公路橋梁工程設(shè)計(jì)中樁基沉降問題分析

馬健 蔣煜

摘 要：公路橋梁工程的設(shè)計(jì)工作十分復(fù)雜繁瑣，需綜合考慮樁基承載力和負(fù)摩阻力情況，根據(jù)其受力機(jī)理對樁基沉降問題進(jìn)行分析，從而編制出科學(xué)合理的公路橋梁樁基設(shè)計(jì)方案。基于此，本文以樁基沉降問題作為研究對象，分析樁基設(shè)計(jì)工作的相關(guān)內(nèi)容，了解產(chǎn)生沉降問題的原因，通過做好地質(zhì)勘察、改進(jìn)樁基選型與布局、科學(xué)計(jì)算樁基承載力等方式解決樁基沉降問題。

關(guān)鍵詞：公路橋梁工程;樁基設(shè)計(jì);沉降問題

中圖分類號：U445 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1671-2064（2020）02-0118-02

0引言

公路橋梁工程的上部荷載比較大，樁基在縱向荷載、地基以及承臺的相互作用下不會產(chǎn)生明顯的沉降變化。但如果樁基基礎(chǔ)動態(tài)變化較大，或有其他因素造成的影響，樁基沉降問題可能因此出現(xiàn)。做好樁基設(shè)計(jì)工作，對樁基沉降問題予以解決，使其更好的用于公路工程設(shè)計(jì)施工，盡可能的延長公路橋梁的使用壽命。

1 公路橋梁工程的樁基設(shè)計(jì)工作

公路橋梁工程的樁基設(shè)計(jì)工作主要包含樁基選型與方案確定、確定樁徑、樁長與樁距參數(shù)、確定單樁基結(jié)構(gòu)形式和承載能力、選定樁頂傳遞荷載結(jié)構(gòu)、明確樁身涉及刑事與承臺構(gòu)造等。樁基設(shè)計(jì)是公路橋梁工程建設(shè)的基礎(chǔ)，只有保證樁基設(shè)計(jì)的科學(xué)性與合理性，才能使公路橋梁結(jié)構(gòu)更加穩(wěn)固。樁基能夠?qū)⑺脚c豎向的承載向地基傳遞，減輕上部負(fù)荷，使樁基擁有一定的抗彎能力，提高樁基結(jié)構(gòu)剛度。由于公路橋梁工程的類型不同，樁基在選擇時(shí)也會有差異，其中預(yù)制樁和灌注樁比較常見，公路橋梁工程樁基設(shè)計(jì)中經(jīng)常使用鉆孔灌注樁。樁基剛度大，可以減輕上部沉降，使樁基變形被均勻分?jǐn)?，樁基與周圍介質(zhì)產(chǎn)生摩擦，將上部荷載傳給周圍土地，減輕樁體壓力，保持樁基結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性[1]。

2 公路橋梁工程設(shè)計(jì)中樁基沉降問題分析

2.1地質(zhì)環(huán)境勘察工作不足

為保障樁基穩(wěn)定，公路橋梁工程設(shè)計(jì)前應(yīng)做好地理環(huán)境的勘察工作，從而了解地基物理力學(xué)情況，使樁基設(shè)計(jì)更加合理。但在很多公路橋梁工程案例中，設(shè)計(jì)人員展開設(shè)計(jì)工作之前沒有深入施工現(xiàn)場進(jìn)行地質(zhì)勘察，只是根據(jù)相關(guān)資料了解當(dāng)?shù)氐刭|(zhì)情況，或者依靠主觀思維完成設(shè)計(jì)工作，這將導(dǎo)致設(shè)計(jì)結(jié)果和實(shí)際環(huán)境不相符，并造成樁基沉降問題。雖然有部分設(shè)計(jì)人員會前往當(dāng)?shù)卣归_地質(zhì)勘察工作，但勘察的項(xiàng)目不夠完整，勘察的結(jié)果有一定缺陷。

2.2樁基選型存在問題

面對不同的地質(zhì)環(huán)境，應(yīng)選擇同等類型的樁基。比如山地區(qū)域底層起伏，設(shè)計(jì)人員需要考慮墩臺縱橫向的地基土類型與同一墩臺應(yīng)采用的樁基。但有的設(shè)計(jì)人員在選擇樁基類型時(shí)過于重視施工成本，選擇與標(biāo)準(zhǔn)相近的樁基，雖然這種樁基也有承載力，但容易受到外力干擾，在后期出現(xiàn)位移和傾斜的現(xiàn)象。

2.3樁基布局存在問題

樁基布局是公路橋梁施工中不良沉降問題產(chǎn)生的主要原因。樁基布局代表了公路橋梁工程的應(yīng)力結(jié)構(gòu)布局，如果樁基布局不理想，工程應(yīng)力結(jié)構(gòu)也會出現(xiàn)問題。比如在某個(gè)公路橋梁工程中，樁基間距較小，工程應(yīng)力結(jié)構(gòu)集中，這時(shí)工程兩端應(yīng)力就比較空虛，這種樁基布局容易使兩端出現(xiàn)沉降，甚至給公路橋梁帶來坍塌的可能。

