公路桥梁工程中桩基沉降问题的解决措施

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1 桩基沉降发生的原因

软土的压缩性因液限的增加而升高，软土基础受到外界压力作用后又会出现较高的超静孔隙水压力。二者容易造成软土变形，而且变形具有流变特征，时间较长。因此，公路桥梁工程在建设过程中容易出现桩基沉降问题，桩基沉降从施工贯穿到桥梁运行的整个过程，呈现出连续性规律。为了防止桥梁桩基发生沉降，每个环节必须采取防控措施。经分析，桩基沉降是多种因素造成的，设计阶段容易忽视的影响因素有三种[1]。

1.1 施工区域地质因素

地质因素方面，土体与桩基下部结构相互作用，土体的硬度对桩基有着直接影响。土体硬度越大，土体空间的压缩变形就越小，发生桩基沉降的可能性就越小；反之，土体硬度越小，土体空间的压缩变形就越大，发生桩基沉降的可能性就越大。

1.2 公路桥梁工程设计不严谨

桥梁桩基沉降的出现率比较大，在进行桥梁工程设计时，部分设计人员因循守旧，易沉降部分采用搭板设计，但受软土层的影响，搭板设计又达不到提高桥梁结构整体稳固性的目的，其在承受较大荷载时容易产生裂缝，加重桩基负荷，增加沉降发生率。为了分散桥梁墩柱的承受力，有些设计人员会采用承台设计，但是现行桥梁设计规范并没有对承台有具体要求。设计人员缺乏参照标准，依据自身的工作经验进行设计，容易使设计方案与工程实际产生出入。

1.3 桩基类型选择

实践表明，桩基类型的选择与桩基沉降表现形式相关，桩基形式不同，桩基沉降程度不同。比如，钻孔桩与打孔桩对桩基础沉降情况的影响明显不同。在同样承受较大的荷载时，钻孔桩基础沉降表现形式为地基土体压缩变形，打孔桩基础沉降表现形式为桩间土体压缩变形。

2 公路桥梁工程设计中防止桩基发生沉降的措施

当前，人们不仅要优化公路桥梁工程设计，还要改进公路桥梁工程施工方法，多方位预防和解决公路桥梁工程桩基沉降问题。

2.1 实地勘察地质状况

公路桥梁工程设计要首先考虑施工区域的地质状况，桩基沉降程度受地质状况影响。因此，要第一时间对施工区域地质状况进行勘察，掌握准确数据，为设计和施工提供可靠数据。地质勘察期间，要调查清楚地质形态成因、地质地层厚度、地基土体软硬度等内容，通过实地调查形成调查报告，详细说明地质特性，尤其是各地层分布情况、桩基情况，并根据实地考察，初步确定桩型和长度。勘察工作要做到科学、规范，保证数据的精确度，为公路桥梁工程设计提供可靠依据，为预防桩基沉降做好准备[2]。

2.2 保证桥梁桩基的基本性能

桩基设计的目的是增强桥梁上部结构稳定性，其主要涉及桥梁桩型、桥梁结构方案的选择；桩径、桩长、桩距参数的计算与确定；单柱基结构形式的选择；桩基承载能力及基础应力的计算与确定；桩基、桩帽结构形式的设计；桩基位置的平面设计等。桩基设计要考虑环境变化对桩基的影响及施工中可能发生的多种常见问题，并制定相应的对策。

设计的桩基必须满足基本的性能要求。首先，桩基要具有良好的荷载传递性能，使得地基承受来自桥梁横向和纵向的负载，以分担桥梁上部结构的负荷。其次，桩基要具有良好的抗弯性能，桩基本身只有具有一定的刚度和抗弯能力，才能应对来自上下部结构的多种压力加载，减少环境等因素的影响。

2.3 选择正确的桩型及布局

在桩基设计中，首先要考虑桩基类型及长度，根据施工现场环境因素的优势与劣势，对施工工艺、工期、桩基构成进行科学设计，并选择合理的桩基长度和类型。在桩基设计中，使用较多的桩基类型有预制柱、钻孔灌注桩、人工挖孔桩、沉管灌注柱等，钻孔灌注桩是公路桥梁工程中较为常用的桩基类型。具体采用哪种类型，要根据施工现场、施工环境及桥梁结构构造、上下部负荷能力进行合理选择。

在桩基布局上，若选用单桩就能满足工程需要，则要在桩基设计中合理使用单桩沉降分析计算法。单桩沉降分析计算法常用的有四种：荷载传递分析法、剪切变形传递法、弹性理论法、单项压缩分层总和法。荷载传递分析法是根据规定的荷载变形传递方式来计算桩对荷载的反应。剪切变形法的原理是假设桩间和桩侧土体都没变化，不考虑其他阻力因素影响，如果单桩发生沉降，土体会随沉降发生位置下移，出现剪切现象，受剪切应力传递作用影响，相应剪切力变小。因此，单桩基设计可以利用剪切力计算桩径，剪切变形法设计的单桩桩径数值能够有效预防桩基沉降。弹性理论法则根据单桩受到的竖向作用力与桩土之间发生作用产生的位移关系，计算出桩体与土的共同作用。单向压缩分层总和法是依据各土层的参数计算出各层土的沉降量，然后计算各土层沉降量总和，得出沉降量[3]。

若工程桩基需要群桩基础，则在应对桩基沉降时还需要考虑众多影响因素。群桩基础承载力不是简单的单桩承载力相加，群桩沉降设计计算主要运用的方法有实体深基础法、分层总和法。实体深基础法的计算原理是利用扩展计算方法，计算群桩承载力，根据群桩承载力计算群桩沉降值，为保证计算的精确性，还需要考虑土体存在的压缩变形情况及每个单桩桩基剪切应力的影响。分层总和法指的是先分层计算各土层沉降量，然后根据单值计算沉降量总和。各层沉降量的计算参照的是各土层的压缩性系数。但是，在计算中要充分考虑影响地基沉降的因素，分层总和法计算出的是地基的最终沉降量，根据分层总和法计算的准确数值对群桩进行设计，预防桩基发生沉降现象。

2.4 优化桩基布局

一个科学、合理的桩基布局能够有效缓解桩基沉降，桩基能否均匀布局取决于对桩柱荷载范围、桥梁总体长度、桩基数量的准确计算。三个环节紧紧相连，每个环节的精确度都直接影响下一个环节的计算，只有三个环节都准确无误，才能确保桩基布局准确，进而有效确保桩基沉降问题得以解决。但是，受地质环境的影响，在桩基难以保证均匀布置的情况下，人们需要根据施工现场实际情况，通过其他附加结构弥补不足，减少桩基沉降。