公路橋梁工程設計中樁基沉降問題分析

馬健 蔣煜

摘 要：公路橋梁工程的設計工作十分復雜繁瑣，需綜合考慮樁基承載力和負摩阻力情況，根據其受力機理對樁基沉降問題進行分析，從而編制出科學合理的公路橋梁樁基設計方案。基于此，本文以樁基沉降問題作為研究對象，分析樁基設計工作的相關內容，了解產生沉降問題的原因，通過做好地質勘察、改進樁基選型與布局、科學計算樁基承載力等方式解決樁基沉降問題。

關鍵詞：公路橋梁工程;樁基設計;沉降問題

中圖分類號：U445 文獻標識碼：A 文章編號：1671-2064（2020）02-0118-02

0引言

公路橋梁工程的上部荷載比較大，樁基在縱向荷載、地基以及承臺的相互作用下不會產生明顯的沉降變化。但如果樁基基礎動態變化較大，或有其他因素造成的影響，樁基沉降問題可能因此出現。做好樁基設計工作，對樁基沉降問題予以解決，使其更好的用于公路工程設計施工，盡可能的延長公路橋梁的使用壽命。

1 公路橋梁工程的樁基設計工作

公路橋梁工程的樁基設計工作主要包含樁基選型與方案確定、確定樁徑、樁長與樁距參數、確定單樁基結構形式和承載能力、選定樁頂傳遞荷載結構、明確樁身涉及刑事與承臺構造等。樁基設計是公路橋梁工程建設的基礎，只有保證樁基設計的科學性與合理性，才能使公路橋梁結構更加穩固。樁基能夠將水平與豎向的承載向地基傳遞，減輕上部負荷，使樁基擁有一定的抗彎能力，提高樁基結構剛度。由于公路橋梁工程的類型不同，樁基在選擇時也會有差異，其中預制樁和灌注樁比較常見，公路橋梁工程樁基設計中經常使用鉆孔灌注樁。樁基剛度大，可以減輕上部沉降，使樁基變形被均勻分攤，樁基與周圍介質產生摩擦，將上部荷載傳給周圍土地，減輕樁體壓力，保持樁基結構的穩定性[1]。

2 公路橋梁工程設計中樁基沉降問題分析

2.1地質環境勘察工作不足

為保障樁基穩定，公路橋梁工程設計前應做好地理環境的勘察工作，從而了解地基物理力學情況，使樁基設計更加合理。但在很多公路橋梁工程案例中，設計人員展開設計工作之前沒有深入施工現場進行地質勘察，只是根據相關資料了解當地地質情況，或者依靠主觀思維完成設計工作，這將導致設計結果和實際環境不相符，并造成樁基沉降問題。雖然有部分設計人員會前往當地展開地質勘察工作，但勘察的項目不夠完整，勘察的結果有一定缺陷。

2.2樁基選型存在問題

面對不同的地質環境，應選擇同等類型的樁基。比如山地區域底層起伏，設計人員需要考慮墩臺縱橫向的地基土類型與同一墩臺應采用的樁基。但有的設計人員在選擇樁基類型時過于重視施工成本，選擇與標準相近的樁基，雖然這種樁基也有承載力，但容易受到外力干擾，在后期出現位移和傾斜的現象。

2.3樁基布局存在問題

樁基布局是公路橋梁施工中不良沉降問題產生的主要原因。樁基布局代表了公路橋梁工程的應力結構布局，如果樁基布局不理想，工程應力結構也會出現問題。比如在某個公路橋梁工程中，樁基間距較小，工程應力結構集中，這時工程兩端應力就比較空虛，這種樁基布局容易使兩端出現沉降，甚至給公路橋梁帶來坍塌的可能。

2.4墩臺身問題

一般的公路橋梁架構主要分為上部結構、墩身與臺身、樁基三部分，墩身或臺身是承接上部結構與樁基的重要結構，一旦此處出現問題，將很容易引發不良沉降。墩臺身是公路橋梁的中間部分，如果墩臺身有傾斜，樁基部分也有可能發生位移或傾斜。或者在一部分公路橋梁工程設計工作中，承重柱傾角過大，公路橋梁主體應力呈現出傾斜的狀態，并將力傳遞給樁基[2]。

3公路橋梁工程設計中樁基沉降問題的改進措施

3.1做好地質環境勘察工作

公路橋梁的樁基建設屬于一項較為復雜的隱蔽工程，樁基結構施工質量容易受到多方面因素影響，這不僅關系到整個公路橋梁工程的順利開展，也會影響未來公路橋梁的運行使用。因此，在施工前進行相關準備工作至關重要，做好公路橋梁工程施工前的地質勘察工作。安排設計人員和勘察人員一同參與到地質勘察中，提前編制工作計劃，標出勘察項目，對各項目嚴格審核，保證地質勘察項目的完整性。在正式勘察過程中，應圍繞計劃計算勘查結果，確保結果的準確無誤，以此為基準開始公路橋梁工程設計工作，防止在后期施工中發生樁基沉降問題。

