公路橋梁工程設(shè)計中樁基沉降問題研究

劉天宇

摘 要：科技的進步，促進工程建設(shè)事業(yè)得到快速發(fā)展。公路橋梁工程是一種體積龐大的工程項目，其巨大的結(jié)構(gòu)荷載，使得下部結(jié)構(gòu)樁基出現(xiàn)沉降，這種現(xiàn)象十分正常，但是如果樁頂力分布存在差異，那么沉降的速度、深度、時間都會不同，形成不規(guī)則沉降現(xiàn)象，在此現(xiàn)象下公路橋梁工程可能會出現(xiàn)耐久性問題，引發(fā)一系列嚴(yán)重的后果。因此在公路橋梁工程設(shè)計當(dāng)中，有必要圍繞沉降問題進行控制。本文就公路橋梁工程設(shè)計中樁基沉降問題展開探討。

關(guān)鍵詞：公路橋梁工程;設(shè)計;樁基沉降

鉆孔灌注樁具有后期支撐作用穩(wěn)定性高、承載能力強的特點，所以對于上部結(jié)構(gòu)荷載較大的公路橋梁而言，鉆孔灌注樁是大部分公路工程的首選。要保證工程的造價、質(zhì)量、工期及工程的使用壽命，就必須充分考慮公路橋梁樁基沉降的設(shè)計是否符合工程情況。筆者結(jié)合自身工作經(jīng)驗，就公路橋梁工程設(shè)計中的樁基沉降問題進行探討。

一、公路橋梁設(shè)計過程中所遵循的原則

首先在公路橋梁的設(shè)計過程中應(yīng)該嚴(yán)格按照國家現(xiàn)今對于公路橋梁設(shè)計的規(guī)定以及標(biāo)準(zhǔn)開展設(shè)計，保證公路橋梁設(shè)計能夠符合國家標(biāo)準(zhǔn)。另外公路橋梁的設(shè)計的開展應(yīng)該考慮實際情況，盡量降低公路橋梁工程建設(shè)開展過程中對于資金的浪費，有效的控制工程造價。同時應(yīng)該有效的利用結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計以及可靠性設(shè)計等能夠提高公路橋梁工程設(shè)計的多元化與標(biāo)準(zhǔn)化的設(shè)計方式，采用更加新穎的工藝與技術(shù)，將新技術(shù)與傳統(tǒng)技術(shù)相結(jié)合，以此保證設(shè)計成果能夠滿足現(xiàn)今社會對于公路橋梁建設(shè)的要求。

二、樁基沉降的原因

（一）端承型群樁沉降

公路橋梁工程中的樁群結(jié)構(gòu)類型有很多，其中出現(xiàn)頻率最高的是端承型樁群。組成部分主要是端承樁，因此，剛硬性極強的持力層成為這種樁群結(jié)構(gòu)最顯著的特點。端承型樁群正式投入使用后，能夠長時間承受巨大的重量，能夠利用不同的承臺將重量分散輸送到各個群樁地下層。這種承力模式不僅能讓樁體對自身承載的重量進行有效控制，還能在一定程度上提升樁體的承載強度。樁底部位四周土層的堅固度與群樁沉降現(xiàn)象有直接的聯(lián)系，而上述方法可以有效增加土層堅固度，極大地降低端樁刺入土層或者樁體發(fā)生沉降的幾率。

（二）摩擦型群樁

摩擦樁群和端承樁群均有可能會產(chǎn)生沉降，而且沉降產(chǎn)生的原因存在一定的差異性，想要詳細的分析出沉降產(chǎn)生的原因難度較大。工作人員對端承型群樁進行全面分析的過程中，發(fā)現(xiàn)單樁和承臺二者之間、單樁和單樁之間會存在一定的綜合作用力，這些綜合作用力會比較小，而且伴隨一些相互作用力，所以可以忽略不計。對摩擦樁群進行分析時，必須要多關(guān)注單樁和單樁相互之間的影響，因為荷載重量主要傳遞方式是通過摩擦的形式進行傳遞，所以這種摩擦下單樁相互之間的影響比較重要。不同的單樁相互之間以及不同的樁端土層相互之間都有可能會出現(xiàn)重疊應(yīng)力的問題，導(dǎo)致樁基相互之間摩擦能力與樁基相互之間的承載能力相互影響。工作人員在對群樁承載能力強度進行研究時，不能只將目光集中在單樁承載力相互疊加方面，也要多關(guān)注一些樁體間的干擾與影響。

三、公路橋梁工程設(shè)計中的樁基沉降技術(shù)

（一）對彈性理論法的分析

基于彈性理論角度分析土與樁、樁與樁、土與土之間的作用方式，是研究單樁基礎(chǔ)在縱向上的承載力前提下，分別分析承載力和基礎(chǔ)土層之間的作用力和相對位移的關(guān)系。以彈性理論為中心，可在分析過程中拓展出系列的單樁沉降計算法，但所有計算方式的有效應(yīng)用都是建立在樁基礎(chǔ)位移和周圍土層位移保持同步和協(xié)調(diào)的條件下的。從軸向承載下的樁基礎(chǔ)樁身的壓縮情況就能得出樁基礎(chǔ)發(fā)生位移的結(jié)果，具體則可以通過某個定點產(chǎn)生的Minidlin位移得知樁四周土體的位移。

