公路桥梁中桩基沉降问题分析

2020-03-05肖小铃

工程建设与设计 2020年23期

1 引言

在公路桥梁工程建设期间需要进行大量计算，确定纵向荷载作用力下桩基础的应用情况。而随着公路桥梁上部结构荷载的不断变化，以及其他各类因素的共同作用，桩基沉降问题会逐步显现，若不能进行有效控制，必然会给公路桥梁工程整体造成较为严重的影响。因此，必须针对公路桥梁中的桩基沉降问题进行分析，以便采取有效措施予以处理、规避。

2 公路桥梁桩基沉降分析

2.1 公路桥梁桩基的主要类型

公路桥梁工程中桩基主要是用来承载上部建筑、交通等载荷。根据载荷在桩基上传播方式可将桩基分为摩擦桩和端承桩。摩擦桩多用于土层较厚的区域，但桩基长度无法达到土层下的岩层，其应用过程中充分利用土层与桩体间的摩擦力保证上部的稳定性和承载力，一般情况下不需要底部岩层提供支撑力。端承桩需要深入施工区域的土层深处，然后设置在岩层部位，依靠下方岩层支撑承载上部载荷，端承桩桩体一般不会发生相对位移，也不会产生摩擦力。当前，公路桥梁工程建设期间，这2种桩基形式会结合使用，即常见的端承摩擦桩、摩擦端承桩等复合型的桩基，在此过程中桩基承载力由2种方式共同提供，差异在于主要发挥作用的桩基类型【1】。

2.2 公路桥梁桩基沉降分析的主要方法

2.2.1 单桩桩基的沉降分析

公路桥梁单桩桩基沉降分析的主要方法包括：载荷传递分析法、剪切形变传递模型法、弹性理论法。

在应用载荷传递分析法时，将桩基分散为相同长度的桩基单元，使用非线性弹簧模拟桩基段与土层之间的联系，在桩基端处土体使用非线性弹簧进行模拟。公路桥梁工程建设期间需要使用多种仪器、仪表，要注意实际测量过程中的普及性。

剪切形变传递模型法的应用能够简化桩基沉降计算，在该模型当中假定认为载荷承载力较小时，在桩基轴向负荷载力会出现桩基沉降问题，在具体的沉降过程中又会对周边土层产生剪切作用，但土层未发生移动，剪应力会沿桩基侧面表层扩散。

弹性理论法利用弹性理论对桩土系统进行研究，确定单桩基础在纵向满足承载作用，并获得桩基土层间作用及位移间的关系，进而得到土层对桩基之间、桩基对土层之间的各类作用方式，弹性理论法能够扩展出一系列沉降计算方法。

2.2.2 群桩桩基的沉降分析

公路桥梁群桩桩基沉降分析的主要方法包括：弹性理论法、实体深基础法、等效作用分层总和法。

弹性理论法主要是对桥梁群桩的沉降情况进行分析，主要根据位移法、应力法进行操作，另外，还可以根据简化的弹性理论法计算出位移情况，将子桩侧面摩擦力视为线性变换，通过对单桩进行分析、叠加获取群桩分析结果。

实体深基础法将高承台下的群桩、土层等效为一个墩基实体深基础，在该墩基范围内，群桩工作过程中土层不会出现压缩问题，然后利用扩展计算方式明确群桩沉降的实际情况，为消除计算过程中存在的差异，可以假定实体基础底面位置，关注群桩土层可压缩的概率，注意群桩基础周围剪应力变化。

等效作用分层总和法可以对均匀土质的土层中群桩沉降、均匀负荷承载下的矩形基础间的比值进行计算，获取计算结果后对等代墩基的附加应力进行修正，然后结合分层总和法掌握群桩的具体沉降情况【2】。

2.3 公路桥梁桩基沉降的计算

公路桥梁桩基沉降问题不可避免地会出现，要想彻底解决需要面对较为复杂、烦琐的处理内容。根据土力学理论知识可知，桩基沉降包括应土体流变、固结变形，桩基沉降的第二特征就是刺入变形。采用各类测量设备无法对桩基周围土体应力变化进行实际、细致的观测，就无法获取土体准确的应力变化关系，更多地需要通过客观现象进行观察，然后建立相应的应力模型，以便获取桩基周围土层真实、有效的应力关系。

对土体中的桩基进行长期观测会发现一定规律，桩基沉降是一个漫长的过程，多数在公路桥梁工程竣工后会持续较长时间。因此，公路桥梁桩基的沉降也与时间因素存在关联。桩基发生不同程度沉降的部分原因是刺入变形，具体检测过程中要合理控制试验时间长度，避免土层徐变、固结现象的发展。桩基沉降发展期间，桩端及两侧土层会出现“非线性”特征，土体塑性会在桩基承载力极限后体现。根据对桩侧摩阻力的研究可知，相对位移较小时，其与摩阻力的大小成正比，相对位移接近极限值摩阻力最大，会出现滑动位移。对于细长桩基来讲，桩基顶部承载载荷不高，因土层出现弹性压缩，桩基周围土层位移超出极限值，就会出现滑移，连续加载期间，产生滑移的区域扩大，桩基与桩基间土体变形的固结和徐变使得相对滑移区域产生周期性变化，进而引发公路桥梁桩基刺入变形。

3 公路桥梁桩基施工中对沉降问题的控制措施

对于桩基施工来讲，要合理控制公路桥梁桩基成孔质量，从选择钻机、钻头等多个方面入手，以测量放样、护筒埋设等措施来提升现场桥梁桩基施工质量。针对过黏土层、红黏土等地质区域的桩基施工，可以选择回旋钻机；针对岩层地质区域的桩基施工，可以选择冲击钻机等。在针对地质情况进行选择后，为确保公路工程施工技术参数满足要求，要以三角闭合导线控制网对水准基点进行复核控制，采用坐标法测定台墩中线、桩位。针对公路桥梁桩基测量放线的基本要求，强化测量放线技术复核、观测结果，确保装机位置能够满足设计要求。

在实际施工过程中，要加强对各类工艺、技术的控制，根据相关技术要求对现场施工技术参数进行控制、纠偏，保证实际施工质量。

对于程控施工技术要结合钻机技术特征确定相应的操作要点，从开钻、持续钻进、停钻后的中心开钻、地质条件变化后的处理等内容进行关注，结合成孔技术控制、管理。并做好相应的清孔工作，在距设计标高10cm位置开始清孔，确保孔底干净。清孔完成后就可以安装钢筋笼，在安装前要根据设计要求对钢筋笼主筋直径、孔径以及箍筋材质等进行检测，需要进行焊接检查，严格依照规程进行检查，确保钢筋笼吊装过程正常开展，关注吊装的垂直度、位置控制以保障质量。然后，根据桩基工程地质实际情况选择适宜的混凝土进行灌注，保障桩基灌注及振捣质量，实现公路桥梁桩基工程技术控制目标。灌注施工中要对成孔质量进行检查，掌握地下水对成桩质量的影响，确保现场灌注施工的连续性，并做好混凝土在异常温度环境下的防护【3】。加强对设备操作人员的技术培训与管理，提高设备操作人员技术水平，保障施工中技术控制要点得到有效的执行与控制，实现公路桥梁桩基工程沉降问题的控制。