公路橋梁工程中樁基沉降問題與對策研究

王 欣

（山西交通職業技術學院， 山西 太原 030031）

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。

2 橋梁樁基設計原則

2.1 樁基荷載的作用

在橋梁樁基設計中，橋梁需要承受較大的荷載力，其所要承受的荷載包括永久荷載和可變荷載兩種形式，而由于橋梁工程施工影響因素較多，所以還可能會出現偶然荷載。由于橋梁樁基承受的荷載很多，所以在設計過程中必須要對橋梁的實際情況有充分的考慮，進而對荷載給予合理的組合處理。一般橋梁樁基的荷載組合包括兩種形式：①承載力本身已經到了極限，這樣就使得樁基處在承受力的邊緣，在這種情況下，基樁結構自身的安全性和穩定性都不是很強，所以無法在承受其他的荷載力[2]。②在正常達到極限狀態的情況，樁基已經處在正常使用時所承受的變形能力，因此就需要對變形的具體情況進行合理有效的控制。

2.2 側向承載力

橋梁樁基的側向承載力容易受到了諸多因素的影響，對此，就需要在設計過程中保證結構自身的重力以及其他方面的應力在結構所能承受的極限之內。另外，在橋梁樁基設計過程中，還需要考慮底盤所產生的側向承載力的大小。

2.3 負摩擦力

在橋梁樁基設計過程中，設計人員需要對負摩擦力問題進行深入的分析和研究。如果橋梁樁基地層發生沉陷問題，而主要原因是因為地下水開采過度或者地表開挖等，那么樁基底層就會出現一定的向下滑動，而這種作用力在樁基運行過程中就會形成負摩擦力，進而影響到樁基的穩定性和可靠性[3]。對此，就需要在設計過程中加強對這一作用力的詳細計算，計算時需要考慮多個公式的要求。

3 公路橋梁工程中的樁基沉降問題

3.1 地質方面的原因

在公路橋梁工程中的樁基沉降問題一直都沒有得到有效的解決，能夠讓樁基出現沉降現象的因素是非常多的，正是這些因素讓樁基沉降問題的解決變得困難。最為主要的便是地質方面的原因，這一方面的原因對公路橋梁工程中的樁基沉降問題產生了很大的影響。在很多的情況下，都會將公路橋梁工程中的樁基埋放在地下，但是土地的硬度和形成壓縮形成變形的情況是成反比的關系，如果土地的硬度很大，那么壓縮變形出現的概率便會越小，如果土地是非常松散的土地，那么壓縮變形出現的概率會非常高。所以在松散的土地中進行樁基的埋放會讓樁基出現沉降的相關情況，因此在公路橋梁工程的樁基沉降問題上，地質方面是非常主要的原因。

3.2 設計方面的原因

除了地質方面的原因，設計方面的原因也會讓公路橋梁工程中出現樁基沉降的問題。如果在對公路橋梁進行搭板設計時出現了偏差，那么整體的穩定性結構將會被破壞，這也會導致樁基沉降的問題出現，不光是搭板設計，其他設計的設計偏差也會對樁基方面造成一定的影響。例如承臺設計，在具體的承臺設計中，承臺應該對墩柱傳過來的負荷進行分布與承受，從功能性上便可以看出承臺設計方面的重要性，如果對墩柱的負荷承受不均勻會讓樁基直接出現沉降的情況。因此，如果想要減少樁基沉降問題的發生，應該提起對承臺設計方面的重視程度。最后便是樁基形式上的設計，樁基形式上的設計與樁基沉降有著非常明顯的關聯，甚至不同的樁基會產生出不同的沉降方式，例如打孔樁和鉆孔樁兩種樁基形式，如果兩者都出現樁基沉降問題，沉降的情況會有著明顯的區別。以上便是公路橋梁工程中樁基沉降問題的設計方面原因。

4 公路橋梁工程中樁基沉降的應對策略

4.1 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

關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 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。

