公路橋梁中樁基沉降問題分析

1 引言

在公路橋梁工程建設(shè)期間需要進行大量計算，確定縱向荷載作用力下樁基礎(chǔ)的應(yīng)用情況。而隨著公路橋梁上部結(jié)構(gòu)荷載的不斷變化，以及其他各類因素的共同作用，樁基沉降問題會逐步顯現(xiàn)，若不能進行有效控制，必然會給公路橋梁工程整體造成較為嚴重的影響。因此，必須針對公路橋梁中的樁基沉降問題進行分析，以便采取有效措施予以處理、規(guī)避。

2 公路橋梁樁基沉降分析

2.1 公路橋梁樁基的主要類型

公路橋梁工程中樁基主要是用來承載上部建筑、交通等載荷。根據(jù)載荷在樁基上傳播方式可將樁基分為摩擦樁和端承樁。摩擦樁多用于土層較厚的區(qū)域，但樁基長度無法達到土層下的巖層，其應(yīng)用過程中充分利用土層與樁體間的摩擦力保證上部的穩(wěn)定性和承載力，一般情況下不需要底部巖層提供支撐力。端承樁需要深入施工區(qū)域的土層深處，然后設(shè)置在巖層部位，依靠下方巖層支撐承載上部載荷，端承樁樁體一般不會發(fā)生相對位移，也不會產(chǎn)生摩擦力。當前，公路橋梁工程建設(shè)期間，這2種樁基形式會結(jié)合使用，即常見的端承摩擦樁、摩擦端承樁等復(fù)合型的樁基，在此過程中樁基承載力由2種方式共同提供，差異在于主要發(fā)揮作用的樁基類型【1】。

2.2 公路橋梁樁基沉降分析的主要方法

2.2.1 單樁樁基的沉降分析

公路橋梁單樁樁基沉降分析的主要方法包括：載荷傳遞分析法、剪切形變傳遞模型法、彈性理論法。

在應(yīng)用載荷傳遞分析法時，將樁基分散為相同長度的樁基單元，使用非線性彈簧模擬樁基段與土層之間的聯(lián)系，在樁基端處土體使用非線性彈簧進行模擬。公路橋梁工程建設(shè)期間需要使用多種儀器、儀表，要注意實際測量過程中的普及性。

剪切形變傳遞模型法的應(yīng)用能夠簡化樁基沉降計算，在該模型當中假定認為載荷承載力較小時，在樁基軸向負荷載力會出現(xiàn)樁基沉降問題，在具體的沉降過程中又會對周邊土層產(chǎn)生剪切作用，但土層未發(fā)生移動，剪應(yīng)力會沿樁基側(cè)面表層擴散。

彈性理論法利用彈性理論對樁土系統(tǒng)進行研究，確定單樁基礎(chǔ)在縱向滿足承載作用，并獲得樁基土層間作用及位移間的關(guān)系，進而得到土層對樁基之間、樁基對土層之間的各類作用方式，彈性理論法能夠擴展出一系列沉降計算方法。

2.2.2 群樁樁基的沉降分析

公路橋梁群樁樁基沉降分析的主要方法包括：彈性理論法、實體深基礎(chǔ)法、等效作用分層總和法。

彈性理論法主要是對橋梁群樁的沉降情況進行分析，主要根據(jù)位移法、應(yīng)力法進行操作，另外，還可以根據(jù)簡化的彈性理論法計算出位移情況，將子樁側(cè)面摩擦力視為線性變換，通過對單樁進行分析、疊加獲取群樁分析結(jié)果。

實體深基礎(chǔ)法將高承臺下的群樁、土層等效為一個墩基實體深基礎(chǔ)，在該墩基范圍內(nèi)，群樁工作過程中土層不會出現(xiàn)壓縮問題，然后利用擴展計算方式明確群樁沉降的實際情況，為消除計算過程中存在的差異，可以假定實體基礎(chǔ)底面位置，關(guān)注群樁土層可壓縮的概率，注意群樁基礎(chǔ)周圍剪應(yīng)力變化。

等效作用分層總和法可以對均勻土質(zhì)的土層中群樁沉降、均勻負荷承載下的矩形基礎(chǔ)間的比值進行計算，獲取計算結(jié)果后對等代墩基的附加應(yīng)力進行修正，然后結(jié)合分層總和法掌握群樁的具體沉降情況【2】。

2.3 公路橋梁樁基沉降的計算

公路橋梁樁基沉降問題不可避免地會出現(xiàn)，要想徹底解決需要面對較為復(fù)雜、煩瑣的處理內(nèi)容。根據(jù)土力學(xué)理論知識可知，樁基沉降包括應(yīng)土體流變、固結(jié)變形，樁基沉降的第二特征就是刺入變形。采用各類測量設(shè)備無法對樁基周圍土體應(yīng)力變化進行實際、細致的觀測，就無法獲取土體準確的應(yīng)力變化關(guān)系，更多地需要通過客觀現(xiàn)象進行觀察，然后建立相應(yīng)的應(yīng)力模型，以便獲取樁基周圍土層真實、有效的應(yīng)力關(guān)系。

