芻議公路橋梁樁基沉降原因及防治措施

張浩

（中鐵十二局集團國際工程有限公司，天津 300308）

0 引言

橋梁是交通道路的重要組成部分，其耐久性和安全性已經成為建設單位關注的重點問題。而樁基工程是橋梁工程建設的關鍵，一旦樁基產生不均勻和不規則沉降，會嚴重影響到橋梁工程的正常使用和工程壽命。無論從樁基設計環節，到樁基施工、樁基使用環節，都要特別注意樁基沉降問題。本文旨在剖析公路橋梁樁基沉降影響因素及原因，探討公路橋梁樁基沉降防治措施，為各地區建設單位在公路橋梁樁基沉降防治方面提供可行性思路和建議。

1 公路橋梁樁基的分類

根據荷載傳遞的不同方式，橋梁樁基可以分為摩擦樁和端承樁兩大類。摩擦樁主要用于巖層埋置很深的地基。在極限承載力狀態下，主要靠樁身側面與樁周土體之間的摩擦力和樁底端與地基之間少量的阻力來實現承載能力的樁基礎。樁尖部分承受的荷載很小，一般不超過10%，這類樁基的沉降較大。端承樁是穿越軟弱地質后嵌入持力層依靠樁底端與土體之間的阻力來實現承載能力的樁基礎，其穩定性較好。端承樁和摩擦樁的區分，也不能單純從是否嵌巖來區分，還應考慮上覆土層的性質和厚度、樁長徑比、嵌入巖層的性質、嵌巖深徑比和樁底沉渣厚度等因素。

2 公路橋梁樁基沉降影響因素及原因分析

橋梁樁基沉降一般都是由縱向荷載力、樁基、承臺以及接觸土層的共同作用而造成的。在正確處理與分析橋梁樁基沉降問題時，應首先了解樁基沉降的原因，從源頭出發，合理預防與治理。從目前發生的橋梁樁基沉降現象來看，主要受如下4 個方面因素影響。

2.1 自然災害導致公路橋梁樁基沉降

各地區地質條件不同，天氣氣候不同，對于公路橋梁損害和破壞程度不同。現代化的公路橋梁工程建設，雖然在品質上有了很大程度提升，但從各地區公路橋梁樁基破壞現象來看，天災造成橋梁樁基沉降的現象依然存在。比如，地震、火災、水災、風災等常見的自然災害現象，都會給公路橋梁樁基帶來結構上的損壞，會給交通和通行安全造成極大威脅和挑戰，甚至會給群眾帶來生命和財產損失[1]。通過對公路橋梁樁基沉降問題進行鑒定與加固，可以極大程度上進行根源挖掘，延長公路橋梁使用壽命，保障廣大基層群眾最基本的通行和使用安全。

2.2 設計階段調查不足，導致設計存在偏差

2.2.1 地質環境調查研究不足

無論是端承樁還是摩擦樁，樁基都需要相當大的一部分埋設在土體當中。因此土體性質對樁基穩定影響很大，當樁間土和地基土土質較硬，則沉降變形較小，相反若土質較差，則容易發生沉降和側移問題。若樁頂承受的荷載超過地基的承載能力，則易發生短時間快速沉降；若地基土層不均勻導致地基承載力差異過大，易出現不均勻沉降現象；若單樁兩側土體性質變化較大，易出現傾斜沉降。如果未對地質環境進行仔細勘探，或者未按照勘探數據，依靠主觀判斷和部分經驗進行樁基設計，設計結果往往存在較大誤差，導致橋梁樁基出現較大沉降。另外地勘階段勘探不夠深入，也會造成結果不準確，利用這些數據進行設計，也是造成樁基沉降的一個重要因素。

2.2.2 樁基布置、選型不科學

樁基布置、選型不合理是造成沉降的主要原因之一，公路橋梁樁基選型不同產生的沉降表現形式也不同。以鉆孔樁與打孔樁為例，當橋梁樁基所受的外部荷載相對較小時，樁基的沉降主要以樁間土壓縮變形為主；而當樁基受到較大的外部荷載作用時，鉆孔樁的沉降表現為地基土體壓縮變形，打孔樁的沉降表現為樁間土體壓縮變形。樁基是橋梁工程中應力較為復雜的構件，設計時應參考結構荷載及地質情況進行樁基選型，對于同一橋墩，宜采用同類型的樁基礎，且樁徑、樁長和持力層的選擇都應該一致，從而減少不均勻沉降，設計上有時選用不同類型或者樁長的樁基來滿足承載力的設計要求，但實際施工與運營時，常常與設計存在偏差，造成荷載變形而導致不利沉降[2]。

2.2.3 過渡設計方案不合理

在橋梁建設中，經常遇見沉降路段，在此類地質條件下進行施工設計時，結構的整體穩定性相對不足。為補強整體結構，常采用鋼筋混凝土搭板或加筋土等方式作為過渡施工方案，減少整體結構剛度變化。但是搭板結構易出現裂縫，造成橋頭跳車。同時，當搭板末端承受較大荷載時，會加大樁基的承載力，產生沉降問題。

