基礎沉降對橋梁結構的影響及沉降控制

張紅波

（中鐵七局集團 鄭州工程有限公司，河南 鄭州450000）

0 引言

橋梁基礎分為樁基礎和沉井基礎，其中樁基礎具有較好的承載能力，結構穩定性好，是橋梁建設中應用最多的基礎形式。比較常見的樁基礎形式有預制管樁、沖孔樁和人工挖孔樁等，由于樁基礎的承載力和穩定性較好，采用樁基礎的橋梁結構的總體沉降比較容易控制，但容易生局部樁身穩定性不足造成的局部不均勻沉降，影響整個橋梁結構的正常使用。

沉井基礎能夠適應較厚的覆蓋土層，帶動周圍大范圍的土體共同承擔上部荷載，但其在使用階段能夠滿足沉降要求，還需要進一步的研究。

1 橋梁基礎沉降對橋梁結構的影響

1.1 計算模型的建立

以某橋梁的加寬處理為例，在橋梁的兩側加設T型梁，在拓寬部分和原來部分的連接方式為固定連接，將兩者作為一個整體共同的參與受力，中間不設置沉降縫和伸縮縫，這樣就必須考慮新舊地基不均勻沉降對橋梁結構的影響，這里假設拓寬后沉降差為5mm，從而對橋梁上部結構進行力學分析。計算簡圖中將橋梁下部結構看做可以轉動的鉸接點，這是因為跨徑方向有足夠的橫隔板，在行車道板上也設置了加強鋼筋作為連接保證，所以翼緣板的連接是剛性的，T型梁在使用和施工過程中又會遇到一定的摩阻力，橫向受到牽制作用，所以翼緣的末端看作為水平拉桿，不考慮豎向約束的影響。計算簡圖如圖1：

圖1計算簡圖

1.2 結構力學分析

根據經典結構力學可以將上圖結構作為一個兩次超靜定來計算，在多余未知力和支座位移的共同作用下，根據力學的位移互等定理建立方程如下

做出兩個未知力X1和X2的單位彎矩圖，根據圖乘法進行計算。本例中沉降為5mm，梁的高度為1.225m，主梁間距為1.7m，混凝土彈性模量為3e10Pa，將數據代入到經典方程中可以得到未知力X1和X2的數值，然后根據公式 M＝M1X1+M2X2計算出基礎沉降下橋梁結構的彎矩圖，如圖2所示：

圖2 橋梁結構彎矩圖

根據計算結果可以知道當橋梁不均勻沉降差為5mm時，翼緣板會產生47.9kN·M的彎矩，將結構自重和活荷載組合在一起，就能得到行車道板上的最大負彎矩。

1.3 數值分析確定橋梁結構中配筋情況

通過數值分析軟件對結構進行驗算分析，通過計算結果可知，裂縫寬度符合規范要求，說明經過加固處理后，配筋情況能夠滿足橋梁結構的正常使用，確定截面配筋情況如下表所示：

表1 矩形截面配筋數據

表2 矩形截面配筋計算表

2 橋梁基礎沉降控制方法分析

減少橋梁基礎沉降的方法一般是進行地基加固，橋梁基礎建設中經常遇到淤泥和淤泥質土、充填土、雜填土等，這些都需要進行地基的加固處理，從而提高土體的壓縮性和承載力，減少地基不均勻沉降，常見的地基處理加固方法有換土墊層法、擠密壓實法、排水固結法、攪拌樁法以及灌漿膠結法等。

2.1 換土墊層法

這種方式是將基礎下面承載能力不符合要求的土體取出，然后換填為壓縮性較好的混凝土，能夠處理中小橋的地基沉降問題。換填土能夠有效提高地基承載能力，將軟弱土層調整到下臥層位置，減少軟弱土的附加應力，從而隨著深度的增加提高容許承載力。換填的混凝土能夠顯著的減少基礎沉降量，并且由于混凝土擠壓下部軟弱土，能夠使得軟弱土中的水分有效排出，加快土體的強度增加速度。

換填混凝土要具有足夠的厚度和寬度，滿足設計和經濟要求，以抵抗土體的剪切和擠壓變形，換填厚度可以通過工程實用簡化計算法或地基變形計算確定，換填寬度的計算根據當地的經驗值確定。

2.2 橋梁樁基礎的沉降控制

樁基礎的類型不同，施工工藝和沉降控制的方式也不同，這里重點介紹幾種常見的樁基礎沉降控制方法。

混凝土預制樁，預制樁的強度等級要滿足設計等級要求，起吊、運輸和沉樁混凝土強度要達到一定的要求，檢驗鋼筋骨架和偏差要在一定的范圍內，保持樁身表面平整、密實。打樁過程中，樁的標高和貫入度、節點處理等要符合要求，樁的傾斜偏差不能大于傾斜角正切值的15%。

混凝土灌注樁采用的混凝土和材料要符合規范要求，保證成孔質量，實際澆筑時混凝土用量要稍大于計算體積，澆筑完成后樁頂標高、鋼筋骨架標高以及浮漿的處理都要符合施工規范。挖孔樁的中心線和樁中心線要重合，軸線偏差控制在20mm以內，護壁混凝土和護壁直徑要符合要求。鋼筋骨架的搭接、焊接接頭長度和錯開距離要付設計規范要求，焊點要嚴密、堅固，不能出現過多的漏焊點。

鋼管樁要具有出廠合格證和試驗報告，在地下水侵蝕地區使用時要做好防腐處理，接頭處的焊縫誤差要符合要求，按照接頭總數的20%進行超聲波檢查，探傷檢查的不能少于3個接頭。

2.3 橋梁沉井基礎沉降控制

沉井工程中的鋼筋、混凝土、模板、砌磚等要符合相關施工規范的要求，保證混凝土的抗壓強度和抗滲等級符合設計規定，下放到設計高度時檢查基底情況，確認無誤后進行封底。當沉井出現裂縫時要及時查明原因，進行處理，保證沉井的外壁無雜物，磚石砌筑的沉井要在外壁上涂抹一層水泥砂漿。

3 結論

橋梁基礎沉降會對橋梁結構產生很大的影響，短時間內不是很明顯，但經過一定的過程后會在上部結構中產生較大附加彎矩和附加應力，從而影響橋梁的正常使用，嚴重時發生垮塌，基礎沉降是橋梁損壞的重要原因之一。

通過對基礎產生沉降的橋梁結構進行加固處理，并根據計算確定橋梁彎矩和受力情況，在上部結構中增加加固鋼筋，能夠有效的處理結構變形問題，阻止橋梁出現過大裂縫，延長橋梁的使用壽命和耐久性。

基礎沉降的處理方法可以采用換填的方式將軟土取走，改換為剛性基礎，采用樁基礎時要嚴格確保設計和施工都滿足相應規范，形成良好的復合地基，加固地基，從而減少基礎的沉降。沉井基礎能夠代替原有地基參與受力，對處理基礎沉降也具有較好的效果，但施工相對麻煩。

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