刍议公路桥梁桩基沉降原因及防治措施

张浩

（中铁十二局集团国际工程有限公司，天津 300308）

0 引言

桥梁是交通道路的重要组成部分，其耐久性和安全性已经成为建设单位关注的重点问题。而桩基工程是桥梁工程建设的关键，一旦桩基产生不均匀和不规则沉降，会严重影响到桥梁工程的正常使用和工程寿命。无论从桩基设计环节，到桩基施工、桩基使用环节，都要特别注意桩基沉降问题。本文旨在剖析公路桥梁桩基沉降影响因素及原因，探讨公路桥梁桩基沉降防治措施，为各地区建设单位在公路桥梁桩基沉降防治方面提供可行性思路和建议。

1 公路桥梁桩基的分类

根据荷载传递的不同方式，桥梁桩基可以分为摩擦桩和端承桩两大类。摩擦桩主要用于岩层埋置很深的地基。在极限承载力状态下，主要靠桩身侧面与桩周土体之间的摩擦力和桩底端与地基之间少量的阻力来实现承载能力的桩基础。桩尖部分承受的荷载很小，一般不超过10%，这类桩基的沉降较大。端承桩是穿越软弱地质后嵌入持力层依靠桩底端与土体之间的阻力来实现承载能力的桩基础，其稳定性较好。端承桩和摩擦桩的区分，也不能单纯从是否嵌岩来区分，还应考虑上覆土层的性质和厚度、桩长径比、嵌入岩层的性质、嵌岩深径比和桩底沉渣厚度等因素。

2 公路桥梁桩基沉降影响因素及原因分析

桥梁桩基沉降一般都是由纵向荷载力、桩基、承台以及接触土层的共同作用而造成的。在正确处理与分析桥梁桩基沉降问题时，应首先了解桩基沉降的原因，从源头出发，合理预防与治理。从目前发生的桥梁桩基沉降现象来看，主要受如下4 个方面因素影响。

2.1 自然灾害导致公路桥梁桩基沉降

各地区地质条件不同，天气气候不同，对于公路桥梁损害和破坏程度不同。现代化的公路桥梁工程建设，虽然在品质上有了很大程度提升，但从各地区公路桥梁桩基破坏现象来看，天灾造成桥梁桩基沉降的现象依然存在。比如，地震、火灾、水灾、风灾等常见的自然灾害现象，都会给公路桥梁桩基带来结构上的损坏，会给交通和通行安全造成极大威胁和挑战，甚至会给群众带来生命和财产损失[1]。通过对公路桥梁桩基沉降问题进行鉴定与加固，可以极大程度上进行根源挖掘，延长公路桥梁使用寿命，保障广大基层群众最基本的通行和使用安全。

2.2 设计阶段调查不足，导致设计存在偏差

2.2.1 地质环境调查研究不足

无论是端承桩还是摩擦桩，桩基都需要相当大的一部分埋设在土体当中。因此土体性质对桩基稳定影响很大，当桩间土和地基土土质较硬，则沉降变形较小，相反若土质较差，则容易发生沉降和侧移问题。若桩顶承受的荷载超过地基的承载能力，则易发生短时间快速沉降；若地基土层不均匀导致地基承载力差异过大，易出现不均匀沉降现象；若单桩两侧土体性质变化较大，易出现倾斜沉降。如果未对地质环境进行仔细勘探，或者未按照勘探数据，依靠主观判断和部分经验进行桩基设计，设计结果往往存在较大误差，导致桥梁桩基出现较大沉降。另外地勘阶段勘探不够深入，也会造成结果不准确，利用这些数据进行设计，也是造成桩基沉降的一个重要因素。

2.2.2 桩基布置、选型不科学

桩基布置、选型不合理是造成沉降的主要原因之一，公路桥梁桩基选型不同产生的沉降表现形式也不同。以钻孔桩与打孔桩为例，当桥梁桩基所受的外部荷载相对较小时，桩基的沉降主要以桩间土压缩变形为主；而当桩基受到较大的外部荷载作用时，钻孔桩的沉降表现为地基土体压缩变形，打孔桩的沉降表现为桩间土体压缩变形。桩基是桥梁工程中应力较为复杂的构件，设计时应参考结构荷载及地质情况进行桩基选型，对于同一桥墩，宜采用同类型的桩基础，且桩径、桩长和持力层的选择都应该一致，从而减少不均匀沉降，设计上有时选用不同类型或者桩长的桩基来满足承载力的设计要求，但实际施工与运营时，常常与设计存在偏差，造成荷载变形而导致不利沉降[2]。