2.3 施工階段管控不嚴，造成結構存在缺陷

2.3.1 樁基施工質量控制不嚴謹

公路橋梁工程樁較為常用的是端承樁，這類樁體總體剛度較大，且樁端須嵌入承載能力較強的持力層中。由于樁基所受荷載全部傳入樁底持力層，因此對樁底端的鋼筋及混凝土質量要求較高，需嚴格控制清孔及沉渣工序。以免在長期使用下造成樁端持續入土或樁體變形、壓碎等下沉現象，造成樁基沉降。而端承群樁的沉降往往因為持力層強度不足，或者大量樁基清孔不到位等原因而造成沉降。

2.3.2 墩臺身結構受損或存在質量缺陷

橋梁總體結構可分為橋跨結構、墩臺身和基礎3個部分，其中墩臺身承接上部荷載并傳遞至樁基礎，若墩臺身出現損傷或質量問題，就很可能導致樁基不利沉降，影響整個橋梁結構安全。比如，邊坡持續側壓力或施工臨時堆載造成墩臺身傾斜或水平位移，從而對基礎造成偏心或斜向受力，引起樁基礎的變形、開裂和傾斜，從而導致樁基沉降。

2.4 樁基沉降監測不到位導致公路橋梁樁基沉降

在進行公路橋梁工程建設時，需要對樁基沉降進行實時化監測。這樣可以使得施工單位，在樁基沉降問題發生時，第一時間采取措施進行制止。然而在公路橋梁工程建設過程中，施工單位往往缺乏公路橋梁樁基沉降實時化監測意識，常常是樁基沉降比較嚴重時才會被發現。公路橋梁樁基沉降如果肉眼可見，則問題已經相當嚴重[3]。甚至有些地方，對于公路橋梁樁基沉降監測形式和技術上存在問題，在錯誤監測方式和監測技術條件下，使得公路橋梁樁基沉降監測精準度受限，很難實現樁基沉降全面且細致監測。

3 公路橋梁樁基沉降防治措施探討

3.1 加強地質勘查，做好設計前準備工作

在進行公路橋梁工程建設時，地質構造情況也會對樁基沉降造成影響。因此，在設計之前應進行地質構造勘察，充分了解區域內地質組成、巖土構造、水文地質等地質情況。尤其對于地基的穩定性、地基的厚度、土層的坡度等變化情況，要有清晰的認知和掌握。可以提前熟悉不良地質的分布范圍，從而采取更加科學合理的樁基設計方案，對樁基類型、樁基承載力、樁基持久力等進行更為精準的計算和統計[4]。設計人員應認真審核地勘成果的有效性、準確性，計算時亦應該嚴格按照地勘數據進行，不可憑借主觀經驗。

3.2 科學選型，積極優化樁基施工布局

橋梁工程一般處于鄰水地段，地質條件較差，含水量較高，在進行施工設計時，需對基礎結構進行謹慎研究，積極優化公路橋梁樁基施工布局、研究路基與橋梁的過渡方案。若軟弱土層較厚，可改為群樁或通過增加承臺數量來調整荷載分布，防止出現應力集中現象；常流水的地段應增加抗沖刷及防撞擊設計，減小水流沖刷對樁基的影響。樁基設計人員要根據單樁承載力，計算出橋梁總長度，然后再確定樁基基礎數量，根據樁基的均勻性，來計算樁基分布范圍。即便是樁基分布不均勻，可以利用附加結構進行補強，實現均勻性分布[5]。

3.3 規范化進行公路橋梁樁基施工，避免樁基沉降問題發生

在實際的公路橋梁樁基施工中，影響到樁基施工品質的因素極多。包括施工設備、施工技術、施工工藝、施工材料、管理機制等，都會對公路橋梁樁基施工效益，產生直接性影響。而且技術工藝、材料設備等，都是導致樁基沉降的關鍵因素。在公路橋梁樁基施工時，施工單位要更加注重細節化管控。例如，施工單位可以采取以下措施，盡量規避樁基不均勻性沉降問題。一方面，做好前期準備工作，施工方案的制定、施工場地的規劃、人員機械的配備等，不可匆忙上場，保證工程有序推進。另一方面，嚴格管控樁基的施工工序，把握關鍵工序，保證樁基質量，包括嚴控二次清孔程序，保證樁底沉渣厚度符合要求，避免影響樁底質量。終孔檢查合格后應迅速開始灌注工作，避免造成樁基縮頸。混凝土供應順暢，避免灌注時間過長，導致斷樁現象等。

