公路桥梁工程设计中桩基沉降问题分析

马健 蒋煜

摘 要：公路桥梁工程的设计工作十分复杂繁琐，需综合考虑桩基承载力和负摩阻力情况，根据其受力机理对桩基沉降问题进行分析，从而编制出科学合理的公路桥梁桩基设计方案。基于此，本文以桩基沉降问题作为研究对象，分析桩基设计工作的相关内容，了解产生沉降问题的原因，通过做好地质勘察、改进桩基选型与布局、科学计算桩基承载力等方式解决桩基沉降问题。

关键词：公路桥梁工程;桩基设计;沉降问题

中图分类号：U445 文献标识码：A 文章编号：1671-2064（2020）02-0118-02

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[1]。

2 公路桥梁工程设计中桩基沉降问题分析

2.1地质环境勘察工作不足

为保障桩基稳定，公路桥梁工程设计前应做好地理环境的勘察工作，从而了解地基物理力学情况，使桩基设计更加合理。但在很多公路桥梁工程案例中，设计人员展开设计工作之前没有深入施工现场进行地质勘察，只是根据相关资料了解当地地质情况，或者依靠主观思维完成设计工作，这将导致设计结果和实际环境不相符，并造成桩基沉降问题。虽然有部分设计人员会前往当地展开地质勘察工作，但勘察的项目不够完整，勘察的结果有一定缺陷。

2.2桩基选型存在问题

面对不同的地质环境，应选择同等类型的桩基。比如山地区域底层起伏，设计人员需要考虑墩台纵横向的地基土类型与同一墩台应采用的桩基。但有的设计人员在选择桩基类型时过于重视施工成本，选择与标准相近的桩基，虽然这种桩基也有承载力，但容易受到外力干扰，在后期出现位移和倾斜的现象。

2.3桩基布局存在问题

桩基布局是公路桥梁施工中不良沉降问题产生的主要原因。桩基布局代表了公路桥梁工程的应力结构布局，如果桩基布局不理想，工程应力结构也会出现问题。比如在某个公路桥梁工程中，桩基间距较小，工程应力结构集中，这时工程两端应力就比较空虚，这种桩基布局容易使两端出现沉降，甚至给公路桥梁带来坍塌的可能。

2.4墩台身问题

一般的公路桥梁架构主要分为上部结构、墩身与台身、桩基三部分，墩身或台身是承接上部结构与桩基的重要结构，一旦此处出现问题，将很容易引发不良沉降。墩台身是公路桥梁的中间部分，如果墩台身有倾斜，桩基部分也有可能发生位移或倾斜。或者在一部分公路桥梁工程设计工作中，承重柱倾角过大，公路桥梁主体应力呈现出倾斜的状态，并将力传递给桩基[2]。

3公路桥梁工程设计中桩基沉降问题的改进措施

3.1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關重要，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。

3.2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。

3.3遵循桩基沉降规律计算承载力

在公路桥梁工程设计中，应按照桩基沉降的规律情况对水平承载和竖向极限承载力进行科学计算。软土压缩性会随着液限的增加而提高，桩基基础在外力作用下超静孔隙水压力也会较高，导致软土变形需延续较长一段时间。如果公路桥梁工程的地基沉降比较大，且桥梁外观存在问题，这将影响桥梁的正常使用，造成这一现象的原因主要是桩基不均匀沉降与桩基短时间较大沉降，使桩基上部发生扭曲或裂缝。因此，应采取有效的方法控制地基形变，对桩基竖向承载力进行有效控制。如果桩基设计是甲级，应采用单桩静载试验确定桩基的极限承载力，如果桩基设计等级是乙级，施工区域地质情况不复杂，可参照相关施工条件展开桩基设计工作，应用原位试验论证设计的合理性。如果桩基设计等级为丙级，建议采用原位测试与经验参数相结合的方式确定承载力。关于公路桥梁工程的桩基竖向承载力，如果桩基需要承担轴心荷载，应保证桩基竖向力与施工要求相符合，并结合该区域的地震荷载情况，对桩基竖向承载力加以计算和验证。

為了保证桩基安全，还需对桩基的水平承载情况和位移情况加以计算，并从单桩基础与群桩基础两方面入手，提高计算结果的精确度。公路桥梁的单桩基础承载了水平力，如果水平荷载属于甲级或乙级桩基，特征值就要通过单桩水平静载试验来确定。如果桩身的配筋率比0.65%混凝土灌注桩高，通过静载试验可得出桩身配筋率，地面有10mm水平位移时，可将对应荷载75%的值作为特征值。如果是公路桥梁工程的群桩基础，力矩较大或有水平力存在时，应考虑群桩、承台以及土层间的效应，计算桩基水平承载力特征值[3]。

3.4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。

4总结

总而言之，公路桥梁工程在区域上存在差异，桩基结构和具体的施工情况也会不同，要求施工建设单位需要对公路桥梁设计和施工需求进行明确划分，通过完善的设计控制桩基沉降问题。从实际建设环境角度入手，做好地质勘察与现场控制工作，了解桩基结构和工艺流程，改进桩基选型和布局，优化墩台身，遵循桩基沉降规律计算承载力，尽可能的延长公路桥梁使用寿命。

参考文献

[1] 刘明艳.公路桥梁工程设计中桩基沉降问题研究[J].工程建设与设计，2019（19）：58-59+62.

[2] 何玉柱.公路桥梁工程设计中桩基沉降问题研究[J].安徽建筑，2019，26（02）：121-122.

[3] 张玉龙.公路桥梁工程设计中的桩基沉降问题[J].四川水泥，2018（11）：189.