公路桥梁工程设计中的桩基沉降问题

2018-11-26张玉龙

四川水泥 2018年11期

张玉龙

（北京建达道桥咨询有限公司，北京 100029）

0 引言

钻孔灌注桩具有后期支撑作用稳定性高、承载能力强的特点，所以对于上部结构荷载较大的公路桥梁而言，钻孔灌注桩是大部分公路工程的首选。要保证工程的造价、质量、工期及工程的使用寿命，就必须充分考虑公路桥梁桩基沉降的设计是否符合工程情况。笔者结合自身工作经验，就公路桥梁工程设计中的桩基沉降问题进行探讨。

1 工程概况

项目地处珠江三角洲南部，沿线除五桂山段为丘陵地带外(地面高程 12～300m)，其余路段地势平坦开阔，水网密布，地面高程 0.4～3.4m,属冲积而成的三角洲地貌。沿线经过中山市东区、五桂山镇、三乡镇、坦洲镇，既是市区沟通各镇区的联络线，也是联系主要干线路网的重要通道。项目中有多处公路桥梁涉及到改扩建或新建的问题，因此桩基础设计也是整个设计中的重点之一。

2 公路桥梁工程项目施工过程中桩基沉降产生的原因

2.1 端承型群桩沉降

公路桥梁工程中的桩群结构类型有很多，其中出现频率最高的是端承型桩群。组成部分主要是端承桩，因此，刚硬性极强的持力层成为这种桩群结构最显著的特点。端承型桩群正式投入使用后，能够长时间承受巨大的重量，能够利用不同的承台将重量分散输送到各个群桩地下层。这种承力模式不仅能让桩体对自身承载的重量进行有效控制，还能在一定程度上提升桩体的承载强度。桩底部位四周土层的坚固度与群桩沉降现象有直接的联系，而上述方法可以有效增加土层坚固度，极大地降低端桩刺入土层或者桩体发生沉降的几率。

2.2 摩擦型群桩原因阐述

摩擦桩群和端承桩群均有可能会产生沉降，而且沉降产生的原因存在一定的差异性，想要详细的分析出沉降产生的原因难度较大。工作人员对端承型群桩进行全面分析的过程中，发现单桩和承台二者之间、单桩和单桩之间会存在一定的综合作用力，这些综合作用力会比较小，而且伴随一些相互作用力，所以可以忽略不计。对摩擦桩群进行分析时，必须要多关注单桩和单桩相互之间的影响，因为荷载重量主要传递方式是通过摩擦的形式进行传递，所以这种摩擦下单桩相互之间的影响比较重要。不同的单桩相互之间以及不同的桩端土层相互之间都有可能会出现重叠应力的问题，导致桩基相互之间摩擦能力与桩基相互之间的承载能力相互影响。工作人员在对群桩承载能力强度进行研究时，不能只将目光集中在单桩承载力相互叠加方面，也要多关注一些桩体间的干扰与影响。

3 公路桥梁工程设计中的桩基沉降技术。

3.1 对弹性理论法的分析

基于弹性理论角度分析土与桩、桩与桩、土与土之间的作用方式，是研究单桩基础在纵向上的承载力前提下，分别分析承载力和基础土层之间的作用力和相对位移的关系。以弹性理论为中心，可在分析过程中拓展出系列的单桩沉降计算法，但所有计算方式的有效应用都是建立在桩基础位移和周围土层位移保持同步和协调的条件下的。从轴向承载下的桩基础桩身的压缩情况就能得出桩基础发生位移的结果，具体则可以通过某个定点产生的 Minidlin 位移得知桩四周土体的位移。

3.2 单桩沉降设计方式

通过剪切变形法对其进行设计，剪切变形法使用的基本前提，就是要先确定桩体之间不会发生任何的变形或者出现任何原因的相对位移。桩体自身土体如果土体上层与土体下层二者之间没有出现相对明显的作用，则可以忽略掉桩端阻力对桩体产生的影响。如果经过观察发现单桩出现沉降，而且沉降度已经达到某个临界点 S，则土体也必然会随之产生沉降，并伴随剪切的状况。如果将其移动到指定位置，剪切应力也会随之发生传递，剪接应力在传递时，会沿着径向的路径来向着外侧进行传递。如果这一剪接应力传递到某个点上，则该点区域剪切数值会明显变小，工作人员在对其进行计算时，可以忽略掉该点的剪切值。

除了上述条件外，还要先假定该区域内发生的所有剪切情况都可以满足弹性性质需求，因为剪切应力预期之间呈现的是正比例的关系，并且在和桩轴距离不远的位置还有土体单位，可以判定土体单位竖向位移情况为 s，且水平位移不会发生较大的变化，所以整个计算过程中，这些方面的参数可以忽略掉不予计算。在该情况下，土体单元剪切应力与土体单元的剪切应变可以变化成更加满足当前项目施工要求的形式，并利用 Gs 来表示土体健全状态下的全模量。如果α代表了土体实际上的单元长度，则桩体的半径可以通过 r0 来表示，桩体侧边的阻力可以通过 qn 来表示，按照平衡条件，对 S 进行计算，求得

该等式当中，rm 代表了单桩实际测量半径。

3.3 群桩沉降设计法

对实体深基础法进行讨论，该基础法也被称之为等代墩基法。工作人员在对公路桥梁进行设计的过程中以及在对群桩沉降进行计算的过程中，最常用的方法就是深基基础法，而且深基基础法也是高承台桩群与土层施工的基础，但是整个处理过程必须要保证墩基始终都要处在规定的范围内，且实体墩基和桩基土层二者之间可能会出现压缩的情况，所以工作人员需要通过扩展计算的方式来计算出群桩的具体沉降数值。在工作开展的过程中，还可以将实体基础底面当成主要的研究对象，结合地基土执行与附加应力性质等方面的要素，通过不同的计算公式来对目标进行计算。想要从根本上减少差异，保证工作的正常开展，相关工作人员就必须要按照工作实际开展情况，提出不同的预防措施。

3.4 本工程桩基础的设计与施工衔接

本项目地处珠江三角洲南部，属于软土地质，因此在设计中要充分考虑这一情况。软土含水率高、空隙比大，地基在受荷后，容易形成较高的超静孔隙水压。在软土上修建的桥梁设施，更容易产生较大的沉降现象。而这种沉降一旦没有得到有效的控制，尤其在改扩建的桥梁上，容易出现严重的质量问题。我们需要从设计开始就充分的考虑这一情况，并在施工中严格按照设计图纸和施工要求进行作业，防止由于地基变形带来的不利影响。

本工程在设计时已经做了较为细致的地质勘察工作，对桩底沉淀层厚度要求是当桩底为全风化岩或强风化岩时为10cm；当桩底为中风化或微风化岩时为5cm。桩基在成孔和清孔后应进行质量检查，其技术指标(孔的中心位置、孔径、倾斜度、孔深、孔内沉淀土厚度、清孔后泥浆指标等)应符合设计要求及《公路桥涵施工技术规范》的质量标准。钻孔应按设计要求进行，并做好地质层面记录，如发现地质情况与钻探资料不符时，应报设计单位处理。