公路橋梁工程設計中的樁基沉降問題分析

王春棋

摘要：近些年，我國的建筑快速發展，現階段，樁基設計是否合理直接影響橋梁整體的建設質量，因此必須高度重視樁基設計。為此，文章對橋梁樁基設計的規律、樁基沉降的類型區分、檢測樁基下降的方法、單樁與多樁的沉降等進行了研究，希望可以盡量避免樁基沉降問題的發生，幫助相關施工單位提高公路橋梁建設水平與質量，促進公路橋梁工程的發展。

關鍵詞：公路橋梁工程;樁基設計;樁基沉降

引言

在橋梁設計的過程中，采取科學有效的方式提高樁基沉降的控制水平是非常重要的一項內容。鑒于此，文章立足于實際，在闡述公路橋梁樁基類型的基礎上。詳細的對設計過程中樁基沉降設計方案進行研究。希望通過論述之后，可以給該領域的工作人員提供一些參考。

1工程概況

某跨線橋上部按4聯結構設計，4聯分別為4×30m預應力混凝土現澆連續箱梁，4×35m裝配式預應力混凝土連續箱梁和2×40m+25m預應力混凝土現澆連續箱梁結構?，F澆箱梁均按單箱雙室截面設計，且箱梁梁高為1.8m和2.1m，梁頂板寬17.5m。下部均采用肋式臺、柱式墩樁基礎。本橋梁工程位于珠江三角洲平原地貌區，主要地質條件為填筑土、殘積土和古生界混合基巖。該橋梁下部的鉆孔灌注樁通過沖擊成孔，并待樁基施工完成后進行質量檢驗。上部箱梁現澆采用滿堂支架現澆方法，在完成箱梁現澆后并未進行橋面鋪裝和護欄施工，待拆除滿堂支架并檢測橋面標高的過程中，發現該橋右幅10#及12#橋墩發生了較為嚴重的沉降，最大沉降達9.98cm，而包括現澆箱梁在內的橋梁結構的其余部分并未發現沉降、裂縫等病害。

2公路橋梁工程設計中的樁基沉降分析

2.1單樁樁基的沉降分析

目前在進行橋梁單樁樁基沉降分析環節，具體可以通過如下幾種方法分析確定：其一，載荷傳遞分析法。該方法應用的過程中，將樁基分解成為多個長度相同的樁基單元形式，然后通過非線性彈簧模擬樁基和土層存在的關系，在樁基端位置上進行土體的非線性彈簧模擬分析。公路橋梁施工中，需要合理的使用先進儀器、儀表等設備，隨時進行測量，掌握技術參數才能提高設計效果;其二，剪切形變傳遞模型法。該方式應用后可以使得樁基沉降的計算更加的簡單，同時在模型中可以假設載荷承載力很小的情況下，樁基軸向的負荷承載力也會導致樁基下沉的問題，在沉降環節也會給周邊的土層結構產生較大的剪切作用，但是土層并不會發生移動的反應，剪應力也會隨著樁基側面層結構進行擴散;其三，彈性理論分析法。該方式需要做好樁體結構的全面深入研究，明確樁基礎的縱向承載力的標準要求，然后能夠掌握和了解樁基土層結構以及位移的關系，從而可以了解土層的樁基之間、樁基土之間的各種作用和關系，然后擴展成為多種沉降計算方式以提升計算準確性。

2.2高應變動測試技術

高應變動測試技術是由美國一家測試企業所發明的，這種技術依托于計算機軟件。該技術是先計算承載力，而承載力是通過樁基上部激發阻力所產生的應力波與速度波所測得的。在橋梁建設的過程中普遍采用高應變動測試技術與曲線擬合技術。測量樁基垂直承載力的極限是高應變動測量技術獨特的優勢，不需要其他輔助樁基，并且測試時間相對較短、成本低、效率高。此外，該技術可以測試單個樁基的承載能力與樁基自身的重力，還可以顯示樁基的全面性、樁基阻力的分布情況等。

