橋梁設(shè)計(jì)過(guò)程中樁基沉降問(wèn)題解析

1 公路橋梁各類樁基沉降形成原理

首先，本文將會(huì)闡述在橋梁工程建設(shè)過(guò)程中為什么會(huì)出現(xiàn)沉降現(xiàn)象，并介紹此現(xiàn)象的成因；其次，需要闡釋一個(gè)關(guān)系：橋梁結(jié)構(gòu)本身的荷載力與地基的承載力，沉降現(xiàn)象就是由于這一對(duì)力的相互作用而產(chǎn)生的。下文將會(huì)具體對(duì)三類現(xiàn)象的成因進(jìn)行解釋說(shuō)明：

1.1 過(guò)快沉降現(xiàn)象的產(chǎn)生原理分析

過(guò)快沉降現(xiàn)象的成因從力的關(guān)系角度進(jìn)行分析，地基的承載力大大小于橋梁工程的樁頂力。這一對(duì)力如果能夠相互抗衡，那么就能使橋梁工程的建設(shè)使用周期更長(zhǎng)；如果存在地基的承載力微微小于橋梁工程的樁頂力，那么對(duì)于橋梁工程的主體而言就沒(méi)有根本性的沖擊；當(dāng)橋梁工程的地基承載力遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于樁頂力的壓力時(shí)，就會(huì)出現(xiàn)過(guò)快沉降的現(xiàn)象，此時(shí)整個(gè)工程的質(zhì)量就會(huì)縮水，嚴(yán)重時(shí)整個(gè)工程的主體結(jié)構(gòu)就會(huì)由于無(wú)法負(fù)荷壓力而倒塌[1]。

1.2 不規(guī)則沉降現(xiàn)象的產(chǎn)生原理分析

不規(guī)則沉降現(xiàn)象指的是橋梁工程的樁頂力與地基的承載力出現(xiàn)了超出一定范圍的差值。與上文中提到的過(guò)快沉降現(xiàn)象的不同之處在于：不規(guī)則沉降現(xiàn)象會(huì)使橋梁工程出現(xiàn)局部質(zhì)量問(wèn)題，雖然不至于導(dǎo)致主體結(jié)構(gòu)的倒塌，但也會(huì)使橋梁工程的局部出現(xiàn)斷裂等情況。

1.3 傾斜沉降現(xiàn)象的產(chǎn)生原理分析

傾斜沉降指的是在單體樁基的建設(shè)工程下，當(dāng)樁基兩側(cè)的土地承載力不同時(shí)，一方的土地承載力小于另一方，但是在施加于其上的樁基力相同的情況下，一方的樁基力與土地承載力可以相抗衡；另一方的樁基力與土地承載力不同時(shí)，則導(dǎo)致兩側(cè)的受力情況不同而產(chǎn)生單側(cè)樁基力與土地承載力無(wú)法抗衡的情況。另外，還有一些因素也會(huì)導(dǎo)致這一現(xiàn)象的產(chǎn)生，但是這種情況較少，例如：出現(xiàn)橫向的外力作用時(shí)，會(huì)破壞整個(gè)工程的平衡，從而危及工程的使用安全。

2 公路橋梁工程設(shè)計(jì)中樁基沉降問(wèn)題產(chǎn)生的原因分析

通過(guò)對(duì)我國(guó)目前的公路橋梁工程建設(shè)沉降問(wèn)題的調(diào)查，得出目前我國(guó)公路橋梁工程建設(shè)沉降問(wèn)題產(chǎn)生主要由于以下幾個(gè)方面的因素，具體包括：

2.1 地質(zhì)環(huán)境勘察工作不足

在橋梁工程建設(shè)前，施工單位需要對(duì)橋梁工程的施工環(huán)境進(jìn)行調(diào)查，其中最主要的一項(xiàng)是對(duì)目標(biāo)建設(shè)橋梁工程的地理位置進(jìn)行調(diào)查，考察當(dāng)?shù)氐牡刭|(zhì)條件下是否能夠進(jìn)行橋梁工程建設(shè)。事前的調(diào)查工作能夠減少后續(xù)工作中可能會(huì)產(chǎn)生的各種意外情況，對(duì)整個(gè)工程的建設(shè)百利而無(wú)一害。然而，通過(guò)觀察我國(guó)的橋梁工程建設(shè)過(guò)程得知，有一部分設(shè)計(jì)人員并不會(huì)對(duì)目標(biāo)建設(shè)區(qū)域的地理環(huán)境進(jìn)行調(diào)查，設(shè)計(jì)者接收到工作任務(wù)后僅會(huì)對(duì)橋梁的設(shè)計(jì)進(jìn)行盡職的工作，僅有理論知識(shí)，而缺少與實(shí)踐的充分結(jié)合，這就使得施工方在建設(shè)過(guò)程中會(huì)遇到各種未知因素[2]。如果建設(shè)區(qū)域的地理環(huán)境比較理想，整個(gè)工程就能夠得以建設(shè)完成；但是，如果當(dāng)?shù)氐慕ㄔO(shè)較差就會(huì)直接影響到施工過(guò)程，那么建設(shè)工程的質(zhì)量也就是未知的。

