公路桥梁工程设计中桩基沉降问题研究

2019-03-23何玉柱安徽省交通规划设计研究总院股份有限公司安徽合肥230000

安徽建筑 2019年2期

何玉柱（安徽省交通规划设计研究总院股份有限公司，安徽合肥 230000）

0 前言

根据相关规程了解到，公路桥梁工程虽然一定会出现沉降问题，但是要避免过快沉降、不规则沉降、倾斜沉降的现象，否则就可以判定工程质量存在缺陷，因此应当在设计当中对此进行管控。众所周知，公路桥梁工程沉降现象的产生原因在于桥梁结构本身结构荷载与地基承载力之间的关系，因此在设计控制措施当中，应当从此两者之间的关系着手，探讨有效的控制措施并加以实用。

1 公路桥梁各类桩基沉降形成原理

介于工程本身压力与地质环境承载力之间关系的不同表现形式，会产生过快沉降、不规则沉降、倾斜沉降等现象，对此下文将分析其中原理。

1.1 过快沉降原理

过快沉降是指公路桥梁工程桩基在短时间内出现了大幅度的沉降现象，代表工程项目的使用寿命较短。造成这种现象的原理很简单，即公路桥梁工程的桩顶力超过地基承载力太多，所以在短时间内才会出现大幅度沉降，沉降的具体速度由桩顶力与地基承载力之间的差值决定，差值越大沉降速度就远大。当出现过快沉降现象时，公路桥梁工程的设计标高会迅速下降，而在下降过程当中介于多种力学因素，容易出现不稳定，使得桥梁主体结构坍塌。

1.2 不规则沉降原理

不规则沉降是指公路桥梁工程所有桩基的沉降速度、程度、角度等方面不相同，存在超出合理范围的差值现象，当出现这种现象时，就说明公路桥梁工程桩基的高度、角度不统一，那么介于此类工程的体长特点，很容易导致局部崩裂、断裂等现象，是一种危害极大的影响。造成不规则沉降的原因很多，例如上述（1.1过快沉降）就是一种可能在沉降中因为其他因素干扰就出现不规则沉降的原因，但不规则沉降也会直接出现，即在公路桥梁工程所有桩基的条件下，如果两个桩基的重力与地质土体之间的应力差值超出了合理范围，那么就会出现不规则沉降现象。

1.3 倾斜沉降原理

倾斜沉降是指公路桥梁工程桩基在沉降过程当中出现了倾斜现象，在此现象之下，桩基的稳定性会受到极大的破坏，很容易造成公路桥梁工程坍塌问题。倾斜沉降的形成原理与不规则沉降类似，但其属于单体桩基的局部“不规则沉降”，在单体桩基条件下，如果桩基一侧土体承载力较弱，另一侧较强，此时介于应力之间的关系，桩基就会倒向承载力较弱的一侧，形成倾斜沉降现象。另外，倾斜沉降现象还会因为一些外力干扰出现，通常这些外力为横向外力，当横向外力对桩基造成重大冲击时，就会引发倾斜沉降。下图为倾斜沉降示例。

桥梁桩基不均匀沉降

2 公路桥梁工程设计中桩基沉降问题

2.1 地质环境勘察工作不足

理论上为了保障公路桥梁工程的桩基稳定，在正式设计之前有必要对实地环境进行勘察，以此了解桥位处地基的物理力学性能情况，之后围绕实地情况来进行桩基设计。但是在许多实例设计当中可见，不少设计人员在进行设计之前，并没有很好的进行地质环境勘察工作，更多的依靠自身的主观思维来进行设计，此时就导致设计结果与实地环境脱节，容易造成上述中的不良沉降现象。具体来说，不少设计人员在进行地质环境勘察工作时，其勘察的项目普遍存在不完整现象，使得最终勘察的结果也存在缺陷，使得在正式设计工作当中，针对这些缺陷只能依靠主观思维进行设计[1]。

