公路橋梁工程設(shè)計(jì)中的樁基沉降問題

張玉龍

（北京建達(dá)道橋咨詢有限公司， 北京 100029）

0 引言

鉆孔灌注樁具有后期支撐作用穩(wěn)定性高、承載能力強(qiáng)的特點(diǎn)，所以對(duì)于上部結(jié)構(gòu)荷載較大的公路橋梁而言，鉆孔灌注樁是大部分公路工程的首選。要保證工程的造價(jià)、質(zhì)量、工期及工程的使用壽命，就必須充分考慮公路橋梁樁基沉降的設(shè)計(jì)是否符合工程情況。筆者結(jié)合自身工作經(jīng)驗(yàn)，就公路橋梁工程設(shè)計(jì)中的樁基沉降問題進(jìn)行探討。

1 工程概況

項(xiàng)目地處珠江三角洲南部，沿線除五桂山段為丘陵地帶外(地面高程 12～300m)，其余路段地勢平坦開闊，水網(wǎng)密布，地面高程 0.4～3.4m,屬?zèng)_積而成的三角洲地貌。 沿線經(jīng)過中山市東區(qū)、五桂山鎮(zhèn)、三鄉(xiāng)鎮(zhèn)、坦洲鎮(zhèn)，既是市區(qū)溝通各鎮(zhèn)區(qū)的聯(lián)絡(luò)線，也是聯(lián)系主要干線路網(wǎng)的重要通道。項(xiàng)目中有多處公路橋梁涉及到改擴(kuò)建或新建的問題，因此樁基礎(chǔ)設(shè)計(jì)也是整個(gè)設(shè)計(jì)中的重點(diǎn)之一。

2 公路橋梁工程項(xiàng)目施工過程中樁基沉降產(chǎn)生的原因

2.1 端承型群樁沉降

公路橋梁工程中的樁群結(jié)構(gòu)類型有很多，其中出現(xiàn)頻率最高的是端承型樁群。組成部分主要是端承樁，因此，剛硬性極強(qiáng)的持力層成為這種樁群結(jié)構(gòu)最顯著的特點(diǎn)。端承型樁群正式投入使用后，能夠長時(shí)間承受巨大的重量，能夠利用不同的承臺(tái)將重量分散輸送到各個(gè)群樁地下層。這種承力模式不僅能讓樁體對(duì)自身承載的重量進(jìn)行有效控制，還能在一定程度上提升樁體的承載強(qiáng)度。樁底部位四周土層的堅(jiān)固度與群樁沉降現(xiàn)象有直接的聯(lián)系，而上述方法可以有效增加土層堅(jiān)固度，極大地降低端樁刺入土層或者樁體發(fā)生沉降的幾率。

2.2 摩擦型群樁原因闡述

摩擦樁群和端承樁群均有可能會(huì)產(chǎn)生沉降，而且沉降產(chǎn)生的原因存在一定的差異性，想要詳細(xì)的分析出沉降產(chǎn)生的原因難度較大。工作人員對(duì)端承型群樁進(jìn)行全面分析的過程中，發(fā)現(xiàn)單樁和承臺(tái)二者之間、單樁和單樁之間會(huì)存在一定的綜合作用力，這些綜合作用力會(huì)比較小，而且伴隨一些相互作用力，所以可以忽略不計(jì)。對(duì)摩擦樁群進(jìn)行分析時(shí)，必須要多關(guān)注單樁和單樁相互之間的影響，因?yàn)楹奢d重量主要傳遞方式是通過摩擦的形式進(jìn)行傳遞，所以這種摩擦下單樁相互之間的影響比較重要。不同的單樁相互之間以及不同的樁端土層相互之間都有可能會(huì)出現(xiàn)重疊應(yīng)力的問題，導(dǎo)致樁基相互之間摩擦能力與樁基相互之間的承載能力相互影響。工作人員在對(duì)群樁承載能力強(qiáng)度進(jìn)行研究時(shí)，不能只將目光集中在單樁承載力相互疊加方面，也要多關(guān)注一些樁體間的干擾與影響。

3 公路橋梁工程設(shè)計(jì)中的樁基沉降技術(shù)。

3.1 對(duì)彈性理論法的分析

基于彈性理論角度分析土與樁、樁與樁、土與土之間的作用方式，是研究單樁基礎(chǔ)在縱向上的承載力前提下，分別分析承載力和基礎(chǔ)土層之間的作用力和相對(duì)位移的關(guān)系。以彈性理論為中心，可在分析過程中拓展出系列的單樁沉降計(jì)算法，但所有計(jì)算方式的有效應(yīng)用都是建立在樁基礎(chǔ)位移和周圍土層位移保持同步和協(xié)調(diào)的條件下的。從軸向承載下的樁基礎(chǔ)樁身的壓縮情況就能得出樁基礎(chǔ)發(fā)生位移的結(jié)果，具體則可以通過某個(gè)定點(diǎn)產(chǎn)生的 Minidlin 位移得知樁四周土體的位移。

3.2 單樁沉降設(shè)計(jì)方式

通過剪切變形法對(duì)其進(jìn)行設(shè)計(jì)，剪切變形法使用的基本前提，就是要先確定樁體之間不會(huì)發(fā)生任何的變形或者出現(xiàn)任何原因的相對(duì)位移。樁體自身土體如果土體上層與土體下層二者之間沒有出現(xiàn)相對(duì)明顯的作用，則可以忽略掉樁端阻力對(duì)樁體產(chǎn)生的影響。如果經(jīng)過觀察發(fā)現(xiàn)單樁出現(xiàn)沉降，而且沉降度已經(jīng)達(dá)到某個(gè)臨界點(diǎn) S，則土體也必然會(huì)隨之產(chǎn)生沉降，并伴隨剪切的狀況。如果將其移動(dòng)到指定位置，剪切應(yīng)力也會(huì)隨之發(fā)生傳遞，剪接應(yīng)力在傳遞時(shí)，會(huì)沿著徑向的路徑來向著外側(cè)進(jìn)行傳遞。如果這一剪接應(yīng)力傳遞到某個(gè)點(diǎn)上，則該點(diǎn)區(qū)域剪切數(shù)值會(huì)明顯變小，工作人員在對(duì)其進(jìn)行計(jì)算時(shí)，可以忽略掉該點(diǎn)的剪切值。

