公路桥梁工程中桩基沉降问题与对策研究

2020-02-16王欣

四川水泥 2020年12期

王欣

（山西交通职业技术学院，山西太原 030031）

0 引言

公路桥梁工程的上部荷载比较大，桩基在纵向荷载、地基以及承台的相互作用下不会产生明显的沉降变化。但如果桩基基础动态变化较大，或有其他因素造成的影响，桩基沉降问题可能因此出现。做好桩基设计工作，对桩基沉降问题予以解决，使其更好的用于公路工程设计施工，尽可能的延长公路桥梁的使用寿命。

1 公路桥梁工程的桩基设计工作

公路桥梁工程的桩基设计工作主要包含桩基选型与方案确定、确定桩径、桩长与桩距参数、确定单桩基结构形式和承载能力、选定桩顶传递荷载结构、明确桩身涉及刑事与承台构造等。桩基设计是公路桥梁工程建设的基础，只有保证桩基设计的科学性与合理性，才能使公路桥梁结构更加稳固。桩基能够将水平与竖向的承载向地基传递，减轻上部负荷，使桩基拥有一定的抗弯能力，提高桩基结构刚度。由于公路桥梁工程的类型不同，桩基在选择时也会有差异，其中预制桩和灌注桩比较常见，公路桥梁工程桩基设计中经常使用钻孔灌注桩。桩基刚度大，可以减轻上部沉降，使桩基变形被均匀分摊，桩基与周围介质产生摩擦，将上部荷载传给周围土地，减轻桩体压力，保持桩基结构的稳定性。

2 桥梁桩基设计原则

2.1 桩基荷载的作用

在桥梁桩基设计中，桥梁需要承受较大的荷载力，其所要承受的荷载包括永久荷载和可变荷载两种形式，而由于桥梁工程施工影响因素较多，所以还可能会出现偶然荷载。由于桥梁桩基承受的荷载很多，所以在设计过程中必须要对桥梁的实际情况有充分的考虑，进而对荷载给予合理的组合处理。一般桥梁桩基的荷载组合包括两种形式：①承载力本身已经到了极限，这样就使得桩基处在承受力的边缘，在这种情况下，基桩结构自身的安全性和稳定性都不是很强，所以无法在承受其他的荷载力[2]。②在正常达到极限状态的情况，桩基已经处在正常使用时所承受的变形能力，因此就需要对变形的具体情况进行合理有效的控制。

2.2 侧向承载力

桥梁桩基的侧向承载力容易受到了诸多因素的影响，对此，就需要在设计过程中保证结构自身的重力以及其他方面的应力在结构所能承受的极限之内。另外，在桥梁桩基设计过程中，还需要考虑底盘所产生的侧向承载力的大小。

2.3 负摩擦力

在桥梁桩基设计过程中，设计人员需要对负摩擦力问题进行深入的分析和研究。如果桥梁桩基地层发生沉陷问题，而主要原因是因为地下水开采过度或者地表开挖等，那么桩基底层就会出现一定的向下滑动，而这种作用力在桩基运行过程中就会形成负摩擦力，进而影响到桩基的稳定性和可靠性[3]。对此，就需要在设计过程中加强对这一作用力的详细计算，计算时需要考虑多个公式的要求。

3 公路桥梁工程中的桩基沉降问题

3.1 地质方面的原因

在公路桥梁工程中的桩基沉降问题一直都没有得到有效的解决，能够让桩基出现沉降现象的因素是非常多的，正是这些因素让桩基沉降问题的解决变得困难。最为主要的便是地质方面的原因，这一方面的原因对公路桥梁工程中的桩基沉降问题产生了很大的影响。在很多的情况下，都会将公路桥梁工程中的桩基埋放在地下，但是土地的硬度和形成压缩形成变形的情况是成反比的关系，如果土地的硬度很大，那么压缩变形出现的概率便会越小，如果土地是非常松散的土地，那么压缩变形出现的概率会非常高。所以在松散的土地中进行桩基的埋放会让桩基出现沉降的相关情况，因此在公路桥梁工程的桩基沉降问题上，地质方面是非常主要的原因。