2.4墩臺身問題

一般的公路橋梁架構(gòu)主要分為上部結(jié)構(gòu)、墩身與臺身、樁基三部分，墩身或臺身是承接上部結(jié)構(gòu)與樁基的重要結(jié)構(gòu)，一旦此處出現(xiàn)問題，將很容易引發(fā)不良沉降。墩臺身是公路橋梁的中間部分，如果墩臺身有傾斜，樁基部分也有可能發(fā)生位移或傾斜?；蛘咴谝徊糠止窐蛄汗こ淘O(shè)計(jì)工作中，承重柱傾角過大，公路橋梁主體應(yīng)力呈現(xiàn)出傾斜的狀態(tài)，并將力傳遞給樁基[2]。

3公路橋梁工程設(shè)計(jì)中樁基沉降問題的改進(jìn)措施

3.1做好地質(zhì)環(huán)境勘察工作

公路橋梁的樁基建設(shè)屬于一項(xiàng)較為復(fù)雜的隱蔽工程，樁基結(jié)構(gòu)施工質(zhì)量容易受到多方面因素影響，這不僅關(guān)系到整個(gè)公路橋梁工程的順利開展，也會影響未來公路橋梁的運(yùn)行使用。因此，在施工前進(jìn)行相關(guān)準(zhǔn)備工作至關(guān)重要，做好公路橋梁工程施工前的地質(zhì)勘察工作。安排設(shè)計(jì)人員和勘察人員一同參與到地質(zhì)勘察中，提前編制工作計(jì)劃，標(biāo)出勘察項(xiàng)目，對各項(xiàng)目嚴(yán)格審核，保證地質(zhì)勘察項(xiàng)目的完整性。在正式勘察過程中，應(yīng)圍繞計(jì)劃計(jì)算勘查結(jié)果，確保結(jié)果的準(zhǔn)確無誤，以此為基準(zhǔn)開始公路橋梁工程設(shè)計(jì)工作，防止在后期施工中發(fā)生樁基沉降問題。

3.2改進(jìn)樁基選型和布局，優(yōu)化墩臺身

有時(shí)公路橋梁工程施工會遇到臨水的施工環(huán)境，這種環(huán)境的土體松軟，容易產(chǎn)生沉降現(xiàn)象。建議設(shè)計(jì)人員做好基礎(chǔ)設(shè)計(jì)工作，當(dāng)橋位于軟土層時(shí)，樁柱式單排裝，設(shè)置承臺，緩解樁基壓力。如果樁基礎(chǔ)在水中，應(yīng)考慮水流沖刷給樁基帶來的影響，設(shè)計(jì)樁基長度時(shí)去除水流沖刷的深度。對樁基進(jìn)行合理布局時(shí)，應(yīng)計(jì)算樁基的受力范圍，按照公路橋梁工程施工總長度，計(jì)算布局內(nèi)的樁基數(shù)量，根據(jù)計(jì)算結(jié)果使樁基在受力范圍內(nèi)分布均勻，改善因樁基布局問題而產(chǎn)生的沉降現(xiàn)象。在某種特殊條件下，樁基可能無法均勻分布，這時(shí)應(yīng)利用附加結(jié)構(gòu)對樁基補(bǔ)強(qiáng)處理，計(jì)算出強(qiáng)度差值，按照差值優(yōu)化公路橋梁工程的樁基設(shè)計(jì)。此外，還應(yīng)對公路橋梁的墩身與臺身進(jìn)行優(yōu)化，按照設(shè)計(jì)要求，設(shè)計(jì)人員應(yīng)確保墩臺身受力均勻。如果墩臺為異形結(jié)構(gòu)，應(yīng)保證墩臺的正投影形狀對稱，通過承臺向樁基傳遞均勻的豎向力。施工設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)保障墩臺身的結(jié)構(gòu)質(zhì)量，使結(jié)構(gòu)擁有足夠的橫向承載力，可以滿足混凝土最小裂縫需求，并對墩臺采取一定的防撞擊措施，維護(hù)墩臺結(jié)構(gòu)的穩(wěn)固性。