除了上述條件外，還要先假定該區(qū)域內(nèi)發(fā)生的所有剪切情況都可以滿足彈性性質(zhì)需求，因?yàn)榧羟袘?yīng)力預(yù)期之間呈現(xiàn)的是正比例的關(guān)系，并且在和樁軸距離不遠(yuǎn)的位置還有土體單位，可以判定土體單位豎向位移情況為 s，且水平位移不會(huì)發(fā)生較大的變化，所以整個(gè)計(jì)算過程中，這些方面的參數(shù)可以忽略掉不予計(jì)算。在該情況下，土體單元剪切應(yīng)力與土體單元的剪切應(yīng)變可以變化成更加滿足當(dāng)前項(xiàng)目施工要求的形式，并利用 Gs 來表示土體健全狀態(tài)下的全模量。如果α代表了土體實(shí)際上的單元長度，則樁體的半徑可以通過 r0 來表示，樁體側(cè)邊的阻力可以通過 qn 來表示，按照平衡條件，對(duì) S 進(jìn)行計(jì)算，求得

該等式當(dāng)中，rm 代表了單樁實(shí)際測量半徑。

3.3 群樁沉降設(shè)計(jì)法

對(duì)實(shí)體深基礎(chǔ)法進(jìn)行討論，該基礎(chǔ)法也被稱之為等代墩基法。工作人員在對(duì)公路橋梁進(jìn)行設(shè)計(jì)的過程中以及在對(duì)群樁沉降進(jìn)行計(jì)算的過程中，最常用的方法就是深基基礎(chǔ)法，而且深基基礎(chǔ)法也是高承臺(tái)樁群與土層施工的基礎(chǔ)，但是整個(gè)處理過程必須要保證墩基始終都要處在規(guī)定的范圍內(nèi)，且實(shí)體墩基和樁基土層二者之間可能會(huì)出現(xiàn)壓縮的情況，所以工作人員需要通過擴(kuò)展計(jì)算的方式來計(jì)算出群樁的具體沉降數(shù)值。在工作開展的過程中，還可以將實(shí)體基礎(chǔ)底面當(dāng)成主要的研究對(duì)象，結(jié)合地基土執(zhí)行與附加應(yīng)力性質(zhì)等方面的要素，通過不同的計(jì)算公式來對(duì)目標(biāo)進(jìn)行計(jì)算。想要從根本上減少差異，保證工作的正常開展，相關(guān)工作人員就必須要按照工作實(shí)際開展情況，提出不同的預(yù)防措施。

3.4 本工程樁基礎(chǔ)的設(shè)計(jì)與施工銜接

本項(xiàng)目地處珠江三角洲南部，屬于軟土地質(zhì)，因此在設(shè)計(jì)中要充分考慮這一情況。軟土含水率高、空隙比大，地基在受荷后，容易形成較高的超靜孔隙水壓。在軟土上修建的橋梁設(shè)施，更容易產(chǎn)生較大的沉降現(xiàn)象。而這種沉降一旦沒有得到有效的控制，尤其在改擴(kuò)建的橋梁上，容易出現(xiàn)嚴(yán)重的質(zhì)量問題。我們需要從設(shè)計(jì)開始就充分的考慮這一情況，并在施工中嚴(yán)格按照設(shè)計(jì)圖紙和施工要求進(jìn)行作業(yè)，防止由于地基變形帶來的不利影響。

本工程在設(shè)計(jì)時(shí)已經(jīng)做了較為細(xì)致的地質(zhì)勘察工作，對(duì)樁底沉淀層厚度要求是當(dāng)樁底為全風(fēng)化巖或強(qiáng)風(fēng)化巖時(shí)為10cm；當(dāng)樁底為中風(fēng)化或微風(fēng)化巖時(shí)為5cm。樁基在成孔和清孔后應(yīng)進(jìn)行質(zhì)量檢查，其技術(shù)指標(biāo)(孔的中心位置、孔徑、傾斜度、孔深、孔內(nèi)沉淀土厚度、清孔后泥漿指標(biāo)等)應(yīng)符合設(shè)計(jì)要求及《公路橋涵施工技術(shù)規(guī)范》的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)。鉆孔應(yīng)按設(shè)計(jì)要求進(jìn)行，并做好地質(zhì)層面記錄，如發(fā)現(xiàn)地質(zhì)情況與鉆探資料不符時(shí)，應(yīng)報(bào)設(shè)計(jì)單位處理。

4 結(jié)語

文章從多角度論述了如何將樁基沉降融入到公路橋梁工程項(xiàng)目設(shè)計(jì)中，希望可以為日后工作開展提供參考。

[1]劉杰.道路橋梁施工在軟土地基上不均勻沉降的防治對(duì)策探討[J].工程技術(shù)研究,2017,(10):39+41.

[2]陳卓.橋梁設(shè)計(jì)在市政工程的要點(diǎn)分析[J].工程技術(shù)研究,2017,(10):200+206.

[3]謝立安.濕陷性黃土浸水濕陷對(duì)橋梁樁基負(fù)摩阻力影響深度的研究[J].公路,2016,(1):118-121.