2.2 桩基选型问题

针对不同的地质环境，理应选择相应类型的桩基，这需要设计人员根据实地情况来进行分析，山区底层起伏，需同时考虑墩台纵横向地基土类型，同一墩台宜采用同种类型桩基。然而部分设计人员在桩基选型工作当中，其更加重视工程成本，所以会刻意选择一些与标准相近的桩基类型，此类桩基虽然在某种角度上也可以实现一定的承载力，但是终究还是存在缺陷，尤其在受到一些外力干扰之后，此类桩基很可能会出现位移、倾斜的现象，那么就会形成不良沉降问题[2]。

2.3 桩基布局问题

桩基的布局是公路桥梁工程当中造成不良沉降的主要原因之一，桩基的布局代表了工程的应力结构布局，那么当桩基布局不佳，应力结构势必也会出现相同问题，此时就引发了不良沉降现象。具体来说，假设某个工程当中，其设计的桩基间距较小，那么工程整体的应力结构就相对集中，此时工程两端的应力就略显空虚，所以在这种桩基布局之下，工程两端的桩基就可能会出现不良沉降，同时也加大了两端坍塌的可能性，因此针对该现象，应当重点防控[3]。

2.4 墩台身问题

在一般的公路桥梁工程架构上，其大致可以分为上部结构、墩身或台身、桩基3个部分，其中墩台身是承接其他两项的重要结构，如果墩台身出现问题，势必导致一系列不良现象，其中就包括了不良沉降。具体来说，墩台身作为公路桥梁工程的中间部位，如果其出现了倾斜就会导致桩基倾斜或者位移，同样引发不良沉降，而在小部分工程设计当中，就存在这样的问题，其承重柱的倾角过大，使得公路主体应力呈倾斜状态传递到桩基上。

3 公路桥梁工程设计中桩基沉降问题改善方法

3.1 做好地质勘察工作

针对地质勘察工作，首先设计单位应当要求所有参与工程设计的工作人员参与到勘察工作当中，并且在工作之前做好相应的工作计划，同时列出需要勘察的项目，再对勘察项目进行严格审核，确保勘察项目的完整性，之后在正式勘察工作当中，需要严格围绕计划来开展工作。其次需要对所有项目的勘察结果进行审核，确保其准确无误，此时才可以以勘察工作结果为基准，进行相关的设计工作，以免出现不良沉降问题。

3.2 桩基选型改善方法

公路桥梁工程时常会遇到临水环境，此类环境的土体松软，极易出现不良沉降现象，那么针对此环境，设计人员需要做好基础设计工作。桥位处软土层较厚时，桩柱式单排装，需设承台，减少桩基不均匀沉降产生的不利影响。但在实际应用当中，还需要根据实地情况来进行选择。此外，位于水中的桩基础，要考虑水流冲刷带来的不利因素，桩基长度设计时，要扣除冲刷深度。

3.3 桩基布局改善

在进行桩基布局设计过程当中，设计人员首先需要通过计算来得到每个桩基的受力范围，其次在根据公路桥梁工程的总长，计算桩基布局中的桩基数量，最终依照计算结果，将桩基依照受力范围来均匀分布，可以有效改善桩基布局造成的沉降问题。此外，在一些特殊条件之下，可能无法均匀分布桩基，那么就需要通过一些附加结构来进行补强，对此也需要通过相应的计算来得出强度差值，再依照差值进行相关设计。

3.4 墩台身的优化

在一般的设计要求之下，设计人员必须保障墩台身的受力均匀，对于异型墩台，要尽可能保证墩台正投影形状对称，通过承台传递均匀的竖向力给桩基，且较少桩顶附加弯矩。此外，为了消除不良沉降问题，在设计当中有必要对墩台身结构的质量进行保障，使其能够有足够的横向承载力，并满足混凝土最小裂缝要求。在通航河流要做好桥墩桥台的防撞措施。