公路橋梁工程設(shè)計(jì)中的樁基沉降問題分析

李紅建

鞏義市公路工程處，河南 鄭州 451200

我國(guó)經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，科技的不斷進(jìn)步，促進(jìn)了我國(guó)公路橋梁的建設(shè)，但是隨著橋梁建設(shè)的不斷發(fā)展，各方面的建設(shè)問題也開始不斷出現(xiàn)，如樁基的沉降問題。樁基支撐著整個(gè)橋梁，對(duì)橋梁的整體建設(shè)至關(guān)重要。因此，有必要對(duì)橋梁工程進(jìn)行研究，提高樁基設(shè)計(jì)的合理性，促進(jìn)橋梁工程的建設(shè)。橋梁工程樁基的設(shè)計(jì)和建設(shè)水平是橋梁建設(shè)的關(guān)鍵。在進(jìn)行樁基設(shè)計(jì)和建設(shè)時(shí)，需要管理好每一個(gè)重要環(huán)節(jié)，從而保證橋梁的建設(shè)質(zhì)量。

1 樁基的影響因素

1.1 樁基荷載

荷載形式主要包括永久性荷載和可變性荷載。因?yàn)槭┕そㄔO(shè)過程中會(huì)出現(xiàn)很多因素影響，所以還存在偶然性荷載。永久性荷載可以對(duì)橋梁樁基的結(jié)構(gòu)與自重產(chǎn)生影響，可變性荷載會(huì)對(duì)車輛制動(dòng)與牽引產(chǎn)生影響，偶然性荷載即樁基受到自然災(zāi)害的影響[1]。因?yàn)闃蛄簶痘谶\(yùn)行過程中會(huì)受到各種因素的影響，所以設(shè)計(jì)人員在進(jìn)行樁基設(shè)計(jì)時(shí)要全面分析橋梁建設(shè)的真實(shí)情況，合理地對(duì)樁基進(jìn)行設(shè)計(jì)。一般來說，荷載組合的形式可以分為兩種，一種是樁基承載力達(dá)到極限，在這種情況下，樁基結(jié)構(gòu)的安全性與穩(wěn)定程度都將降低，不能夠承受任何作用力；另一種是樁基的承載力在使用過程中達(dá)到極限，在這種狀態(tài)下，樁基可能已經(jīng)發(fā)生變形，必須對(duì)樁基變形的實(shí)際情況進(jìn)行嚴(yán)格分析和管理。

1.2 樁基側(cè)向的承載力

樁基的側(cè)向承載力也會(huì)受到各種各樣的影響。首先，在進(jìn)行樁基設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)該確保樁體結(jié)構(gòu)自身重力與其他作用力都處于樁體結(jié)構(gòu)最大的承受范圍內(nèi)。其次，要研究樁體自身能夠承受的水平力。最后，需要分析底盤所產(chǎn)生側(cè)向承載力的承受能力。目前，我國(guó)相關(guān)規(guī)定表明，在進(jìn)行公路橋梁建設(shè)的過程中，樁頭水平位移的長(zhǎng)度不能超過樁徑長(zhǎng)度的1%。

1.3 負(fù)摩擦力

對(duì)地表進(jìn)行開挖或者對(duì)地下水進(jìn)行過度開采都會(huì)導(dǎo)致樁基周圍底層出現(xiàn)塌陷現(xiàn)象。底層相對(duì)于樁體來說下降范圍較大，土壤會(huì)帶動(dòng)樁基向下伸展，從而增加樁軸自身的作用力，在樁基運(yùn)行的過程中，這種作用力會(huì)變成負(fù)摩擦力，工作人員在對(duì)這種作用力進(jìn)行分析計(jì)算時(shí)，必須全面考慮每個(gè)公式的計(jì)算規(guī)律，如果存在持續(xù)時(shí)間較短的荷載或者其他較小的作用力，可以在計(jì)算過程中忽略不計(jì)。

