公路橋梁工程設(shè)計(jì)中樁基沉降問(wèn)題

鄧宗原

（懷化市交通規(guī)劃勘察設(shè)計(jì)院有限公司，湖南 懷化 418000）

由于公路橋梁工程建設(shè)施工規(guī)模相對(duì)較大，其中所涉及的工程設(shè)計(jì)難點(diǎn)問(wèn)題相對(duì)較多，尤其是樁基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性問(wèn)題，是公路橋梁工程設(shè)計(jì)單位所需要考慮的重點(diǎn)環(huán)節(jié)之一。因?yàn)楣窐蛄旱暮奢d主要是通過(guò)樁基礎(chǔ)部分來(lái)進(jìn)行承擔(dān)，為了有效保證公路橋梁的通車安全，需要進(jìn)一步加強(qiáng)樁基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。但是當(dāng)前我國(guó)很多地區(qū)橋梁工程在長(zhǎng)時(shí)間的使用過(guò)程中產(chǎn)生樁基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)沉降問(wèn)題，樁基礎(chǔ)的結(jié)構(gòu)產(chǎn)生不同形式的變化，樁基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性受到了嚴(yán)重的影響，直接影響到橋梁的使用安全性和使用壽命。因此，在橋梁工程設(shè)計(jì)工作中必須要重點(diǎn)考慮樁基礎(chǔ)沉降問(wèn)題所產(chǎn)生的影響，對(duì)沉降問(wèn)題產(chǎn)生的影響因素進(jìn)行全面判斷，提出有效的控制策略來(lái)加以保障。

1.公路橋梁樁基礎(chǔ)產(chǎn)生沉降問(wèn)題的主要原因

通常情況下，橋梁樁基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)產(chǎn)生沉降問(wèn)題的主要原因，是因?yàn)榛A(chǔ)結(jié)構(gòu)部分的地質(zhì)條件承載能力不足，經(jīng)常會(huì)受到一些不良軟土條件因素的干擾，造成基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)部分的土體穩(wěn)定性下降，進(jìn)而在橋梁結(jié)構(gòu)強(qiáng)大荷載的作用條件下會(huì)產(chǎn)生樁基礎(chǔ)下降問(wèn)題。相關(guān)設(shè)計(jì)工作人員通過(guò)對(duì)橋梁樁基礎(chǔ)產(chǎn)生沉降問(wèn)題進(jìn)行針對(duì)性勘查和分析之后，發(fā)現(xiàn)樁基礎(chǔ)沉降問(wèn)題的產(chǎn)生具有一定的連續(xù)規(guī)律性，為了避免樁基礎(chǔ)產(chǎn)生更加嚴(yán)重的破壞，必須要采取針對(duì)性的控制策略。其中樁基礎(chǔ)沉降問(wèn)題的主要影響因素包含以下幾個(gè)方面。

1.1 施工區(qū)域的地質(zhì)條件因素影響

由于我國(guó)各個(gè)不同地區(qū)地質(zhì)條件構(gòu)成差異性相對(duì)較大，土體結(jié)構(gòu)和樁基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)下部土體相互之間產(chǎn)生作用，土壤結(jié)構(gòu)的硬度大小直接關(guān)系到樁基礎(chǔ)的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性和支撐性。土體剛性程度越大則土體內(nèi)部的可壓縮空間就越小，因此樁基礎(chǔ)產(chǎn)生沉降問(wèn)題的程度也就越小，相反在受到一些軟土地基條件的影響下，樁基礎(chǔ)下方部分的土體可壓縮性能相對(duì)較大，進(jìn)而會(huì)產(chǎn)生樁基礎(chǔ)下沉現(xiàn)象。