4.2 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。

4.3 單樁沉降式的設計

為了防止樁基沉降情況的發生，可以在公路橋梁工程中使用單樁沉降式設計，在單樁沉降式設計中應該對樁體進行剪切變形的處理。如果樁體之間的地質土壤不會出現為位移的情況，那么在樁基出現沉降情況時，土體會隨著樁基一起進行沉降，并且進行一定的剪切，剪切所產生的力會直接向外傳送。這時候土體應該出現的位移情況便不會出現，所以單樁沉降式的設計可以讓樁基沉降問題得到一定程度上的解決，但是單樁沉降式的設計其中包含的因素實在太多，其中包括了參數的變化;地基的分層和樁基的阻力等等，只有將所有的因素都考慮到其中才能夠有效地對樁基沉降問題進行解決，發揮出此設計方法的最大化效果。因此，在面對公路橋梁工程中的樁基沉降問題時，單樁沉降式的設計是非常重要的策略之一。

4.4 群樁沉降式的設計

在用單樁沉降式設計對樁基沉降問題進行解決時已經很復雜，但是與群樁沉降式的設計相比較起來，單樁沉降式設計便簡單了起來。群樁沉降設計也是對樁基沉降問題有著難以想象的效果，在進行相關的設計計算時，實體深基礎法是群樁沉降式設計中較為常用的方法。在群樁沉降式設計的計算的過程中會發現相關的計算非常復雜。經過大量的計算后會得出群樁的承受力數額，通過這個數額又可以對樁基沉降的沉降值進行計算。在整個的計算過程中，應該將差異化的存在都進行抹除，只有這樣才能夠對計算結果的準確性進行一定程度上的保障。另一方面，群樁沉降式設計中還可以利用分層總和法來對沉降量進行準確的計算，這對樁基沉降問題的解決有著非常大的幫助[1]。因此，在公路橋梁工程中對樁基沉降的問題進行相應的處理，群樁沉降式的設計是非常有效的策略之一。

4.3 工程優化的相關措施

除了上文中關于設計的兩種策略，還應該對工程進行相關的優化，以此來對樁基沉降的問題進行具體的解決。首先，應該對地質的勘察進行強化，因為地質方面的因素是樁基沉降問題出現的主要原因，應該通過對地質的勘察來對公路橋梁工程周圍的土壤地質環境進行詳細的了解。在現實的實際情況中對地質進行具體的勘察時，應該對地質的成因;地質的穩定性;地質坡度變化和相關的厚度進行記錄，通過這些方面的地質情況對其進行分析，找出地質不好的位置，在此位置進行工程的施工時便可以應用單樁沉降式的設計或者群樁沉降式設計，具體的選擇應該根據資金情況;施工情況和地質搶礦進行選擇。

其次，應該讓墩臺的質量得到強 有力的保證，只有這樣才能夠防治樁基沉降的情況發生，根據國家相關部門所規定的標準，公路橋梁工程中的墩臺一定能夠進行均勻的受力，這對于樁基沉降問題的預防是有著重要意義的，如果異形的墩臺被應用到了相關的工程中，墩臺的正投影相關形狀需要對稱，利用承臺來避免樁基沉降的發生，最為重要的便是墩臺的質量一定要好，只有這樣才能夠讓墩臺有著難以想象的成像承載力。以此，在公路橋梁工程中想要對樁基沉降的問題進行處理，應該對工程進行良好的優化。

4.5 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。

5 結束語

綜上所述，目前的公路橋梁工程中確實存在著樁基沉降的相關問題，已經對整體的公路橋工程造成了一定程度上的影響，所以，本文已經對公路橋梁工程中樁基沉降的應對策略進行深入的分析與探討，其中包括了單樁沉降式設計;群樁沉降式設計和工程優化三個方面，通過這三方面可以讓公路橋梁工程得到全方位的提高與改善。