3.3遵循樁基沉降規(guī)律計(jì)算承載力

在公路橋梁工程設(shè)計(jì)中，應(yīng)按照樁基沉降的規(guī)律情況對水平承載和豎向極限承載力進(jìn)行科學(xué)計(jì)算。軟土壓縮性會隨著液限的增加而提高，樁基基礎(chǔ)在外力作用下超靜孔隙水壓力也會較高，導(dǎo)致軟土變形需延續(xù)較長一段時(shí)間。如果公路橋梁工程的地基沉降比較大，且橋梁外觀存在問題，這將影響橋梁的正常使用，造成這一現(xiàn)象的原因主要是樁基不均勻沉降與樁基短時(shí)間較大沉降，使樁基上部發(fā)生扭曲或裂縫。因此，應(yīng)采取有效的方法控制地基形變，對樁基豎向承載力進(jìn)行有效控制。如果樁基設(shè)計(jì)是甲級，應(yīng)采用單樁靜載試驗(yàn)確定樁基的極限承載力，如果樁基設(shè)計(jì)等級是乙級，施工區(qū)域地質(zhì)情況不復(fù)雜，可參照相關(guān)施工條件展開樁基設(shè)計(jì)工作，應(yīng)用原位試驗(yàn)論證設(shè)計(jì)的合理性。如果樁基設(shè)計(jì)等級為丙級，建議采用原位測試與經(jīng)驗(yàn)參數(shù)相結(jié)合的方式確定承載力。關(guān)于公路橋梁工程的樁基豎向承載力，如果樁基需要承擔(dān)軸心荷載，應(yīng)保證樁基豎向力與施工要求相符合，并結(jié)合該區(qū)域的地震荷載情況，對樁基豎向承載力加以計(jì)算和驗(yàn)證。

為了保證樁基安全，還需對樁基的水平承載情況和位移情況加以計(jì)算，并從單樁基礎(chǔ)與群樁基礎(chǔ)兩方面入手，提高計(jì)算結(jié)果的精確度。公路橋梁的單樁基礎(chǔ)承載了水平力，如果水平荷載屬于甲級或乙級樁基，特征值就要通過單樁水平靜載試驗(yàn)來確定。如果樁身的配筋率比0.65%混凝土灌注樁高，通過靜載試驗(yàn)可得出樁身配筋率，地面有10mm水平位移時(shí)，可將對應(yīng)荷載75%的值作為特征值。如果是公路橋梁工程的群樁基礎(chǔ)，力矩較大或有水平力存在時(shí)，應(yīng)考慮群樁、承臺以及土層間的效應(yīng)，計(jì)算樁基水平承載力特征值[3]。

3.4科學(xué)進(jìn)行群樁沉降設(shè)計(jì)

以實(shí)體深基基礎(chǔ)法作為基礎(chǔ)，對公路橋面展開群樁沉降計(jì)算。該計(jì)算方法是高承臺樁群和土層施工的重要前提，計(jì)算時(shí)應(yīng)保證墩基處于規(guī)定范圍，實(shí)體墩基和樁基土層之間可能有壓縮情況，建議施工人員采用擴(kuò)展計(jì)算的方法得出群樁沉降數(shù)值。以實(shí)體基礎(chǔ)底面作為研究對象，綜合地基土執(zhí)行和附加應(yīng)力等因素，采用有效的計(jì)算方式進(jìn)行群樁沉降設(shè)計(jì)，并提出相應(yīng)的樁基沉降預(yù)防措施。對路基位移情況進(jìn)行觀測，提升路堤填筑的穩(wěn)定性。使用觀測工具，當(dāng)路面部分完成施工后，觀測得知該路面樁基沉降值為289mm，應(yīng)用有限元分析法計(jì)算路面樁基沉降值是265.2mm，二者之間存在23.8mm的差值，誤差率為8.23%。

計(jì)算公路橋梁的樁基承臺，對變階處貫通承臺的斜截面、受剪承載力、樁邊連線進(jìn)行驗(yàn)算。如果持力層為厚度較大的巖體，或樁端處理層硬度較高，與樁柱軸線不重合，建議將樁基作為鉸支座，按照連續(xù)梁的情況計(jì)算。計(jì)算樁基承臺時(shí)，應(yīng)了解承臺的正截面受彎承載力和配筋情況，通過相關(guān)要求加以控制。綜合考慮各種條件下的樁基位移情況，在面對高路堤軟基工程環(huán)境時(shí)，可采用挖除換填法施工，如果計(jì)算結(jié)果有誤差，可從填筑速率角度入手，控制樁基變形或傾斜等不良問題的出現(xiàn)，將填土速率控制在一定范圍內(nèi)，保證前期結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定狀態(tài)，隨后再開展后續(xù)填筑施工。

4總結(jié)

總而言之，公路橋梁工程在區(qū)域上存在差異，樁基結(jié)構(gòu)和具體的施工情況也會不同，要求施工建設(shè)單位需要對公路橋梁設(shè)計(jì)和施工需求進(jìn)行明確劃分，通過完善的設(shè)計(jì)控制樁基沉降問題。從實(shí)際建設(shè)環(huán)境角度入手，做好地質(zhì)勘察與現(xiàn)場控制工作，了解樁基結(jié)構(gòu)和工藝流程，改進(jìn)樁基選型和布局，優(yōu)化墩臺身，遵循樁基沉降規(guī)律計(jì)算承載力，盡可能的延長公路橋梁使用壽命。

參考文獻(xiàn)

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[2] 何玉柱.公路橋梁工程設(shè)計(jì)中樁基沉降問題研究[J].安徽建筑，2019，26（02）：121-122.

[3] 張玉龍.公路橋梁工程設(shè)計(jì)中的樁基沉降問題[J].四川水泥，2018（11）：189.