2.2.3 过渡设计方案不合理

在桥梁建设中，经常遇见沉降路段，在此类地质条件下进行施工设计时，结构的整体稳定性相对不足。为补强整体结构，常采用钢筋混凝土搭板或加筋土等方式作为过渡施工方案，减少整体结构刚度变化。但是搭板结构易出现裂缝，造成桥头跳车。同时，当搭板末端承受较大荷载时，会加大桩基的承载力，产生沉降问题。

2.3 施工阶段管控不严，造成结构存在缺陷

2.3.1 桩基施工质量控制不严谨

公路桥梁工程桩较为常用的是端承桩，这类桩体总体刚度较大，且桩端须嵌入承载能力较强的持力层中。由于桩基所受荷载全部传入桩底持力层，因此对桩底端的钢筋及混凝土质量要求较高，需严格控制清孔及沉渣工序。以免在长期使用下造成桩端持续入土或桩体变形、压碎等下沉现象，造成桩基沉降。而端承群桩的沉降往往因为持力层强度不足，或者大量桩基清孔不到位等原因而造成沉降。

2.3.2 墩台身结构受损或存在质量缺陷

桥梁总体结构可分为桥跨结构、墩台身和基础3个部分，其中墩台身承接上部荷载并传递至桩基础，若墩台身出现损伤或质量问题，就很可能导致桩基不利沉降，影响整个桥梁结构安全。比如，边坡持续侧压力或施工临时堆载造成墩台身倾斜或水平位移，从而对基础造成偏心或斜向受力，引起桩基础的变形、开裂和倾斜，从而导致桩基沉降。

2.4 桩基沉降监测不到位导致公路桥梁桩基沉降

在进行公路桥梁工程建设时，需要对桩基沉降进行实时化监测。这样可以使得施工单位，在桩基沉降问题发生时，第一时间采取措施进行制止。然而在公路桥梁工程建设过程中，施工单位往往缺乏公路桥梁桩基沉降实时化监测意识，常常是桩基沉降比较严重时才会被发现。公路桥梁桩基沉降如果肉眼可见，则问题已经相当严重[3]。甚至有些地方，对于公路桥梁桩基沉降监测形式和技术上存在问题，在错误监测方式和监测技术条件下，使得公路桥梁桩基沉降监测精准度受限，很难实现桩基沉降全面且细致监测。

3 公路桥梁桩基沉降防治措施探讨

3.1 加强地质勘查，做好设计前准备工作

在进行公路桥梁工程建设时，地质构造情况也会对桩基沉降造成影响。因此，在设计之前应进行地质构造勘察，充分了解区域内地质组成、岩土构造、水文地质等地质情况。尤其对于地基的稳定性、地基的厚度、土层的坡度等变化情况，要有清晰的认知和掌握。可以提前熟悉不良地质的分布范围，从而采取更加科学合理的桩基设计方案，对桩基类型、桩基承载力、桩基持久力等进行更为精准的计算和统计[4]。设计人员应认真审核地勘成果的有效性、准确性，计算时亦应该严格按照地勘数据进行，不可凭借主观经验。

3.2 科学选型，积极优化桩基施工布局

桥梁工程一般处于邻水地段，地质条件较差，含水量较高，在进行施工设计时，需对基础结构进行谨慎研究，积极优化公路桥梁桩基施工布局、研究路基与桥梁的过渡方案。若软弱土层较厚，可改为群桩或通过增加承台数量来调整荷载分布，防止出现应力集中现象；常流水的地段应增加抗冲刷及防撞击设计，减小水流冲刷对桩基的影响。桩基设计人员要根据单桩承载力，计算出桥梁总长度，然后再确定桩基基础数量，根据桩基的均匀性，来计算桩基分布范围。即便是桩基分布不均匀，可以利用附加结构进行补强，实现均匀性分布[5]。

3.3 规范化进行公路桥梁桩基施工，避免桩基沉降问题发生

在实际的公路桥梁桩基施工中，影响到桩基施工品质的因素极多。包括施工设备、施工技术、施工工艺、施工材料、管理机制等，都会对公路桥梁桩基施工效益，产生直接性影响。而且技术工艺、材料设备等，都是导致桩基沉降的关键因素。在公路桥梁桩基施工时，施工单位要更加注重细节化管控。例如，施工单位可以采取以下措施，尽量规避桩基不均匀性沉降问题。一方面，做好前期准备工作，施工方案的制定、施工场地的规划、人员机械的配备等，不可匆忙上场，保证工程有序推进。另一方面，严格管控桩基的施工工序，把握关键工序，保证桩基质量，包括严控二次清孔程序，保证桩底沉渣厚度符合要求，避免影响桩底质量。终孔检查合格后应迅速开始灌注工作，避免造成桩基缩颈。混凝土供应顺畅，避免灌注时间过长，导致断桩现象等。

