公路橋梁工程中樁基沉降問題的解決措施

新疆北新路橋集團有限責(zé)任公司國際事業(yè)部 新疆烏魯木齊 832000

1 樁基沉降發(fā)生的原因

軟土的壓縮性因液限的增加而升高，軟土基礎(chǔ)受到外界壓力作用后又會出現(xiàn)較高的超靜孔隙水壓力。二者容易造成軟土變形，而且變形具有流變特征，時間較長。因此，公路橋梁工程在建設(shè)過程中容易出現(xiàn)樁基沉降問題，樁基沉降從施工貫穿到橋梁運行的整個過程，呈現(xiàn)出連續(xù)性規(guī)律。為了防止橋梁樁基發(fā)生沉降，每個環(huán)節(jié)必須采取防控措施。經(jīng)分析，樁基沉降是多種因素造成的，設(shè)計階段容易忽視的影響因素有三種[1]。

1.1 施工區(qū)域地質(zhì)因素

地質(zhì)因素方面，土體與樁基下部結(jié)構(gòu)相互作用，土體的硬度對樁基有著直接影響。土體硬度越大，土體空間的壓縮變形就越小，發(fā)生樁基沉降的可能性就越小；反之，土體硬度越小，土體空間的壓縮變形就越大，發(fā)生樁基沉降的可能性就越大。

1.2 公路橋梁工程設(shè)計不嚴(yán)謹(jǐn)

橋梁樁基沉降的出現(xiàn)率比較大，在進行橋梁工程設(shè)計時，部分設(shè)計人員因循守舊，易沉降部分采用搭板設(shè)計，但受軟土層的影響，搭板設(shè)計又達不到提高橋梁結(jié)構(gòu)整體穩(wěn)固性的目的，其在承受較大荷載時容易產(chǎn)生裂縫，加重樁基負(fù)荷，增加沉降發(fā)生率。為了分散橋梁墩柱的承受力，有些設(shè)計人員會采用承臺設(shè)計，但是現(xiàn)行橋梁設(shè)計規(guī)范并沒有對承臺有具體要求。設(shè)計人員缺乏參照標(biāo)準(zhǔn)，依據(jù)自身的工作經(jīng)驗進行設(shè)計，容易使設(shè)計方案與工程實際產(chǎn)生出入。

1.3 樁基類型選擇

實踐表明，樁基類型的選擇與樁基沉降表現(xiàn)形式相關(guān)，樁基形式不同，樁基沉降程度不同。比如，鉆孔樁與打孔樁對樁基礎(chǔ)沉降情況的影響明顯不同。在同樣承受較大的荷載時，鉆孔樁基礎(chǔ)沉降表現(xiàn)形式為地基土體壓縮變形，打孔樁基礎(chǔ)沉降表現(xiàn)形式為樁間土體壓縮變形。

2 公路橋梁工程設(shè)計中防止樁基發(fā)生沉降的措施

當(dāng)前，人們不僅要優(yōu)化公路橋梁工程設(shè)計，還要改進公路橋梁工程施工方法，多方位預(yù)防和解決公路橋梁工程樁基沉降問題。

2.1 實地勘察地質(zhì)狀況

公路橋梁工程設(shè)計要首先考慮施工區(qū)域的地質(zhì)狀況，樁基沉降程度受地質(zhì)狀況影響。因此，要第一時間對施工區(qū)域地質(zhì)狀況進行勘察，掌握準(zhǔn)確數(shù)據(jù)，為設(shè)計和施工提供可靠數(shù)據(jù)。地質(zhì)勘察期間，要調(diào)查清楚地質(zhì)形態(tài)成因、地質(zhì)地層厚度、地基土體軟硬度等內(nèi)容，通過實地調(diào)查形成調(diào)查報告，詳細(xì)說明地質(zhì)特性，尤其是各地層分布情況、樁基情況，并根據(jù)實地考察，初步確定樁型和長度。勘察工作要做到科學(xué)、規(guī)范，保證數(shù)據(jù)的精確度，為公路橋梁工程設(shè)計提供可靠依據(jù)，為預(yù)防樁基沉降做好準(zhǔn)備[2]。

2.2 保證橋梁樁基的基本性能

樁基設(shè)計的目的是增強橋梁上部結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性，其主要涉及橋梁樁型、橋梁結(jié)構(gòu)方案的選擇；樁徑、樁長、樁距參數(shù)的計算與確定；單柱基結(jié)構(gòu)形式的選擇；樁基承載能力及基礎(chǔ)應(yīng)力的計算與確定；樁基、樁帽結(jié)構(gòu)形式的設(shè)計；樁基位置的平面設(shè)計等。樁基設(shè)計要考慮環(huán)境變化對樁基的影響及施工中可能發(fā)生的多種常見問題，并制定相應(yīng)的對策。