3.4 強化公路橋梁樁基結構檢測， 及時發現樁基沉降問題現象

樁基自身的結構缺陷也是影響沉降的重要因素，因為在樁基施工結束后，應進行樁基質量檢測，以確保樁基質量，控制不良沉降。對應不同的公路橋梁樁基結構檢測內容，所采取樁基結構檢測技術不同。目前比較實用且流行的樁基結構檢測技術，主要有以下4 種。

3.4.1 樁基結構回彈檢測技術應用

公路橋梁樁基結構回彈檢測技術，主要是通過對公路橋梁樁基結構，測定回彈值相關參數的檢測，對樁基材料抗壓能力和強度均勻性進行測定的技術方法。樁基結構回彈檢測技術，可以極大程度上減少對樁基結構的損害，不需要對樁基物結構大面積進行檢測，可以很好的保護好樁基結構基礎上，獲得相應檢測數據。

3.4.2 樁基結構鉆芯檢測技術應用

公路橋梁樁基鉆芯檢測技術，主要是在樁基結構構件上，鉆取混凝土芯樣，然后進行芯樣抗壓強度的試驗。鉆芯檢測技術所獲得的信息數據及判斷結果，精準性極高但是會對局部樁基結構造成損壞。對于需要大量進行樁基結構檢測的項目，則不適宜鉆芯檢測技術[6]。

3.4.3 樁基結構軸壓檢測技術應用

軸壓檢測技術主要是在樁基砌體結構中比較常用的檢測技術。其主要是對樁基砌體結構抗壓強度和抗剪強度進行檢測。軸壓檢測技術的優點是，可以直接獲得測試砌體的強度參數，而且參數數據相對精準。其缺點是，軸壓檢測技術應用，需要大量試驗，而且在應用時，會對砌體造成一定程度上的損耗。

3.4.4 樁基結構其他檢測技術應用

以上3 種類型的公路橋梁樁基結構檢測技術，是比較流行且比較精準的檢測技術，在樁基結構檢測和加固中，有著極為廣泛性的應用。除此以外，在實際樁基結構檢中，還有射釘檢測技術、筒壓檢測技術、單剪檢測技術、扁頂檢測技術等，同樣有著廣泛性應用，可以很好地實現對公路橋梁樁基結構問題精準檢測。

4 橋梁樁基加固技術應用， 減少樁基沉降問題概率發生

4.1 橋梁樁基中碳纖維片材加固技術應用

碳纖維片材是一種新型復合材料，近年來，在公路橋梁工程建設中，有著極為普遍性的應用。尤其在樁基結構加固改造工程中，碳纖維片材的應用更為廣泛。碳纖維片材應用時，需要將配套材料進行配合，將碳纖維片材直接附著在配套材料構件表面上，這樣可以大大提升碳纖維片材的承受力和承載力。如果將碳纖維片材直接應用在樁基混凝土變形中，進一步提升公路橋梁樁基結構承載力[7]。

4.2 橋梁樁基中植筋加固技術應用

植筋加固方法，顧名思義，主要適用于樁基結構混凝土鋼筋受彎、構件受壓等位置的加固。植筋加固方法主要是在原樁基結構混凝土結構上，進行注膠、鉆孔，使得鋼筋可以在混凝土中生根。如果鋼筋混凝土處于地下深埋位置，則已經固化生根的鋼筋，需要有足夠的抗拉拔性以及錨固性，才可以對其進行進一步的加固處理和改造[8]。由于植筋加固方法簡潔、輕便、快捷、設計靈活、成本較低且效益較好，近年來在橋梁樁基結構沉降問題改造中，有著極為廣泛性的應用。

4.3 橋梁樁基粘鋼加固技術應用

黏鋼加固方法需要將公路橋梁鋼板用結構膠，粘貼于鋼筋混凝土構件的表面，利用黏結力來傳遞剪力，使鋼板與原有鋼筋混凝土結構成為一體，形成二次組合構件，從而使鋼板起著受力鋼筋的作用，以提高公路橋梁樁基結構的承載力。由于黏鋼加固結合面的黏結強度，主要取決于混凝土強度，被加固構件的混凝土強度不能太低，黏結鋼板厚度，主要結合面混凝土強度、鋼板錨固長度及施工要求而定。通過橋梁樁基粘鋼加固技術應用，可以提高公路橋梁樁基的加固水平。

5 結語

綜上所述，隨著社會經濟的不斷發展和城市化進程不斷加快，公路橋梁建設也日益發展起來。公路橋梁在社會化生產生活中，所發揮作用也越來越重要。現代化市場經濟發展趨勢下，公路橋梁建設任務越來越繁重。公路橋梁建設過程中，也會出現各種施工問題。其中，樁基沉降問題便是比較頻繁的問題。本文對常發生的樁基沉降原因提出了一些有針對性的解決建議，施工設計單位要進一步確保樁基工程設計、樁基施工作業水準，有效控制樁基整體沉降問題，積極做好樁基結構、工藝流程等現場控制，確保公路橋樁基施工整體質量，實現公路橋梁不良沉降的有效控制。