公路橋梁工程中樁基沉降問題與對策研究

竇宇

摘 要：公路橋梁樁基設(shè)計(jì)的過程中需要對多種外界影響因素進(jìn)行分析計(jì)算，包括受力分析、負(fù)摩阻力等，工序復(fù)雜計(jì)算量多。公路橋梁設(shè)計(jì)中對樁基的沉降分析得出最合適的樁基設(shè)計(jì)方案，可以有效提升公路橋梁工程的質(zhì)量安全及公路橋梁的使用年限。本文就以公路橋梁為課題，圍繞相關(guān)樁基沉降問題展開討論，期望能夠?yàn)閷?shí)際工程提供幫助。

關(guān)鍵詞：公路橋梁工程;樁基沉降;對策研究

1 公路橋梁樁基的類型

通常情況下，樁基可以被分為端承樁和摩擦樁兩種類型，兩者之間的區(qū)別在于樁基中荷載力的傳遞方式不一樣。端承樁施工方式是穿透過土層之后使用的樁基礎(chǔ)技術(shù)，在樁基的底部部分將力分散到土層，利用土層和巖石層之間的支撐力滿足對樁基承載力的需要，但是樁基礎(chǔ)自身受到來自土體的支撐力和摩擦力可以直接忽略不計(jì)，不用考慮，這種受力形式的樁基被稱為端承樁。而摩擦樁則是指在土層質(zhì)地較弱且較厚的部分，使得樁基礎(chǔ)的下面部分、低端部分位置與周圍巖石或土層接觸，通過樁基礎(chǔ)與土層之間產(chǎn)生的摩擦力來實(shí)現(xiàn)承載樁基礎(chǔ)頂端位置受到的壓力，在摩擦樁的應(yīng)用過程中摩擦樁和土層之間的反作用力是可以忽略不計(jì)的。在實(shí)際的公路橋梁工程中，大多數(shù)的樁基礎(chǔ)都是通過利用反作用力和摩擦力的存在而滿足頂部的支撐作用的。

2 樁基沉降的原因

軟土類型的土壤受到液限增加的原因其壓縮性也會(huì)隨之升高，軟土的基礎(chǔ)會(huì)由于外界壓力過高而產(chǎn)生較大的超靜空隙水壓力。這兩個(gè)原因都會(huì)使軟土發(fā)生變形，且變形持續(xù)時(shí)間較長，出現(xiàn)流變特征。因此，樁基沉降問題容易在公路橋梁工程的修建過程中發(fā)生，從施工到橋梁投入使用的整個(gè)階段都會(huì)出現(xiàn)樁基沉降的現(xiàn)象，整體上呈現(xiàn)出有序的連續(xù)性。為了避免橋梁樁基出現(xiàn)沉降問題，需要在施工的每個(gè)環(huán)節(jié)預(yù)設(shè)應(yīng)對措施。經(jīng)過對多個(gè)樁基沉淀事故的現(xiàn)場調(diào)研分析，造成樁基沉降現(xiàn)象發(fā)生的主要原因有以下三種。

2.1 施工地區(qū)的土體地質(zhì)勘探

樁基的地下部分與土體之間相互影響，土體的硬度直接影響著樁基施工方案。硬度小的土體內(nèi)部空間壓縮變形程度較大，樁基在施工時(shí)發(fā)成沉降的可能性就越大;反之，樁基則不會(huì)很容易出現(xiàn)沉降現(xiàn)象。