1.2 公路橋梁工程設(shè)計(jì)存在缺陷

由于在我國(guó)部分地區(qū)受到不良地質(zhì)條件因素的影響，橋梁工程產(chǎn)生樁基礎(chǔ)沉降問(wèn)題的概率相對(duì)較大，同時(shí)在工程基礎(chǔ)設(shè)計(jì)工作中，由于相關(guān)設(shè)計(jì)工作人員并沒(méi)有對(duì)工程建設(shè)施工區(qū)域的實(shí)際地質(zhì)條件狀況進(jìn)行深入分析和研究，沒(méi)有考慮到地下的土層因素的影響，造成橋梁結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)穩(wěn)定性不足，進(jìn)而會(huì)出現(xiàn)樁基礎(chǔ)產(chǎn)生明顯的沉降問(wèn)題。與此同時(shí)，為了有效分散橋梁樁基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)的承載力，某些設(shè)計(jì)工作人員會(huì)采取承臺(tái)設(shè)計(jì)工作方法，但是針對(duì)現(xiàn)行的橋梁設(shè)計(jì)規(guī)范要求當(dāng)中，對(duì)于承臺(tái)的設(shè)計(jì)工作標(biāo)準(zhǔn)并不是非常明確，同時(shí)設(shè)計(jì)工作人員自身缺乏相應(yīng)的設(shè)計(jì)參照標(biāo)準(zhǔn)，經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)憑借自身的工作經(jīng)驗(yàn)來(lái)進(jìn)行樁基礎(chǔ)設(shè)計(jì)，進(jìn)而造成橋梁樁基礎(chǔ)設(shè)計(jì)工作和實(shí)際環(huán)境之間存在一定的差異，在后續(xù)的使用過(guò)程中會(huì)造成樁基產(chǎn)生沉降現(xiàn)象[1]。

1.3 樁基礎(chǔ)類型的選擇誤差

通過(guò)大量的實(shí)驗(yàn)工作分析可以看出，樁基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)的類型選擇和樁基礎(chǔ)的沉降表現(xiàn)形式之間有著密切的關(guān)聯(lián)，樁基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)的不同所產(chǎn)生的基礎(chǔ)沉降量也有所差異。比如，鉆孔樁和打孔樁在后續(xù)的樁基礎(chǔ)沉降問(wèn)題上表現(xiàn)形式有所不同，并且在承受相同荷載力的條件下，鉆孔樁基礎(chǔ)的沉降表現(xiàn)形式，主要是以地基結(jié)構(gòu)內(nèi)部的土壤壓縮變形為主，而打孔樁基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)所產(chǎn)生的沉降問(wèn)題，主要體現(xiàn)在樁體之間土體產(chǎn)生壓縮變形問(wèn)題為主，因此在針對(duì)橋梁工程基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)工作中，必須要結(jié)合施工區(qū)域的地質(zhì)條件情況，對(duì)橋梁樁基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)類型進(jìn)行針對(duì)性，選擇以此來(lái)最大限度上控制樁基礎(chǔ)產(chǎn)生的沉降問(wèn)題。

2.公路橋梁設(shè)計(jì)工作中樁基礎(chǔ)沉降問(wèn)題的有效預(yù)防策略

有效結(jié)合我國(guó)某地區(qū)一處橋梁樁基沉降問(wèn)題展開(kāi)全面分析和研究，結(jié)合本次橋梁工程樁基礎(chǔ)沉降問(wèn)題的具體原因進(jìn)行深入探索，并且總結(jié)出以下幾種樁基礎(chǔ)沉降問(wèn)題預(yù)防工作策略，為后續(xù)的橋梁樁基礎(chǔ)設(shè)計(jì)工作提供有效借鑒。

2.1 有效做好前期的地質(zhì)條件勘察工作

在橋梁工程正式開(kāi)始之前，必須要針對(duì)升區(qū)域的地區(qū)條件狀況展開(kāi)全面分析和勘察，需要對(duì)樁基礎(chǔ)產(chǎn)生沉降問(wèn)題的影響因素進(jìn)行綜合考慮。相關(guān)設(shè)計(jì)工作人員需要到達(dá)工程建設(shè)區(qū)域展開(kāi)全面地質(zhì)勘察工作，有效掌握實(shí)時(shí)性地質(zhì)條件參數(shù)信息，為后續(xù)的樁基礎(chǔ)設(shè)計(jì)工作打下良好的基礎(chǔ)。在地質(zhì)條件勘察工作過(guò)程中需要有效得出地質(zhì)條件情況、地質(zhì)條件成因、不良土層厚度情況以及地基土體結(jié)構(gòu)的軟硬程度等信息，通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)勘查工作之后形成準(zhǔn)確的地質(zhì)勘查工作報(bào)告，保證設(shè)計(jì)工作人員對(duì)橋梁工程建設(shè)區(qū)域的地質(zhì)條件有著充分的了解，以此為基礎(chǔ)對(duì)橋梁樁基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)工作進(jìn)行有效調(diào)整，保證樁基礎(chǔ)設(shè)計(jì)工作的科學(xué)性和嚴(yán)謹(jǐn)性，避免在后續(xù)的使用過(guò)程中出現(xiàn)沉降問(wèn)題[2]。