對土體中的樁基進行長期觀測會發(fā)現(xiàn)一定規(guī)律，樁基沉降是一個漫長的過程，多數(shù)在公路橋梁工程竣工后會持續(xù)較長時間。因此，公路橋梁樁基的沉降也與時間因素存在關(guān)聯(lián)。樁基發(fā)生不同程度沉降的部分原因是刺入變形，具體檢測過程中要合理控制試驗時間長度，避免土層徐變、固結(jié)現(xiàn)象的發(fā)展。樁基沉降發(fā)展期間，樁端及兩側(cè)土層會出現(xiàn)“非線性”特征，土體塑性會在樁基承載力極限后體現(xiàn)。根據(jù)對樁側(cè)摩阻力的研究可知，相對位移較小時，其與摩阻力的大小成正比，相對位移接近極限值摩阻力最大，會出現(xiàn)滑動位移。對于細長樁基來講，樁基頂部承載載荷不高，因土層出現(xiàn)彈性壓縮，樁基周圍土層位移超出極限值，就會出現(xiàn)滑移，連續(xù)加載期間，產(chǎn)生滑移的區(qū)域擴大，樁基與樁基間土體變形的固結(jié)和徐變使得相對滑移區(qū)域產(chǎn)生周期性變化，進而引發(fā)公路橋梁樁基刺入變形。

3 公路橋梁樁基施工中對沉降問題的控制措施

對于樁基施工來講，要合理控制公路橋梁樁基成孔質(zhì)量，從選擇鉆機、鉆頭等多個方面入手，以測量放樣、護筒埋設(shè)等措施來提升現(xiàn)場橋梁樁基施工質(zhì)量。針對過黏土層、紅黏土等地質(zhì)區(qū)域的樁基施工，可以選擇回旋鉆機；針對巖層地質(zhì)區(qū)域的樁基施工，可以選擇沖擊鉆機等。在針對地質(zhì)情況進行選擇后，為確保公路工程施工技術(shù)參數(shù)滿足要求，要以三角閉合導(dǎo)線控制網(wǎng)對水準基點進行復(fù)核控制，采用坐標法測定臺墩中線、樁位。針對公路橋梁樁基測量放線的基本要求，強化測量放線技術(shù)復(fù)核、觀測結(jié)果，確保裝機位置能夠滿足設(shè)計要求。

在實際施工過程中，要加強對各類工藝、技術(shù)的控制，根據(jù)相關(guān)技術(shù)要求對現(xiàn)場施工技術(shù)參數(shù)進行控制、糾偏，保證實際施工質(zhì)量。

對于程控施工技術(shù)要結(jié)合鉆機技術(shù)特征確定相應(yīng)的操作要點，從開鉆、持續(xù)鉆進、停鉆后的中心開鉆、地質(zhì)條件變化后的處理等內(nèi)容進行關(guān)注，結(jié)合成孔技術(shù)控制、管理。并做好相應(yīng)的清孔工作，在距設(shè)計標高10cm位置開始清孔，確?？椎赘蓛?。清孔完成后就可以安裝鋼筋籠，在安裝前要根據(jù)設(shè)計要求對鋼筋籠主筋直徑、孔徑以及箍筋材質(zhì)等進行檢測，需要進行焊接檢查，嚴格依照規(guī)程進行檢查，確保鋼筋籠吊裝過程正常開展，關(guān)注吊裝的垂直度、位置控制以保障質(zhì)量。然后，根據(jù)樁基工程地質(zhì)實際情況選擇適宜的混凝土進行灌注，保障樁基灌注及振搗質(zhì)量，實現(xiàn)公路橋梁樁基工程技術(shù)控制目標。灌注施工中要對成孔質(zhì)量進行檢查，掌握地下水對成樁質(zhì)量的影響，確?，F(xiàn)場灌注施工的連續(xù)性，并做好混凝土在異常溫度環(huán)境下的防護【3】。加強對設(shè)備操作人員的技術(shù)培訓(xùn)與管理，提高設(shè)備操作人員技術(shù)水平，保障施工中技術(shù)控制要點得到有效的執(zhí)行與控制，實現(xiàn)公路橋梁樁基工程沉降問題的控制。

4 結(jié)語

通過分析公路橋梁樁基沉降問題，掌握樁基施工技術(shù)控制要點及難點。合理控制設(shè)計、施工技術(shù)參數(shù)，確保公路橋梁整體施工質(zhì)量，促進我國公路橋梁工程建設(shè)行業(yè)發(fā)展，有效發(fā)揮其在經(jīng)濟、社會中的作用。