián)系：樁體沉降產(chǎn)生的位移情況越嚴(yán)重，受到的摩擦阻力越大，當(dāng)摩擦阻力大到一定程度時(shí)，就會(huì)發(fā)生樁體的滑動(dòng)位移，這種位移是橋梁樁基沉降中最為嚴(yán)重的一種位移情況。因此在針對(duì)橋梁樁體沉降問(wèn)題中，應(yīng)當(dāng)格外針對(duì)這種滑動(dòng)位移情況，首先需要對(duì)樁體沉降情況進(jìn)行實(shí)時(shí)檢測(cè)，檢測(cè)縱向沉降距離和橫向位移距離，并及時(shí)確定樁體在土體中受到的摩擦阻力系數(shù)，當(dāng)系數(shù)接近臨界值時(shí)，提前做好應(yīng)對(duì)樁體發(fā)生滑動(dòng)位移的方案，防止橋梁發(fā)生安全問(wèn)題后再去進(jìn)行彌補(bǔ)的情況出現(xiàn)。

4.4 應(yīng)對(duì)橋梁樁基沉降問(wèn)題還需要把握好土質(zhì)變形的情況。相對(duì)位移的規(guī)定距離在3-6mm之間，此外產(chǎn)生相對(duì)位移的主要原因是樁基周圍的圖層受力情況超過(guò)了極限值，這種情況下土質(zhì)會(huì)發(fā)生較大的變形，進(jìn)而引發(fā)樁體滑移現(xiàn)象，假如橋梁的承重持續(xù)增加，滑移的波動(dòng)范圍會(huì)進(jìn)一步擴(kuò)大，因此土體的變形可以說(shuō)是橋梁樁基變形、沉降、位移的一個(gè)根本原因。且滑動(dòng)位移是樁基沉降問(wèn)題中對(duì)橋梁主體工程安全危害最大的一種位移情況，因此在應(yīng)對(duì)樁基一般性沉降問(wèn)題時(shí)，需要格外注意土體的變形情況，在解決沉降問(wèn)題的同時(shí)，及時(shí)處理由于土體過(guò)分變形而產(chǎn)生或可能產(chǎn)生的滑動(dòng)位移。

結(jié)語(yǔ)：

在橋梁工程中，樁基作為橋梁向地面延伸部分，其質(zhì)量必須有所保證。除去技術(shù)上的投入之外，解決樁基沉降問(wèn)題更多的是依靠施工人員對(duì)于土體質(zhì)地的了解情況、對(duì)橋梁承載力的準(zhǔn)確計(jì)算、對(duì)沉降原因的確認(rèn)，綜合多方數(shù)據(jù)條件才能產(chǎn)生一個(gè)良好的解決方案，從而提高橋梁樁基工程的質(zhì)量，進(jìn)而提高橋梁主體工程的質(zhì)量。只有從整體上把握樁基沉降的因素，才能對(duì)樁沉降情況做到可控。

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[2]蘇潔，張頂立，楊廣武．地鐵施工影響下既有橋梁樁基沉降的主動(dòng)補(bǔ)償方法．《現(xiàn)代隧道技術(shù)》．2015年3期

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[4]董志高，吳繼敏，董平．基于拉丁超立抽樣樁基沉降概率有限元法研究 ．《勘察科學(xué)技術(shù)》．2010年6期

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1007-6344（2016）10-0023-01