2.2 樁基選型問(wèn)題

橋梁工程的樁基建設(shè)有各種不同的類型，針對(duì)不同的地理橋梁工程環(huán)境應(yīng)當(dāng)選用最適合的樁基類型。那么如何選用呢？這就需要施工人員的考察與分析。在考察時(shí)需要考慮當(dāng)?shù)氐沫h(huán)境是平原還是山區(qū)以及其他一些需要考慮的因素。有一部分施工團(tuán)隊(duì)不僅僅會(huì)考慮施工的地理環(huán)境，還會(huì)考慮整個(gè)工程的建設(shè)成本問(wèn)題。在樁基的不同類型中，有造價(jià)較高的，同時(shí)也有造價(jià)較低的，價(jià)格與使用效果成正比。雖然，較低造價(jià)的樁基并不會(huì)影響工程的安全建設(shè)問(wèn)題，但是卻極易受到影響，產(chǎn)生上文所述的不規(guī)則沉降現(xiàn)象，進(jìn)而影響工程的安全使用。

2.3 樁基布局問(wèn)題

樁基布局指的是在橋梁建設(shè)過(guò)程中對(duì)工程的應(yīng)力結(jié)構(gòu)布局。兩者之間是相互依存、相互作用、相互影響的關(guān)系，應(yīng)力結(jié)構(gòu)的布局代表整個(gè)樁基的局部；應(yīng)力結(jié)構(gòu)的布局效果直接影響了樁基的布局效果。如果應(yīng)力結(jié)構(gòu)出現(xiàn)問(wèn)題，整個(gè)工程就會(huì)出現(xiàn)質(zhì)量問(wèn)題；應(yīng)力結(jié)構(gòu)的問(wèn)題大小也會(huì)直接影響到工程結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性與安全性。在工程建設(shè)的過(guò)程中，如果樁基的布局集中，那么整個(gè)應(yīng)力結(jié)構(gòu)就會(huì)承受相對(duì)集中的力；如果樁基的布局分散，那么應(yīng)力結(jié)構(gòu)承受的力就會(huì)相對(duì)松散。整個(gè)工程的應(yīng)力結(jié)構(gòu)只有緊密與松散相結(jié)合才是完美狀態(tài)，因?yàn)椴徽撌沁^(guò)于松散，還是過(guò)于緊密都會(huì)使整個(gè)工程出現(xiàn)不良沉降的問(wèn)題，進(jìn)而對(duì)工程的質(zhì)量產(chǎn)生影響。

2.4 墩臺(tái)身問(wèn)題

墩臺(tái)身的建設(shè)也是引發(fā)不良沉降現(xiàn)象的因素之一。墩臺(tái)身屬于橋梁工程結(jié)構(gòu)中的一部分，對(duì)于整個(gè)工程具有承上啟下的作用，承接來(lái)自上方的力，從而緩沖對(duì)于地基的壓力。如果墩臺(tái)身出現(xiàn)了質(zhì)量問(wèn)題，那么就會(huì)直接出現(xiàn)不良沉降的現(xiàn)象，進(jìn)而影響到整個(gè)工程的質(zhì)量。就目前現(xiàn)狀而言，在設(shè)計(jì)過(guò)程中，墩身存在的問(wèn)題有設(shè)計(jì)規(guī)格過(guò)大，或是設(shè)計(jì)階段沒(méi)有考慮墩臺(tái)身自身的承重量，在實(shí)踐中受到了外界荷載或是地形荷載，從而引發(fā)下沉問(wèn)題的出現(xiàn)。總結(jié)來(lái)講，墩臺(tái)身的設(shè)計(jì)第一要符合質(zhì)量安全的標(biāo)準(zhǔn)；第二要保障結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性；第三，要符合不同類型墩臺(tái)身質(zhì)量的特殊要求[3]。

3 公路橋梁工程設(shè)計(jì)中樁基沉降問(wèn)題改善方法

提升公路橋梁工程的建設(shè)質(zhì)量，保障工程建設(shè)完畢后的使用效果，減少公路橋梁工程的不良沉降現(xiàn)象，可以從以下四個(gè)方面入手：

3.1 加強(qiáng)地質(zhì)勘察工作

由于在具體實(shí)踐過(guò)程中，這一工作的缺失導(dǎo)致了工程建設(shè)效果降低，因此必須加強(qiáng)地質(zhì)勘探工作。首先，要求承接設(shè)計(jì)工作的設(shè)計(jì)方必須對(duì)橋梁建設(shè)目標(biāo)區(qū)域的地質(zhì)環(huán)境進(jìn)行考察；其次，考察的過(guò)程應(yīng)當(dāng)反映在合同中，在雙方簽署的合同書(shū)中要明確標(biāo)注關(guān)于地質(zhì)勘探工作進(jìn)行的要求。對(duì)這一工作的調(diào)查可以由監(jiān)察小組進(jìn)行監(jiān)督，監(jiān)察小組由雙方人員互相選任派出；最后，得出的地質(zhì)勘探結(jié)果應(yīng)當(dāng)生成紙質(zhì)版的結(jié)果，交由施工方。對(duì)于施工方而言，這一調(diào)查結(jié)果只是一項(xiàng)參考，如果在實(shí)踐工作中發(fā)現(xiàn)了不相符合的情況，則應(yīng)及時(shí)報(bào)告，不得擅自做決定。及時(shí)的報(bào)告能夠理清設(shè)計(jì)方與施工方的責(zé)任，方便后續(xù)的責(zé)任追究。