1.4 樁基間隔

在橋梁建設(shè)的過程中，樁基間距的設(shè)計(jì)也具備一定的要求。首先，在進(jìn)行樁基間距的設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)盡量減少樁基數(shù)量，以免對(duì)橋梁建設(shè)造成不利的影響。其次，在進(jìn)行橋梁建設(shè)的過程中，應(yīng)減少群樁所產(chǎn)生的不利影響。由于在樁基承受荷載的過程中，相鄰的樁基也會(huì)受到一些疊加的影響，從而產(chǎn)生群樁效應(yīng)，因此如果每個(gè)樁的間距太短，一定程度上會(huì)影響樁基的承載力，進(jìn)一步影響施工質(zhì)量。要想樁基在受力過程中不受其他樁基的影響，樁基間隔距離必須達(dá)到樁徑長(zhǎng)度的約7倍。但是這個(gè)觀念在施工的過程中很難被人采納。大部分國(guó)家的樁基規(guī)范表明，樁基之間的間距最小值應(yīng)該在樁頭直徑的3～4倍，否則會(huì)導(dǎo)致水力底盤的反力系數(shù)出現(xiàn)問題[2]。

2 樁基沉降的類型

2.1 端承型群樁發(fā)生沉降現(xiàn)象的原因

端承類型的群樁是由多個(gè)端承樁基所構(gòu)成，持力層的承受能力強(qiáng)，橋梁上部承載的重量過大，通過端承臺(tái)從多個(gè)樁基傳到端承樁下的地層，因此端承型群樁的承載力較大。一般來說，樁基底部的土層不會(huì)突然出現(xiàn)沉降問題，發(fā)生刺入式沉降問題的概率較低，而且由于群樁通過自身進(jìn)行擠壓，導(dǎo)致樁基自身出現(xiàn)壓縮現(xiàn)象，從而降低了沉降數(shù)值。刺入式沉降現(xiàn)象與樁基自身擠壓下降的數(shù)值都非常小，減小了樁基側(cè)面的摩擦力，從而導(dǎo)致下層傳到群樁的綜合力度減小[3]。

2.2 摩擦型群樁的下降原因與過程

摩擦類型的群樁與端承型的沉降原因不同，端承型每個(gè)樁基與承受臺(tái)之間相互作用的力度可以不進(jìn)行計(jì)算。但是摩擦類型的群樁與其他樁基和承受臺(tái)的力度是相互影響的，而橋梁的承載重量是以摩擦力的形式進(jìn)行傳送。因此，在單個(gè)樁基的情況下，每一個(gè)樁基之間以及樁基與土壤之間都會(huì)出現(xiàn)疊加的力度，造成樁基的承載能力與摩擦力之間的影響，也會(huì)讓端頂?shù)某休d能力受到一定程度上的影響。因此，在研究群樁的承載力的過程中，需重視研究群樁之間相互影響所產(chǎn)生的作用。

3 樁基下降的檢測(cè)方法

3.1 靜載試驗(yàn)技術(shù)

靜載試驗(yàn)技術(shù)是一種新型的檢測(cè)方法，其檢測(cè)流程如下：首先將特別制作的加載機(jī)器固定在樁內(nèi)的指定位置，把加載機(jī)器所使用的高壓油管道與位移桿轉(zhuǎn)移到土層上方，再使用高壓泵對(duì)荷載油箱進(jìn)行加油，通過荷載箱將力傳送到樁基，使樁基上部產(chǎn)生的摩擦力與樁基下部產(chǎn)生的端阻力保持平衡。通過QS曲線變化，判斷公路橋梁樁基自身的承受能力、樁基沉降具體的情況、樁基壓縮的情況、土層的變形情況等。

3.2 高應(yīng)變動(dòng)測(cè)試技術(shù)

高應(yīng)變動(dòng)測(cè)試技術(shù)是由美國(guó)一家測(cè)試企業(yè)所發(fā)明的，這種技術(shù)依托于計(jì)算機(jī)軟件。該技術(shù)是先計(jì)算承載力，而承載力是通過樁基上部激發(fā)阻力所產(chǎn)生的應(yīng)力波與速度波所測(cè)得的。在橋梁建設(shè)的過程中普遍采用高應(yīng)變動(dòng)測(cè)試技術(shù)與曲線擬合技術(shù)。測(cè)量樁基垂直承載力的極限是高應(yīng)變動(dòng)測(cè)量技術(shù)獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)，不需要其他輔助樁基，并且測(cè)試時(shí)間相對(duì)較短、成本低、效率高。此外，該技術(shù)可以測(cè)試單個(gè)樁基的承載能力與樁基自身的重力，還可以顯示樁基的全面性、樁基阻力的分布情況等。

3.3 聲波透射技術(shù)