3.4 强化公路桥梁桩基结构检测， 及时发现桩基沉降问题现象

桩基自身的结构缺陷也是影响沉降的重要因素，因为在桩基施工结束后，应进行桩基质量检测，以确保桩基质量，控制不良沉降。对应不同的公路桥梁桩基结构检测内容，所采取桩基结构检测技术不同。目前比较实用且流行的桩基结构检测技术，主要有以下4 种。

3.4.1 桩基结构回弹检测技术应用

公路桥梁桩基结构回弹检测技术，主要是通过对公路桥梁桩基结构，测定回弹值相关参数的检测，对桩基材料抗压能力和强度均匀性进行测定的技术方法。桩基结构回弹检测技术，可以极大程度上减少对桩基结构的损害，不需要对桩基物结构大面积进行检测，可以很好的保护好桩基结构基础上，获得相应检测数据。

3.4.2 桩基结构钻芯检测技术应用

公路桥梁桩基钻芯检测技术，主要是在桩基结构构件上，钻取混凝土芯样，然后进行芯样抗压强度的试验。钻芯检测技术所获得的信息数据及判断结果，精准性极高但是会对局部桩基结构造成损坏。对于需要大量进行桩基结构检测的项目，则不适宜钻芯检测技术[6]。

3.4.3 桩基结构轴压检测技术应用

轴压检测技术主要是在桩基砌体结构中比较常用的检测技术。其主要是对桩基砌体结构抗压强度和抗剪强度进行检测。轴压检测技术的优点是，可以直接获得测试砌体的强度参数，而且参数数据相对精准。其缺点是，轴压检测技术应用，需要大量试验，而且在应用时，会对砌体造成一定程度上的损耗。

3.4.4 桩基结构其他检测技术应用

以上3 种类型的公路桥梁桩基结构检测技术，是比较流行且比较精准的检测技术，在桩基结构检测和加固中，有着极为广泛性的应用。除此以外，在实际桩基结构检中，还有射钉检测技术、筒压检测技术、单剪检测技术、扁顶检测技术等，同样有着广泛性应用，可以很好地实现对公路桥梁桩基结构问题精准检测。

4 桥梁桩基加固技术应用， 减少桩基沉降问题概率发生

4.1 桥梁桩基中碳纤维片材加固技术应用

碳纤维片材是一种新型复合材料，近年来，在公路桥梁工程建设中，有着极为普遍性的应用。尤其在桩基结构加固改造工程中，碳纤维片材的应用更为广泛。碳纤维片材应用时，需要将配套材料进行配合，将碳纤维片材直接附着在配套材料构件表面上，这样可以大大提升碳纤维片材的承受力和承载力。如果将碳纤维片材直接应用在桩基混凝土变形中，进一步提升公路桥梁桩基结构承载力[7]。

4.2 桥梁桩基中植筋加固技术应用

植筋加固方法，顾名思义，主要适用于桩基结构混凝土钢筋受弯、构件受压等位置的加固。植筋加固方法主要是在原桩基结构混凝土结构上，进行注胶、钻孔，使得钢筋可以在混凝土中生根。如果钢筋混凝土处于地下深埋位置，则已经固化生根的钢筋，需要有足够的抗拉拔性以及锚固性，才可以对其进行进一步的加固处理和改造[8]。由于植筋加固方法简洁、轻便、快捷、设计灵活、成本较低且效益较好，近年来在桥梁桩基结构沉降问题改造中，有着极为广泛性的应用。

4.3 桥梁桩基粘钢加固技术应用

黏钢加固方法需要将公路桥梁钢板用结构胶，粘贴于钢筋混凝土构件的表面，利用黏结力来传递剪力，使钢板与原有钢筋混凝土结构成为一体，形成二次组合构件，从而使钢板起着受力钢筋的作用，以提高公路桥梁桩基结构的承载力。由于黏钢加固结合面的黏结强度，主要取决于混凝土强度，被加固构件的混凝土强度不能太低，黏结钢板厚度，主要结合面混凝土强度、钢板锚固长度及施工要求而定。通过桥梁桩基粘钢加固技术应用，可以提高公路桥梁桩基的加固水平。

5 结语

综上所述，随着社会经济的不断发展和城市化进程不断加快，公路桥梁建设也日益发展起来。公路桥梁在社会化生产生活中，所发挥作用也越来越重要。现代化市场经济发展趋势下，公路桥梁建设任务越来越繁重。公路桥梁建设过程中，也会出现各种施工问题。其中，桩基沉降问题便是比较频繁的问题。本文对常发生的桩基沉降原因提出了一些有针对性的解决建议，施工设计单位要进一步确保桩基工程设计、桩基施工作业水准，有效控制桩基整体沉降问题，积极做好桩基结构、工艺流程等现场控制，确保公路桥桩基施工整体质量，实现公路桥梁不良沉降的有效控制。