公路橋梁工程設計中樁基沉降問題研究

何玉柱 （安徽省交通規劃設計研究總院股份有限公司，安徽 合肥 230000）

0 前言

根據相關規程了解到，公路橋梁工程雖然一定會出現沉降問題，但是要避免過快沉降、不規則沉降、傾斜沉降的現象，否則就可以判定工程質量存在缺陷，因此應當在設計當中對此進行管控。眾所周知，公路橋梁工程沉降現象的產生原因在于橋梁結構本身結構荷載與地基承載力之間的關系，因此在設計控制措施當中，應當從此兩者之間的關系著手，探討有效的控制措施并加以實用。

1 公路橋梁各類樁基沉降形成原理

介于工程本身壓力與地質環境承載力之間關系的不同表現形式，會產生過快沉降、不規則沉降、傾斜沉降等現象，對此下文將分析其中原理。

1.1 過快沉降原理

過快沉降是指公路橋梁工程樁基在短時間內出現了大幅度的沉降現象，代表工程項目的使用壽命較短。造成這種現象的原理很簡單，即公路橋梁工程的樁頂力超過地基承載力太多，所以在短時間內才會出現大幅度沉降，沉降的具體速度由樁頂力與地基承載力之間的差值決定，差值越大沉降速度就遠大。當出現過快沉降現象時，公路橋梁工程的設計標高會迅速下降，而在下降過程當中介于多種力學因素，容易出現不穩定，使得橋梁主體結構坍塌。

1.2 不規則沉降原理

不規則沉降是指公路橋梁工程所有樁基的沉降速度、程度、角度等方面不相同，存在超出合理范圍的差值現象，當出現這種現象時，就說明公路橋梁工程樁基的高度、角度不統一，那么介于此類工程的體長特點，很容易導致局部崩裂、斷裂等現象，是一種危害極大的影響。造成不規則沉降的原因很多，例如上述（1.1過快沉降）就是一種可能在沉降中因為其他因素干擾就出現不規則沉降的原因，但不規則沉降也會直接出現，即在公路橋梁工程所有樁基的條件下，如果兩個樁基的重力與地質土體之間的應力差值超出了合理范圍，那么就會出現不規則沉降現象。

1.3 傾斜沉降原理

傾斜沉降是指公路橋梁工程樁基在沉降過程當中出現了傾斜現象，在此現象之下，樁基的穩定性會受到極大的破壞，很容易造成公路橋梁工程坍塌問題。傾斜沉降的形成原理與不規則沉降類似，但其屬于單體樁基的局部“不規則沉降”，在單體樁基條件下，如果樁基一側土體承載力較弱，另一側較強，此時介于應力之間的關系，樁基就會倒向承載力較弱的一側，形成傾斜沉降現象。另外，傾斜沉降現象還會因為一些外力干擾出現，通常這些外力為橫向外力，當橫向外力對樁基造成重大沖擊時，就會引發傾斜沉降。下圖為傾斜沉降示例。

橋梁樁基不均勻沉降

2 公路橋梁工程設計中樁基沉降問題

2.1 地質環境勘察工作不足

理論上為了保障公路橋梁工程的樁基穩定，在正式設計之前有必要對實地環境進行勘察，以此了解橋位處地基的物理力學性能情況，之后圍繞實地情況來進行樁基設計。但是在許多實例設計當中可見，不少設計人員在進行設計之前，并沒有很好的進行地質環境勘察工作，更多的依靠自身的主觀思維來進行設計，此時就導致設計結果與實地環境脫節，容易造成上述中的不良沉降現象。具體來說，不少設計人員在進行地質環境勘察工作時，其勘察的項目普遍存在不完整現象，使得最終勘察的結果也存在缺陷，使得在正式設計工作當中，針對這些缺陷只能依靠主觀思維進行設計[1]。