3.2 设计方面的原因

除了地质方面的原因，设计方面的原因也会让公路桥梁工程中出现桩基沉降的问题。如果在对公路桥梁进行搭板设计时出现了偏差，那么整体的稳定性结构将会被破坏，这也会导致桩基沉降的问题出现，不光是搭板设计，其他设计的设计偏差也会对桩基方面造成一定的影响。例如承台设计，在具体的承台设计中，承台应该对墩柱传过来的负荷进行分布与承受，从功能性上便可以看出承台设计方面的重要性，如果对墩柱的负荷承受不均匀会让桩基直接出现沉降的情况。因此，如果想要减少桩基沉降问题的发生，应该提起对承台设计方面的重视程度。最后便是桩基形式上的设计，桩基形式上的设计与桩基沉降有着非常明显的关联，甚至不同的桩基会产生出不同的沉降方式，例如打孔桩和钻孔桩两种桩基形式，如果两者都出现桩基沉降问题，沉降的情况会有着明显的区别。以上便是公路桥梁工程中桩基沉降问题的设计方面原因。

4 公路桥梁工程中桩基沉降的应对策略

4.1 做好地质环境勘察工作

公路桥梁的桩基建设属于一项较为复杂的隐蔽工程，桩基结构施工质量容易受到多方面因素影响，这不仅关系到整个公路桥梁工程的顺利开展，也

關会影响未来公路桥梁的运行使用。因此，在施工前进行相关准备工作至重要，做好公路桥梁工程施工前的地质勘察工作。安排设计人员和勘察人员一同参与到地质勘察中，提前编制工作计划，标出勘察项目，对各项目严格审核，保证地质勘察项目的完整性。在正式勘察过程中，应围绕计划计算勘查结果，确保结果的准确无误，以此为基准开始公路桥梁工程设计工作，防止在后期施工中发生桩基沉降问题。

4.2 改进桩基选型和布局，优化墩台身

有时公路桥梁工程施工会遇到临水的施工环境，这种环境的土体松软，容易产生沉降现象。建议设计人员做好基础设计工作，当桥位于软土层时，桩柱式单排装，设置承台，缓解桩基压力。如果桩基础在水中，应考虑水流冲刷给桩基带来的影响，设计桩基长度时去除水流冲刷的深度。对桩基进行合理布局时，应计算桩基的受力范围，按照公路桥梁工程施工总长度，计算布局内的桩基数量，根据计算结果使桩基在受力范围内分布均匀，改善因桩基布局问题而产生的沉降现象。在某种特殊条件下，桩基可能无法均匀分布，这时应利用附加结构对桩基补强处理，计算出强度差值，按照差值优化公路桥梁工程的桩基设计。此外，还应对公路桥梁的墩身与台身进行优化，按照设计要求，设计人员应确保墩台身受力均匀。如果墩台为异形结构，应保证墩台的正投影形状对称，通过承台向桩基传递均匀的竖向力。施工设计时应保障墩台身的结构质量，使结构拥有足够的横向承载力，可以满足混凝土最小裂缝需求，并对墩台采取一定的防撞击措施，维护墩台结构的稳固性。

4.3 单桩沉降式的设计

为了防止桩基沉降情况的发生，可以在公路桥梁工程中使用单桩沉降式设计，在单桩沉降式设计中应该对桩体进行剪切变形的处理。如果桩体之间的地质土壤不会出现为位移的情况，那么在桩基出现沉降情况时，土体会随着桩基一起进行沉降，并且进行一定的剪切，剪切所产生的力会直接向外传送。这时候土体应该出现的位移情况便不会出现，所以单桩沉降式的设计可以让桩基沉降问题得到一定程度上的解决，但是单桩沉降式的设计其中包含的因素实在太多，其中包括了参数的变化;地基的分层和桩基的阻力等等，只有将所有的因素都考虑到其中才能够有效地对桩基沉降问题进行解决，发挥出此设计方法的最大化效果。因此，在面对公路桥梁工程中的桩基沉降问题时，单桩沉降式的设计是非常重要的策略之一。