2.2 有效保證橋梁樁基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)性能

在針對(duì)橋梁樁基礎(chǔ)設(shè)計(jì)工作過(guò)程中，主要設(shè)計(jì)工作目標(biāo)是提高橋梁樁基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性和承載能力，其中對(duì)于橋梁的樁體類型、樁體結(jié)構(gòu)、樁體長(zhǎng)度和間距大小等需要進(jìn)行全面計(jì)算和分析，需要對(duì)橋梁?jiǎn)沃A(chǔ)結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)方法進(jìn)行合理選擇，同時(shí)對(duì)樁基礎(chǔ)的承載能力和基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)的應(yīng)力大小進(jìn)行詳細(xì)計(jì)算和分析，對(duì)橋梁樁基礎(chǔ)的底部和樁帽結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)形式進(jìn)行確認(rèn)，同時(shí)需要對(duì)樁基礎(chǔ)的平面設(shè)計(jì)工作進(jìn)行重視。在樁基礎(chǔ)設(shè)計(jì)工作中必須充分考慮到外部環(huán)境因素的影響，需要考慮到后續(xù)工程施工當(dāng)中可能產(chǎn)生的各種影響問(wèn)題，有效提出針對(duì)性的保障策略來(lái)加以預(yù)防。針對(duì)橋梁樁基礎(chǔ)的設(shè)計(jì)工作，必須要充分滿足樁基礎(chǔ)的基本使用性能。首先，需要保證樁基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)具有穩(wěn)定的荷載傳遞效果，保證上部所傳遞的強(qiáng)大荷載可以均勻地傳遞到樁基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)下方，以此來(lái)有效分擔(dān)橋梁上部結(jié)構(gòu)所產(chǎn)生的負(fù)荷量；其次，橋梁樁基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)需要具有較強(qiáng)的抗彎折性能，進(jìn)一步加強(qiáng)樁基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)的剛性程度，有效應(yīng)對(duì)后續(xù)通車過(guò)程中所產(chǎn)生的車輛荷載壓力，有效防止樁基礎(chǔ)產(chǎn)生沉降問(wèn)題。

2.3 對(duì)樁基礎(chǔ)的類型和布局進(jìn)行針對(duì)性設(shè)計(jì)

在橋梁樁基礎(chǔ)的設(shè)計(jì)工作中，必須要充分考慮到樁基礎(chǔ)的類型和實(shí)際長(zhǎng)度情況，需要根據(jù)橋梁工程建設(shè)施工現(xiàn)場(chǎng)的環(huán)境影響因素，有效判斷環(huán)境優(yōu)勢(shì)和劣勢(shì)問(wèn)題，對(duì)樁基礎(chǔ)的施工工藝施工周期以及樁基礎(chǔ)的基礎(chǔ)構(gòu)成情況進(jìn)行針對(duì)性設(shè)計(jì)，同時(shí)需要結(jié)合車輛工程的實(shí)際施工規(guī)模情況，對(duì)樁基礎(chǔ)的長(zhǎng)度和類型進(jìn)行合理選擇。在樁基礎(chǔ)的設(shè)計(jì)工作當(dāng)中，比較常用的樁基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)類型包含預(yù)制樁結(jié)構(gòu)、鉆孔灌注樁結(jié)構(gòu)、沉管灌注樁結(jié)構(gòu)以及人工挖孔樁結(jié)構(gòu)等。對(duì)于鉆孔灌注樁結(jié)構(gòu)形式是橋梁工程設(shè)計(jì)工作中比較常用的一種樁體結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)工作方法，如圖1，但是具體的選擇工作需要根據(jù)實(shí)際的工程項(xiàng)目建設(shè)施工情況來(lái)進(jìn)行綜合判斷和選擇。