聲波透射技術(shù)是在灌注混凝土前，在樁基的內(nèi)部設(shè)置多根聲測(cè)管道，從而提高超聲波傳送和接收信息的便利程度。此外，還可以使用超聲波對(duì)各個(gè)橫切面的聲音參數(shù)進(jìn)行測(cè)量，并對(duì)所測(cè)得的聲音參數(shù)進(jìn)行數(shù)值研究，進(jìn)一步計(jì)算出樁基內(nèi)部混凝土結(jié)構(gòu)的下沉情況，從而針對(duì)性地增強(qiáng)混凝土結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度指標(biāo)。

3.4 鉆孔取芯技術(shù)

鉆孔取芯技術(shù)是通過使用相關(guān)的專業(yè)儀器對(duì)部分樁基進(jìn)行抽芯取樣，并根據(jù)樁基取樣的真實(shí)狀況，分析樁基的數(shù)據(jù)信息、混凝土各方面的情況、樁基承載力那層的厚度等。該技術(shù)能夠準(zhǔn)確地觸碰到樁基內(nèi)部，使測(cè)量的樁基數(shù)據(jù)更加準(zhǔn)確。但是該技術(shù)只能對(duì)樁基的部分情況進(jìn)行研究，不能夠測(cè)得樁基內(nèi)部的整體狀況，而且會(huì)對(duì)樁基的內(nèi)部結(jié)構(gòu)造成一定破壞。因此，該技術(shù)在公路橋梁建設(shè)過程中較少被采用。

4 單樁負(fù)載量的計(jì)算

在公路橋梁建設(shè)過程中，通常使用傳遞分析的方法進(jìn)行單樁負(fù)載量的計(jì)算，在樁基底部與土層上部采用非線性彈簧進(jìn)行試驗(yàn)，在樁基的尾端也采用相同的試驗(yàn)方法。但是根據(jù)施工的真實(shí)情況，進(jìn)行測(cè)試時(shí)需要使用各種的設(shè)施設(shè)備，因此傳遞分析方法一般很少被使用。

剪切式的傳遞分析法的使用則減少了計(jì)算樁基承載力的步驟，簡(jiǎn)化了計(jì)算方法。若樁基發(fā)生下沉，會(huì)導(dǎo)致樁基四周的土坑發(fā)生變形，而樁基周圍的土層沒有進(jìn)行位移，那么這些力度將從樁基的上部向四周產(chǎn)生影響，待承載力到達(dá)極限時(shí)，摩擦樁基所承受的作用力會(huì)越小。因此，樁基下沉大多是由于樁基側(cè)面的承載力所導(dǎo)致的。

彈性法是使用相關(guān)的理論知識(shí)對(duì)樁基與土層之間的相互摩擦力、位移與作用力進(jìn)行研究，進(jìn)一步得到土層與樁基相互對(duì)應(yīng)的作用力。測(cè)量人員在使用彈性法的過程中，應(yīng)該注意樁基與土層是否具有彈性條件。

5 群樁下沉數(shù)值的計(jì)算

一般來說，測(cè)量人員會(huì)通過實(shí)體檢測(cè)的方法對(duì)群樁的下沉情況進(jìn)行分析，將土層里的群樁與承力臺(tái)的樁基都作為測(cè)量實(shí)際數(shù)值的基礎(chǔ)，在不超出墩基基礎(chǔ)的范圍內(nèi)，對(duì)樁基群進(jìn)行分析。使用這種方法，土層內(nèi)部不會(huì)發(fā)生相互擠壓等狀況。同時(shí)，可以使用擴(kuò)展計(jì)算的方法對(duì)樁基群的下沉樁基進(jìn)行數(shù)值計(jì)算，要想避免出現(xiàn)誤差，需要研究相對(duì)應(yīng)的措施，并注意周圍其他作用力的干擾。等同效果作用法可以在樁基的測(cè)量技術(shù)中使用，計(jì)算土層下沉的數(shù)值，通過這一數(shù)值結(jié)果利用分層求和方法計(jì)算樁基的下沉數(shù)值。

6 結(jié)束語

在公路橋梁建設(shè)設(shè)計(jì)過程中，研究樁基的下沉情況是施工中的重點(diǎn)。為了提高橋梁建設(shè)的質(zhì)量與水平，需要各方人員的共同努力，進(jìn)行分析與探討，將實(shí)際的工作經(jīng)驗(yàn)與理論知識(shí)相融合，并采用先進(jìn)的計(jì)算方法，全面研究橋梁樁基沉降的樁基，通過不斷的實(shí)踐提高對(duì)樁基沉降的分析水平。