（二）單樁的沉降分析計算

1、荷載傳遞分析法。分析單樁荷載的過程中，使用頻率最高的就是荷載傳遞分析法，這種方法嚴(yán)格遵循了規(guī)定范圍內(nèi)負荷承載變形，以鏡像的方式完成對具體傳遞反映的計算。具體的工作原理為：以相同長度為要求，將樁基礎(chǔ)分為多個樁段，每一個樁段即為一個彈性單元，再以非線性彈簧模擬每個樁段和土層之間的聯(lián)系。這種方法在負荷承載傳遞運用曲線中，通常假定與樁基礎(chǔ)位移有關(guān)的變量只有該點的摩擦阻力，除此以外的任意位置點的摩擦阻力對其都沒有影響。2、對單向壓縮分層總和法的分析。運用單向壓縮分層總和法計算公路橋梁樁基沉降結(jié)果，從總量角度而言相對精準(zhǔn)，因為是通過全面分析樁基周圍土層的各項參數(shù)得出的數(shù)據(jù)。單向壓縮分層總和法屬于一種淺基礎(chǔ)層面的總沉降量計算法，這種方法被應(yīng)用于大直徑單樁，盡管這類單樁的樁側(cè)阻力較小，但較大的樁基底面積能幫助整個樁基分擔(dān)重量。比如在深基計算的過程中，當(dāng)外界一切條件都相同時，通過明氏應(yīng)力分布法分析樁基沉降量，所得的量總值幾乎等同于工程設(shè)計和推算時的總量;而運用布氏公式法計算所得的值通常有偏差，相比于實際測量值要偏大30%，甚至50%;用分層總和法分析單樁沉降量時，依據(jù)壓縮層的計算深度，參照相關(guān)規(guī)定，或者實際經(jīng)驗來確定。

（三）群樁沉降設(shè)計法

對實體深基礎(chǔ)法進行討論，該基礎(chǔ)法也被稱之為等代墩基法。工作人員在對公路橋梁進行設(shè)計的過程中以及在對群樁沉降進行計算的過程中，最常用的方法就是深基基礎(chǔ)法，而且深基基礎(chǔ)法也是高承臺樁群與土層施工的基礎(chǔ)，但是整個處理過程必須要保證墩基始終都要處在規(guī)定的范圍內(nèi)，且實體墩基和樁基土層二者之間可能會出現(xiàn)壓縮的情況，所以工作人員需要通過擴展計算的方式來計算出群樁的具體沉降數(shù)值。在工作開展的過程中，還可以將實體基礎(chǔ)底面當(dāng)成主要的研究對象，結(jié)合地基土執(zhí)行與附加應(yīng)力性質(zhì)等方面的要素，通過不同的計算公式來對目標(biāo)進行計算。想要從根本上減少差異，保證工作的正常開展，相關(guān)工作人員就必須要按照工作實際開展情況，提出不同的預(yù)防措施。

四、公路橋梁工程設(shè)計中樁基沉降問題改善方法

（1）樁基布局改善。在進行樁基布局設(shè)計過程當(dāng)中，設(shè)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(jù)公路橋梁工程的總長，計算樁基布局中的樁基數(shù)量，最終依照計算結(jié)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(jié)構(gòu)來進行補強，對此也需要通過相應(yīng)的計算來得出強度差值，再依照差值進行相關(guān)設(shè)計。（2）樁基選型改善方法。公路橋梁工程時常會遇到臨水環(huán)境，此類環(huán)境的土體松軟，極易出現(xiàn)不良沉降現(xiàn)象，那么針對此環(huán)境，設(shè)計人員需要做好基礎(chǔ)設(shè)計工作。橋位處軟土層較厚時，樁柱式單排裝，需設(shè)承臺，減少樁基不均勻沉降產(chǎn)生的不利影響。但在實際應(yīng)用當(dāng)中，還需要根據(jù)實地情況來進行選擇。此外，位于水中的樁基礎(chǔ)，要考慮水流沖刷帶來的不利因素，樁基長度設(shè)計時，要扣除沖刷深度。

五、結(jié)語

總而言之，分析公路橋梁工程設(shè)計中的樁基沉降問題，必須在充分掌握相關(guān)理論知識的基礎(chǔ)上，結(jié)合自身經(jīng)驗和工程實際情況計算，為了保證公路橋梁樁基沉降分析的全面性和科學(xué)性，還要善于借助先進的測量技術(shù)，盡量避免橋梁工程樁基沉降對后期使用功能的影響。

參考文獻：

[1]劉杰.公路橋梁施工在軟土地基上不均勻沉降的防治對策探討[J].工程技術(shù)研究，2017，（10）：39+41.

[2]陳卓.橋梁設(shè)計在市政工程的要點分析[J].工程技術(shù)研究，2017，（10）：200+206.

[3]謝立安.濕陷性黃土浸水濕陷對橋梁樁基負摩阻力影響深度的研究[J].公路，2016，（1）：118-121.