2.2 樁基選型問題

針對不同的地質環境，理應選擇相應類型的樁基，這需要設計人員根據實地情況來進行分析，山區底層起伏，需同時考慮墩臺縱橫向地基土類型，同一墩臺宜采用同種類型樁基。然而部分設計人員在樁基選型工作當中，其更加重視工程成本，所以會刻意選擇一些與標準相近的樁基類型，此類樁基雖然在某種角度上也可以實現一定的承載力，但是終究還是存在缺陷，尤其在受到一些外力干擾之后，此類樁基很可能會出現位移、傾斜的現象，那么就會形成不良沉降問題[2]。

2.3 樁基布局問題

樁基的布局是公路橋梁工程當中造成不良沉降的主要原因之一，樁基的布局代表了工程的應力結構布局，那么當樁基布局不佳，應力結構勢必也會出現相同問題，此時就引發了不良沉降現象。具體來說，假設某個工程當中，其設計的樁基間距較小，那么工程整體的應力結構就相對集中，此時工程兩端的應力就略顯空虛，所以在這種樁基布局之下，工程兩端的樁基就可能會出現不良沉降，同時也加大了兩端坍塌的可能性，因此針對該現象，應當重點防控[3]。

2.4 墩臺身問題

在一般的公路橋梁工程架構上，其大致可以分為上部結構、墩身或臺身、樁基3個部分，其中墩臺身是承接其他兩項的重要結構，如果墩臺身出現問題，勢必導致一系列不良現象，其中就包括了不良沉降。具體來說，墩臺身作為公路橋梁工程的中間部位，如果其出現了傾斜就會導致樁基傾斜或者位移，同樣引發不良沉降，而在小部分工程設計當中，就存在這樣的問題，其承重柱的傾角過大，使得公路主體應力呈傾斜狀態傳遞到樁基上。

3 公路橋梁工程設計中樁基沉降問題改善方法

3.1 做好地質勘察工作

針對地質勘察工作，首先設計單位應當要求所有參與工程設計的工作人員參與到勘察工作當中，并且在工作之前做好相應的工作計劃，同時列出需要勘察的項目，再對勘察項目進行嚴格審核，確保勘察項目的完整性，之后在正式勘察工作當中，需要嚴格圍繞計劃來開展工作。其次需要對所有項目的勘察結果進行審核，確保其準確無誤，此時才可以以勘察工作結果為基準，進行相關的設計工作，以免出現不良沉降問題。

3.2 樁基選型改善方法

公路橋梁工程時常會遇到臨水環境，此類環境的土體松軟，極易出現不良沉降現象，那么針對此環境，設計人員需要做好基礎設計工作。橋位處軟土層較厚時，樁柱式單排裝，需設承臺，減少樁基不均勻沉降產生的不利影響。但在實際應用當中，還需要根據實地情況來進行選擇。此外，位于水中的樁基礎，要考慮水流沖刷帶來的不利因素，樁基長度設計時，要扣除沖刷深度。

3.3 樁基布局改善

在進行樁基布局設計過程當中，設計人員首先需要通過計算來得到每個樁基的受力范圍，其次在根據公路橋梁工程的總長，計算樁基布局中的樁基數量，最終依照計算結果，將樁基依照受力范圍來均勻分布，可以有效改善樁基布局造成的沉降問題。此外，在一些特殊條件之下，可能無法均勻分布樁基，那么就需要通過一些附加結構來進行補強，對此也需要通過相應的計算來得出強度差值，再依照差值進行相關設計。

3.4 墩臺身的優化

在一般的設計要求之下，設計人員必須保障墩臺身的受力均勻，對于異型墩臺，要盡可能保證墩臺正投影形狀對稱，通過承臺傳遞均勻的豎向力給樁基，且較少樁頂附加彎矩。此外，為了消除不良沉降問題，在設計當中有必要對墩臺身結構的質量進行保障，使其能夠有足夠的橫向承載力，并滿足混凝土最小裂縫要求。在通航河流要做好橋墩橋臺的防撞措施。

4 結語

本文主要分析了公路橋梁工程設計中樁基沉降問題，通過本文分析得到以下結論：公路橋梁工程的不規則沉降現象存在多個種類，主要可以分為過快沉降、不規則沉降、傾斜沉降；在工程設計當中，如果不能良好的控制工程應力、角度都會造成不良沉降現象；針對各類工程設計中造成不良沉降的原因，提出了相關的改善建議。