按照公路橋梁工作的流程規(guī)范，相關(guān)工作人員在進(jìn)行工程的正式設(shè)計(jì)之前需要對設(shè)計(jì)現(xiàn)場的實(shí)際地理環(huán)境做出勘探調(diào)查，以便于掌握橋梁工程地基處的物理力學(xué)狀況，更好地開展樁基的設(shè)計(jì)工作。但是在實(shí)際的橋梁工程設(shè)計(jì)工作中一些設(shè)計(jì)人員經(jīng)常不會(huì)對地質(zhì)環(huán)境進(jìn)行詳細(xì)地勘察，大多數(shù)情況仍是根據(jù)自身的經(jīng)驗(yàn)和主觀意識作出判斷，很容易造成原本的實(shí)際方案與實(shí)際地理狀況脫節(jié)，導(dǎo)致樁基沉降問題的發(fā)生。而且大多數(shù)勘察工作人員在地質(zhì)勘探過程中參與勘察的工程項(xiàng)目多是有勘察不完整的現(xiàn)象存在，導(dǎo)致勘察的結(jié)果普遍有缺失狀況，相關(guān)設(shè)計(jì)人員在正式設(shè)計(jì)中對于缺失的狀況只能根據(jù)自身經(jīng)驗(yàn)完判斷完成設(shè)計(jì)。

2.2 設(shè)計(jì)方案不合理

橋梁樁基沉降現(xiàn)象是道橋工程中普遍存在的問題，一些設(shè)計(jì)人員在進(jìn)行橋梁設(shè)計(jì)時(shí)在易沉降路段使用搭板技術(shù)，但因?yàn)檐浲翆拥脑?，搭板技術(shù)很難滿足橋梁結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性的需求，如果承載較大載荷時(shí)容易破壞橋梁樁基的表面完整度，造成沉降發(fā)生率的加大。為了應(yīng)對橋梁墩柱部分應(yīng)力過于集中的問題，一些設(shè)計(jì)人員會(huì)利用承臺設(shè)計(jì)方法，但由于目前的橋梁設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)中沒有承臺設(shè)計(jì)的相關(guān)方案要求，設(shè)計(jì)人員通常僅根據(jù)自己的主觀意識和工作經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行設(shè)計(jì)，最終的設(shè)計(jì)方案在實(shí)際的施工過程中可能會(huì)出現(xiàn)問題。

2.3 選用的樁基類型

通過對多個(gè)工程樁基沉降現(xiàn)象的考察，發(fā)現(xiàn)工程中樁基沉降的具體形式與使用的樁基類型有著密切聯(lián)系，不同的樁基形式對應(yīng)著不同的樁基沉降程度。例如在負(fù)荷同樣大小的荷載時(shí)，打孔樁的基礎(chǔ)沉降具體表現(xiàn)為樁基之間土體發(fā)生壓縮變形，鉆孔樁的基礎(chǔ)沉降具體表現(xiàn)為地基之間土體發(fā)生壓縮變形。

對于不同的地質(zhì)狀況，設(shè)計(jì)人員應(yīng)當(dāng)根據(jù)工程實(shí)際情況選用對應(yīng)的樁基類型。在山地區(qū)域，底層部分普遍有起伏現(xiàn)象存在，設(shè)計(jì)人員在進(jìn)行方案設(shè)計(jì)時(shí)需要考慮墩臺縱橫向的地基土類型，同種狀況的墩臺適宜使用相同類型的樁基。但有一些設(shè)計(jì)人員比較注重工程的實(shí)際成本，在樁基的選型工作中會(huì)專門選用一些與工程標(biāo)準(zhǔn)十分接近的樁基，雖然使用的樁基能夠在某些特定方向提供一定的支持承載作用，但其仍然有著一些缺陷存在，當(dāng)受到外界因素影響時(shí)，這些樁基容易出現(xiàn)方向傾斜、位置偏移的情況出現(xiàn)，進(jìn)而形成公路橋梁樁基沉降的問題。

3 防止工程中樁基發(fā)生沉降的有效措施

在解決公路橋梁工程樁基沉降問題上，相關(guān)部門和技術(shù)人員不僅要改進(jìn)完善公路橋梁工程的施工方法，而且還要不斷改進(jìn)公路橋梁的設(shè)計(jì)方案，從多個(gè)方面應(yīng)對公路橋梁工程樁基的沉降問題。