2.3公路橋梁樁基沉降的計算

公路橋梁在運行中，產生樁基沉降問題是非常常見的，要想有效的解決處理這些問題，就要采取合理的計算方法。以土力學的理論作為基礎，樁基沉降主要有土體流變、固體變形方面的影響，所以其會產生刺入變形的反應。多種測量設備并不能進行樁基周邊應力參數的測量和分析，也就不能準確的了解土層應力變化的情況，所以需要從客觀角度出發觀察和測量，并且設置應力模型，了解周圍土體結構的應力關系。土體樁基要長期觀察以掌握和了解發展規律，樁基沉降也是非常常見的，很多公路橋梁運營時間會比較長，因此，公路橋梁沉降與時間也會存在關系。樁基產生沉降問題，多數都是刺入變形導致的，所以需要檢測確定試驗時間，防止發生土層徐變、固結等不良現象。樁基沉降發展階段，樁端、兩側土體以非線性的形式變化，土體塑性也會發生承載力的變化。按照目前樁側摩阻力研究分析發現，相對位移比較小的情況下，和摩阻力以正比關系存在，相對位移接近極限值摩擦力就會導致滑動反應。從細長樁基方面分析，樁基頂部承載力較小的情況下，由于土體存在彈性壓縮反應，樁基周邊土體超出了極限值會產生滑移反應，連續加載的情況之下，滑移會更加的嚴重，也會導致周邊土體的形變與固結，進而導致刺入變形的產生。

2.4群樁沉降

在樁、地基土和承臺互相影響下便會引發群樁沉降，其中，高承臺群樁會表現出與單樁相近的側摩阻力荷載傳遞過程。影響群樁沉降的因素遠比單樁沉降復雜，主要包括群樁幾何尺寸、地質條件、施工技術、荷載量及持荷時間、承臺形式等。群樁沉降大多與樁端下方土層壓縮性有關，如持力層下方主要為軟下臥層時，群樁試驗承載力及變形不一定滿足規范要求，必須進行進一步驗算。

2.5單樁負載量的計算

在公路橋梁建設過程中，通常使用傳遞分析的方法進行單樁負載量的計算，在樁基底部與土層上部采用非線性彈簧進行試驗，在樁基的尾端也采用相同的試驗方法。但是根據施工的真實情況，進行測試時需要使用各種的設施設備，因此傳遞分析方法一般很少被使用。剪切式的傳遞分析法的使用則減少了計算樁基承載力的步驟，簡化了計算方法。若樁基發生下沉，會導致樁基四周的土坑發生變形，而樁基周圍的土層沒有進行位移，那么這些力度將從樁基的上部向四周產生影響，待承載力到達極限時，摩擦樁基所承受的作用力會越小。因此，樁基下沉大多是由于樁基側面的承載力所導致的。彈性法是使用相關的理論知識對樁基與土層之間的相互摩擦力、位移與作用力進行研究，進一步得到土層與樁基相互對應的作用力。測量人員在使用彈性法的過程中，應該注意樁基與土層是否具有彈性條件。

2.6保證橋梁樁基的基本性能

樁基設計最為重要的指標就是保證橋梁上部結構達到穩定性的標準，要從橋梁樁型、橋梁結構等方面出發確定，還要選擇合適的樁徑、長度以及間隔距離;詳細計算確定樁基承載力、基礎應力等參數;確定樁基、樁帽的組成結構;樁基位置平面布置方案的確定。樁基設計應該綜合分析環境因素的干擾和影響，及時總結分析比較常見的問題，發布相關的應對措施。樁基設計階段，應該達到使用功能的要求。首先需要確保載荷傳遞性能符合要求，可以承載各個方面的載荷，分擔交通載荷。其次，樁基的抗彎性能符合要求，應該達到規定剛度與抗彎性能的要求，從而可以承受多個壓力的作用影響，符合環境的使用標準。

結語

通過對該橋系梁與承臺錯臺及開裂問題進行現場調查及病害總結與成因分析，給出“扁擔式”加固措施，即對原橋系梁進行外包混凝土加固，并新建承臺及樁基等處理方法來彌補原橋樁基沉降，局部承載力不足現象，并對新建承臺及原橋樁基進行可靠連接，使之能夠整體參與受力，該維修方法可為后續出現此類問題的工程提高參考。

參考文獻

[1]中華人民共和國交通運輸部.2019公路水路交通運輸行業發展統計公告[Z].北京：2020.

[2]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.

[3]宋彥平，王廣志，宋希光.基于增加樁長的樁基礎沉降控制技術研究[J].交通節能與環保，2019（4）：98-100.