圖1 橋梁鉆孔灌注樁結(jié)構(gòu)

在橋梁樁基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)的布局方面，如果選用單樁結(jié)構(gòu)可以滿足基礎(chǔ)承載力的設(shè)計(jì)工作要求，則需要在橋梁樁基礎(chǔ)設(shè)計(jì)工作中，合理使用單樁沉降分析工作方法來(lái)進(jìn)行詳細(xì)計(jì)算和分析。單樁沉降分析工作方式常用的方法包含四種，即荷載的傳遞分析法、剪切變形傳遞法、單向壓縮分層分析法以及受力彈性理論分析法。對(duì)于荷載傳遞分析法，主要是基于樁基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)荷載變形的傳遞工作方式，對(duì)樁基礎(chǔ)的荷載量大小進(jìn)行計(jì)算和分析；而剪切變形法在設(shè)計(jì)工作中的使用，不考慮到其他外部環(huán)境所產(chǎn)生的阻力因素干擾，如果橋梁基礎(chǔ)單樁結(jié)構(gòu)產(chǎn)生沉降問(wèn)題，則土體結(jié)構(gòu)也會(huì)產(chǎn)生一定的沉降現(xiàn)象進(jìn)而會(huì)產(chǎn)生剪切力的作用。因此，在橋梁?jiǎn)螛痘A(chǔ)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)工作中，可以通過(guò)使用剪切力大小有效計(jì)算樁體直徑大小，通過(guò)采取剪切變形的設(shè)計(jì)方式，全面提高單樁基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)的承載能力，避免出現(xiàn)基礎(chǔ)沉降問(wèn)題[3]。

2.4 對(duì)樁基布局設(shè)計(jì)進(jìn)行合理優(yōu)化

對(duì)橋梁樁基礎(chǔ)設(shè)計(jì)工作而言，通過(guò)對(duì)樁基礎(chǔ)的合理布局，可以進(jìn)一步緩解樁基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)的沉降程度。樁基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)布局是否科學(xué)合理，主要取決于樁基礎(chǔ)的荷載范圍以及橋梁工程的整體長(zhǎng)度情況，需要對(duì)樁基礎(chǔ)的使用數(shù)量進(jìn)行準(zhǔn)確計(jì)算和分析，可以通過(guò)采取三個(gè)樁基礎(chǔ)相連的設(shè)計(jì)工作方法，每一個(gè)樁基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)都需要進(jìn)行精確的承載力計(jì)算，如圖2：

圖2 橋梁樁基布局結(jié)構(gòu)

通過(guò)三個(gè)連續(xù)樁基礎(chǔ)的承載力計(jì)算和分析，保證樁基礎(chǔ)的承載力符合橋梁工程的使用安全要求，實(shí)現(xiàn)對(duì)樁基礎(chǔ)的科學(xué)布局，有效預(yù)防樁基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)產(chǎn)生明顯的沉降現(xiàn)象。但是在實(shí)際設(shè)計(jì)工作過(guò)程中，由于受到地質(zhì)條件因素以及其他方面因素的干擾，在樁基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)無(wú)法保證均勻設(shè)計(jì)的情況下，設(shè)計(jì)工作人員需要根據(jù)橋梁工程現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際情況，通過(guò)采取增加其他附屬結(jié)構(gòu)來(lái)進(jìn)行解決，以此來(lái)有效控制樁基礎(chǔ)產(chǎn)生的沉降問(wèn)題，提高橋梁樁基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性[4]。

3.結(jié)語(yǔ)

在公路橋梁工程設(shè)計(jì)工作過(guò)程中，樁基礎(chǔ)沉降問(wèn)題是其中一種比較常見(jiàn)的基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)病害情況，公路橋梁建設(shè)單位需要在樁基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)工作中，有效結(jié)合各種外部環(huán)境、施工條件以及地質(zhì)條件等因素的影響，對(duì)樁基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)工作中存在的工作要點(diǎn)進(jìn)行有效把控，并且對(duì)其中常見(jiàn)的樁基礎(chǔ)沉降影響因素進(jìn)行有效預(yù)防和解決，全面提高樁基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，為后續(xù)的公路橋梁通車安全提供保障。