3.2 樁基選型方法分析

樁基的類型選用對(duì)于工程建設(shè)的效果十分重要，因此施工單位應(yīng)當(dāng)充分考慮各種例外情況的產(chǎn)生，選用最適合的樁基類型。在建設(shè)過(guò)程中，選用樁基類型會(huì)遇到水環(huán)境的困擾。在建設(shè)目標(biāo)區(qū)域如果遇到水環(huán)境，極易產(chǎn)生不良沉降現(xiàn)象。遇到這一情況需要充分考慮土壤結(jié)構(gòu)是否松軟、水流的沖刷可能會(huì)對(duì)樁基造成的影響等。在合計(jì)環(huán)節(jié)，施工單位還需要按照樁基的實(shí)際情況，對(duì)樁基類型的適應(yīng)性進(jìn)行解析，從而保證樁基的應(yīng)用效果可以達(dá)到工程的需求。

3.3 改善樁基布局方法分析

實(shí)踐中，想要改善樁基的布局，則需要計(jì)算樁基的個(gè)數(shù)、橋梁設(shè)計(jì)的總長(zhǎng)以及每個(gè)樁基的受力區(qū)間；經(jīng)過(guò)計(jì)算得出最完美的設(shè)計(jì)方案，從而改善樁基的布局。如果出現(xiàn)較大的差值，也可以利用其他的輔助設(shè)施予以彌補(bǔ)。

3.4 優(yōu)化墩臺(tái)身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

優(yōu)化墩臺(tái)身的結(jié)構(gòu)，最重要的一點(diǎn)是保障墩臺(tái)身的結(jié)構(gòu)建設(shè)穩(wěn)定。由于墩臺(tái)身也有不同的設(shè)計(jì)方案，因此對(duì)于不同的設(shè)計(jì)類型，在做到上述結(jié)構(gòu)穩(wěn)定的基礎(chǔ)上還應(yīng)當(dāng)根據(jù)不同類型的設(shè)計(jì)需求予以特殊的技術(shù)支持；另外，無(wú)論哪種類型的墩臺(tái)身都應(yīng)當(dāng)保障施工的質(zhì)量和后續(xù)投入使用的效果。與此同時(shí)，在墩臺(tái)身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的過(guò)程中，還需要考慮地質(zhì)的承載能力是否可以承托墩身結(jié)構(gòu)的實(shí)際重量，有必要時(shí)應(yīng)該加強(qiáng)地基結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度。

4 群樁沉降設(shè)計(jì)方法建議

對(duì)于群樁沉降設(shè)計(jì)的問(wèn)題，可以從三個(gè)角度分析，具體包括：

4.1 群樁實(shí)體基礎(chǔ)法

目前，我國(guó)在公路橋梁工程建設(shè)中對(duì)于群體性的樁基沉降現(xiàn)象的預(yù)防使用的是實(shí)體基礎(chǔ)法。實(shí)體基礎(chǔ)法指的是將樁基作為實(shí)體，并對(duì)樁基的承受范圍進(jìn)行計(jì)算，從而得出相應(yīng)的承受區(qū)間。

4.2 群樁分層總和法

分層總和法是指將地基沉降計(jì)算深度內(nèi)的土層，按土質(zhì)和應(yīng)力變化情況劃分為若干分層，分別計(jì)算各分層的壓縮量，然后求其總和，從而得出地基最終的沉降量。國(guó)家規(guī)范計(jì)算地基沉降的方法就是分層總和法，本方法計(jì)算的物理概念清楚，計(jì)算方法也很容易，易于在工程單位推廣應(yīng)用。

4.3 群樁彈性理論法

此方法以應(yīng)力法中樁基側(cè)邊的摩擦力為基準(zhǔn)計(jì)算受力區(qū)間，一般的做法是基于兩根樁豎向位移的相互影響，采用疊加原理推廣至群樁的沉降計(jì)算。 但由于其解復(fù)雜，結(jié)果均以圖解形式出現(xiàn)，無(wú)顯式解，因而分析困難。

5 結(jié)語(yǔ)

因?yàn)椴涣汲两禃?huì)給工程的安全使用帶來(lái)極大的負(fù)面影響，所以我們通過(guò)將不同類型的不良沉降成因分析以及改善不良沉降現(xiàn)象發(fā)生的方法分析作用于實(shí)踐，希望能夠?yàn)闃蛄汗こ痰慕ㄔO(shè)提供思路，保障工程的安全使用。