4.4 群桩沉降式的设计

在用单桩沉降式设计对桩基沉降问题进行解决时已经很复杂，但是与群桩沉降式的设计相比较起来，单桩沉降式设计便简单了起来。群桩沉降设计也是对桩基沉降问题有着难以想象的效果，在进行相关的设计计算时，实体深基础法是群桩沉降式设计中较为常用的方法。在群桩沉降式设计的计算的过程中会发现相关的计算非常复杂。经过大量的计算后会得出群桩的承受力数额，通过这个数额又可以对桩基沉降的沉降值进行计算。在整个的计算过程中，应该将差异化的存在都进行抹除，只有这样才能够对计算结果的准确性进行一定程度上的保障。另一方面，群桩沉降式设计中还可以利用分层总和法来对沉降量进行准确的计算，这对桩基沉降问题的解决有着非常大的帮助[1]。因此，在公路桥梁工程中对桩基沉降的问题进行相应的处理，群桩沉降式的设计是非常有效的策略之一。

4.3 工程优化的相关措施

除了上文中关于设计的两种策略，还应该对工程进行相关的优化，以此来对桩基沉降的问题进行具体的解决。首先，应该对地质的勘察进行强化，因为地质方面的因素是桩基沉降问题出现的主要原因，应该通过对地质的勘察来对公路桥梁工程周围的土壤地质环境进行详细的了解。在现实的实际情况中对地质进行具体的勘察时，应该对地质的成因;地质的稳定性;地质坡度变化和相关的厚度进行记录，通过这些方面的地质情况对其进行分析，找出地质不好的位置，在此位置进行工程的施工时便可以应用单桩沉降式的设计或者群桩沉降式设计，具体的选择应该根据资金情况;施工情况和地质抢矿进行选择。

其次，应该让墩台的质量得到強有力的保证，只有这样才能够防治桩基沉降的情况发生，根据国家相关部门所规定的标准，公路桥梁工程中的墩台一定能够进行均匀的受力，这对于桩基沉降问题的预防是有着重要意义的，如果异形的墩台被应用到了相关的工程中，墩台的正投影相关形状需要对称，利用承台来避免桩基沉降的发生，最为重要的便是墩台的质量一定要好，只有这样才能够让墩台有着难以想象的成像承载力。以此，在公路桥梁工程中想要对桩基沉降的问题进行处理，应该对工程进行良好的优化。

4.5 科学进行群桩沉降设计

以实体深基基础法作为基础，对公路桥面展开群桩沉降计算。该计算方法是高承台桩群和土层施工的重要前提，计算时应保证墩基处于规定范围，实体墩基和桩基土层之间可能有压缩情况，建议施工人员采用扩展计算的方法得出群桩沉降数值。以实体基础底面作为研究对象，综合地基土执行和附加应力等因素，采用有效的计算方式进行群桩沉降设计，并提出相应的桩基沉降预防措施。对路基位移情况进行观测，提升路堤填筑的稳定性。使用观测工具，当路面部分完成施工后，观测得知该路面桩基沉降值为289mm，应用有限元分析法计算路面桩基沉降值是265.2mm，二者之间存在23.8mm 的差值，误差率为8.23%。

计算公路桥梁的桩基承台，对变阶处贯通承台的斜截面、受剪承载力、桩边连线进行验算。如果持力层为厚度较大的岩体，或桩端处理层硬度较高，与桩柱轴线不重合，建议将桩基作为铰支座，按照连续梁的情况计算。计算桩基承台时，应了解承台的正截面受弯承载力和配筋情况，通过相关要求加以控制。综合考虑各种条件下的桩基位移情况，在面对高路堤软基工程环境时，可采用挖除换填法施工，如果计算结果有误差，可从填筑速率角度入手，控制桩基变形或倾斜等不良问题的出现，将填土速率控制在一定范围内，保证前期结构的稳定状态，随后再开展后续填筑施工。