3.2改進樁基選型和布局，優化墩臺身

有時公路橋梁工程施工會遇到臨水的施工環境，這種環境的土體松軟，容易產生沉降現象。建議設計人員做好基礎設計工作，當橋位于軟土層時，樁柱式單排裝，設置承臺，緩解樁基壓力。如果樁基礎在水中，應考慮水流沖刷給樁基帶來的影響，設計樁基長度時去除水流沖刷的深度。對樁基進行合理布局時，應計算樁基的受力范圍，按照公路橋梁工程施工總長度，計算布局內的樁基數量，根據計算結果使樁基在受力范圍內分布均勻，改善因樁基布局問題而產生的沉降現象。在某種特殊條件下，樁基可能無法均勻分布，這時應利用附加結構對樁基補強處理，計算出強度差值，按照差值優化公路橋梁工程的樁基設計。此外，還應對公路橋梁的墩身與臺身進行優化，按照設計要求，設計人員應確保墩臺身受力均勻。如果墩臺為異形結構，應保證墩臺的正投影形狀對稱，通過承臺向樁基傳遞均勻的豎向力。施工設計時應保障墩臺身的結構質量，使結構擁有足夠的橫向承載力，可以滿足混凝土最小裂縫需求，并對墩臺采取一定的防撞擊措施，維護墩臺結構的穩固性。

3.3遵循樁基沉降規律計算承載力

在公路橋梁工程設計中，應按照樁基沉降的規律情況對水平承載和豎向極限承載力進行科學計算。軟土壓縮性會隨著液限的增加而提高，樁基基礎在外力作用下超靜孔隙水壓力也會較高，導致軟土變形需延續較長一段時間。如果公路橋梁工程的地基沉降比較大，且橋梁外觀存在問題，這將影響橋梁的正常使用，造成這一現象的原因主要是樁基不均勻沉降與樁基短時間較大沉降，使樁基上部發生扭曲或裂縫。因此，應采取有效的方法控制地基形變，對樁基豎向承載力進行有效控制。如果樁基設計是甲級，應采用單樁靜載試驗確定樁基的極限承載力，如果樁基設計等級是乙級，施工區域地質情況不復雜，可參照相關施工條件展開樁基設計工作，應用原位試驗論證設計的合理性。如果樁基設計等級為丙級，建議采用原位測試與經驗參數相結合的方式確定承載力。關于公路橋梁工程的樁基豎向承載力，如果樁基需要承擔軸心荷載，應保證樁基豎向力與施工要求相符合，并結合該區域的地震荷載情況，對樁基豎向承載力加以計算和驗證。

為了保證樁基安全，還需對樁基的水平承載情況和位移情況加以計算，并從單樁基礎與群樁基礎兩方面入手，提高計算結果的精確度。公路橋梁的單樁基礎承載了水平力，如果水平荷載屬于甲級或乙級樁基，特征值就要通過單樁水平靜載試驗來確定。如果樁身的配筋率比0.65%混凝土灌注樁高，通過靜載試驗可得出樁身配筋率，地面有10mm水平位移時，可將對應荷載75%的值作為特征值。如果是公路橋梁工程的群樁基礎，力矩較大或有水平力存在時，應考慮群樁、承臺以及土層間的效應，計算樁基水平承載力特征值[3]。

3.4科學進行群樁沉降設計

以實體深基基礎法作為基礎，對公路橋面展開群樁沉降計算。該計算方法是高承臺樁群和土層施工的重要前提，計算時應保證墩基處于規定范圍，實體墩基和樁基土層之間可能有壓縮情況，建議施工人員采用擴展計算的方法得出群樁沉降數值。以實體基礎底面作為研究對象，綜合地基土執行和附加應力等因素，采用有效的計算方式進行群樁沉降設計，并提出相應的樁基沉降預防措施。對路基位移情況進行觀測，提升路堤填筑的穩定性。使用觀測工具，當路面部分完成施工后，觀測得知該路面樁基沉降值為289mm，應用有限元分析法計算路面樁基沉降值是265.2mm，二者之間存在23.8mm的差值，誤差率為8.23%。

計算公路橋梁的樁基承臺，對變階處貫通承臺的斜截面、受剪承載力、樁邊連線進行驗算。如果持力層為厚度較大的巖體，或樁端處理層硬度較高，與樁柱軸線不重合，建議將樁基作為鉸支座，按照連續梁的情況計算。計算樁基承臺時，應了解承臺的正截面受彎承載力和配筋情況，通過相關要求加以控制。綜合考慮各種條件下的樁基位移情況，在面對高路堤軟基工程環境時，可采用挖除換填法施工，如果計算結果有誤差，可從填筑速率角度入手，控制樁基變形或傾斜等不良問題的出現，將填土速率控制在一定范圍內，保證前期結構的穩定狀態，隨后再開展后續填筑施工。

4總結

總而言之，公路橋梁工程在區域上存在差異，樁基結構和具體的施工情況也會不同，要求施工建設單位需要對公路橋梁設計和施工需求進行明確劃分，通過完善的設計控制樁基沉降問題。從實際建設環境角度入手，做好地質勘察與現場控制工作，了解樁基結構和工藝流程，改進樁基選型和布局，優化墩臺身，遵循樁基沉降規律計算承載力，盡可能的延長公路橋梁使用壽命。

參考文獻

[1] 劉明艷.公路橋梁工程設計中樁基沉降問題研究[J].工程建設與設計，2019（19）：58-59+62.

[2] 何玉柱.公路橋梁工程設計中樁基沉降問題研究[J].安徽建筑，2019，26（02）：121-122.

[3] 張玉龍.公路橋梁工程設計中的樁基沉降問題[J].四川水泥，2018（11）：189.