3.1 仔細(xì)勘察工程地質(zhì)環(huán)境

工程地區(qū)的地質(zhì)環(huán)境狀況時(shí)公路橋梁設(shè)計(jì)過程中首先要考慮的情況，樁基的沉降程度與當(dāng)?shù)氐刭|(zhì)狀況密切相關(guān)。因此在工程設(shè)計(jì)開始初期，要保證在第一時(shí)間勘察施工地區(qū)的地質(zhì)環(huán)境狀況，收集相關(guān)的數(shù)據(jù)信息，為接下來的方案設(shè)計(jì)和施工階段提供有效的依據(jù)。在對周圍地質(zhì)環(huán)境勘察過程中，要將周圍地質(zhì)的地質(zhì)形態(tài)成因、地基土體軟硬程度以及地質(zhì)地層的厚度等內(nèi)容仔細(xì)監(jiān)測，通過對工程現(xiàn)場的實(shí)際環(huán)境調(diào)查形成報(bào)告，詳實(shí)地介紹地質(zhì)特點(diǎn)，特別是樁基情況和各地層的分布狀況，大致確定樁基的初步長度和類型。規(guī)范、科學(xué)地完成勘察工作，確保收集數(shù)據(jù)的精確程度，方便設(shè)計(jì)人員在對公路橋梁工程時(shí)作為有效參考。

3.2 滿足公路橋梁樁基的基本功能

樁基設(shè)計(jì)的基本功能就是要加強(qiáng)橋梁結(jié)構(gòu)的上部分穩(wěn)定性能。對樁基的設(shè)計(jì)包括多種內(nèi)容，包括選用橋梁的樁型、橋梁結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的方案;計(jì)算并確定樁基的樁長、樁距、樁徑;計(jì)算并確定樁基的基本應(yīng)力大小和承載能力;設(shè)計(jì)樁帽、樁基的結(jié)構(gòu)類型等。在對樁基的設(shè)計(jì)中要充分將環(huán)境因素影響樁基的情況和實(shí)際施工過程中可以出現(xiàn)的各種問題考慮在內(nèi)，提前做好應(yīng)對措施。

樁基設(shè)計(jì)完成后應(yīng)當(dāng)能夠滿足工程對其基本性能的需求。樁基在實(shí)際工程應(yīng)用中需要具備較好的對荷載傳遞的能力，能夠使地基部分承擔(dān)來自橋梁縱向和橫向的雙重負(fù)載，以便更好的分擔(dān)橋梁上邊部分的壓力。其次，良好的抗彎能力也是樁基需要具備的，只有具備良好抗彎性能和剛度的樁基才能抵抗住上下部分傳遞的多重荷載壓力，把環(huán)境因素的影響降到最小限度。

3.3 合理選用樁基的類型和布局

樁基的設(shè)計(jì)過程中，樁基的長度、類型是首先需要考慮的因素，根據(jù)工程現(xiàn)場的環(huán)境影響，科學(xué)合理地設(shè)計(jì)工程施工工期和施工工藝，并相應(yīng)的選用合適的樁基類型。

樁基在設(shè)置布局結(jié)構(gòu)是，如果工程施工選用的是單樁，則需要利用單樁沉降分析的計(jì)算方法進(jìn)行樁基的設(shè)計(jì)方案;如果工程施工中采用的是群樁方案，在考慮樁基沉降問題的同時(shí)還需要處理各種的影響因素?？茖W(xué)合理地進(jìn)行樁基布局設(shè)計(jì)可以在很大程度上減少樁基沉降現(xiàn)象的出現(xiàn)。但由于一些地質(zhì)環(huán)境的因素，樁基很難能夠按照規(guī)劃好的布局進(jìn)行施工，此時(shí)就需要人們根據(jù)工程現(xiàn)場的實(shí)際情況，通過附加其他結(jié)構(gòu)來避免樁基的沉降。

4 結(jié)束語

樁基結(jié)構(gòu)和施工狀況可能因?yàn)楣窐蛄航ㄔO(shè)地區(qū)的不同而產(chǎn)生差異，這就需要公路橋梁的設(shè)計(jì)和施工工作能夠有效區(qū)分實(shí)際情況，通過設(shè)計(jì)和施工的合理規(guī)劃有效緩解系統(tǒng)整體沉降問題的出現(xiàn)。

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