設(shè)計的樁基必須滿足基本的性能要求。首先，樁基要具有良好的荷載傳遞性能，使得地基承受來自橋梁橫向和縱向的負(fù)載，以分擔(dān)橋梁上部結(jié)構(gòu)的負(fù)荷。其次，樁基要具有良好的抗彎性能，樁基本身只有具有一定的剛度和抗彎能力，才能應(yīng)對來自上下部結(jié)構(gòu)的多種壓力加載，減少環(huán)境等因素的影響。

2.3 選擇正確的樁型及布局

在樁基設(shè)計中，首先要考慮樁基類型及長度，根據(jù)施工現(xiàn)場環(huán)境因素的優(yōu)勢與劣勢，對施工工藝、工期、樁基構(gòu)成進行科學(xué)設(shè)計，并選擇合理的樁基長度和類型。在樁基設(shè)計中，使用較多的樁基類型有預(yù)制柱、鉆孔灌注樁、人工挖孔樁、沉管灌注柱等，鉆孔灌注樁是公路橋梁工程中較為常用的樁基類型。具體采用哪種類型，要根據(jù)施工現(xiàn)場、施工環(huán)境及橋梁結(jié)構(gòu)構(gòu)造、上下部負(fù)荷能力進行合理選擇。

在樁基布局上，若選用單樁就能滿足工程需要，則要在樁基設(shè)計中合理使用單樁沉降分析計算法。單樁沉降分析計算法常用的有四種：荷載傳遞分析法、剪切變形傳遞法、彈性理論法、單項壓縮分層總和法。荷載傳遞分析法是根據(jù)規(guī)定的荷載變形傳遞方式來計算樁對荷載的反應(yīng)。剪切變形法的原理是假設(shè)樁間和樁側(cè)土體都沒變化，不考慮其他阻力因素影響，如果單樁發(fā)生沉降，土體會隨沉降發(fā)生位置下移，出現(xiàn)剪切現(xiàn)象，受剪切應(yīng)力傳遞作用影響，相應(yīng)剪切力變小。因此，單樁基設(shè)計可以利用剪切力計算樁徑，剪切變形法設(shè)計的單樁樁徑數(shù)值能夠有效預(yù)防樁基沉降。彈性理論法則根據(jù)單樁受到的豎向作用力與樁土之間發(fā)生作用產(chǎn)生的位移關(guān)系，計算出樁體與土的共同作用。單向壓縮分層總和法是依據(jù)各土層的參數(shù)計算出各層土的沉降量，然后計算各土層沉降量總和，得出沉降量[3]。

若工程樁基需要群樁基礎(chǔ)，則在應(yīng)對樁基沉降時還需要考慮眾多影響因素。群樁基礎(chǔ)承載力不是簡單的單樁承載力相加，群樁沉降設(shè)計計算主要運用的方法有實體深基礎(chǔ)法、分層總和法。實體深基礎(chǔ)法的計算原理是利用擴展計算方法，計算群樁承載力，根據(jù)群樁承載力計算群樁沉降值，為保證計算的精確性，還需要考慮土體存在的壓縮變形情況及每個單樁樁基剪切應(yīng)力的影響。分層總和法指的是先分層計算各土層沉降量，然后根據(jù)單值計算沉降量總和。各層沉降量的計算參照的是各土層的壓縮性系數(shù)。但是，在計算中要充分考慮影響地基沉降的因素，分層總和法計算出的是地基的最終沉降量，根據(jù)分層總和法計算的準(zhǔn)確數(shù)值對群樁進行設(shè)計，預(yù)防樁基發(fā)生沉降現(xiàn)象。

2.4 優(yōu)化樁基布局

一個科學(xué)、合理的樁基布局能夠有效緩解樁基沉降，樁基能否均勻布局取決于對樁柱荷載范圍、橋梁總體長度、樁基數(shù)量的準(zhǔn)確計算。三個環(huán)節(jié)緊緊相連，每個環(huán)節(jié)的精確度都直接影響下一個環(huán)節(jié)的計算，只有三個環(huán)節(jié)都準(zhǔn)確無誤，才能確保樁基布局準(zhǔn)確，進而有效確保樁基沉降問題得以解決。但是，受地質(zhì)環(huán)境的影響，在樁基難以保證均勻布置的情況下，人們需要根據(jù)施工現(xiàn)場實際情況，通過其他附加結(jié)構(gòu)彌補不足，減少樁基沉降。