公路橋梁工程設計中的樁基沉降問題分析

李紅建

鞏義市公路工程處，河南 鄭州 451200

我國經濟的不斷發展，科技的不斷進步，促進了我國公路橋梁的建設，但是隨著橋梁建設的不斷發展，各方面的建設問題也開始不斷出現，如樁基的沉降問題。樁基支撐著整個橋梁，對橋梁的整體建設至關重要。因此，有必要對橋梁工程進行研究，提高樁基設計的合理性，促進橋梁工程的建設。橋梁工程樁基的設計和建設水平是橋梁建設的關鍵。在進行樁基設計和建設時，需要管理好每一個重要環節，從而保證橋梁的建設質量。

1 樁基的影響因素

1.1 樁基荷載

荷載形式主要包括永久性荷載和可變性荷載。因為施工建設過程中會出現很多因素影響，所以還存在偶然性荷載。永久性荷載可以對橋梁樁基的結構與自重產生影響，可變性荷載會對車輛制動與牽引產生影響，偶然性荷載即樁基受到自然災害的影響[1]。因為橋梁樁基在運行過程中會受到各種因素的影響，所以設計人員在進行樁基設計時要全面分析橋梁建設的真實情況，合理地對樁基進行設計。一般來說，荷載組合的形式可以分為兩種，一種是樁基承載力達到極限，在這種情況下，樁基結構的安全性與穩定程度都將降低，不能夠承受任何作用力；另一種是樁基的承載力在使用過程中達到極限，在這種狀態下，樁基可能已經發生變形，必須對樁基變形的實際情況進行嚴格分析和管理。

1.2 樁基側向的承載力

樁基的側向承載力也會受到各種各樣的影響。首先，在進行樁基設計時，應該確保樁體結構自身重力與其他作用力都處于樁體結構最大的承受范圍內。其次，要研究樁體自身能夠承受的水平力。最后，需要分析底盤所產生側向承載力的承受能力。目前，我國相關規定表明，在進行公路橋梁建設的過程中，樁頭水平位移的長度不能超過樁徑長度的1%。

1.3 負摩擦力

對地表進行開挖或者對地下水進行過度開采都會導致樁基周圍底層出現塌陷現象。底層相對于樁體來說下降范圍較大，土壤會帶動樁基向下伸展，從而增加樁軸自身的作用力，在樁基運行的過程中，這種作用力會變成負摩擦力，工作人員在對這種作用力進行分析計算時，必須全面考慮每個公式的計算規律，如果存在持續時間較短的荷載或者其他較小的作用力，可以在計算過程中忽略不計。

1.4 樁基間隔

在橋梁建設的過程中，樁基間距的設計也具備一定的要求。首先，在進行樁基間距的設計時，應盡量減少樁基數量，以免對橋梁建設造成不利的影響。其次，在進行橋梁建設的過程中，應減少群樁所產生的不利影響。由于在樁基承受荷載的過程中，相鄰的樁基也會受到一些疊加的影響，從而產生群樁效應，因此如果每個樁的間距太短，一定程度上會影響樁基的承載力，進一步影響施工質量。要想樁基在受力過程中不受其他樁基的影響，樁基間隔距離必須達到樁徑長度的約7倍。但是這個觀念在施工的過程中很難被人采納。大部分國家的樁基規范表明，樁基之間的間距最小值應該在樁頭直徑的3～4倍，否則會導致水力底盤的反力系數出現問題[2]。

2 樁基沉降的類型

2.1 端承型群樁發生沉降現象的原因

端承類型的群樁是由多個端承樁基所構成，持力層的承受能力強，橋梁上部承載的重量過大，通過端承臺從多個樁基傳到端承樁下的地層，因此端承型群樁的承載力較大。一般來說，樁基底部的土層不會突然出現沉降問題，發生刺入式沉降問題的概率較低，而且由于群樁通過自身進行擠壓，導致樁基自身出現壓縮現象，從而降低了沉降數值。刺入式沉降現象與樁基自身擠壓下降的數值都非常小，減小了樁基側面的摩擦力，從而導致下層傳到群樁的綜合力度減小[3]。

2.2 摩擦型群樁的下降原因與過程

摩擦類型的群樁與端承型的沉降原因不同，端承型每個樁基與承受臺之間相互作用的力度可以不進行計算。但是摩擦類型的群樁與其他樁基和承受臺的力度是相互影響的，而橋梁的承載重量是以摩擦力的形式進行傳送。因此，在單個樁基的情況下，每一個樁基之間以及樁基與土壤之間都會出現疊加的力度，造成樁基的承載能力與摩擦力之間的影響，也會讓端頂的承載能力受到一定程度上的影響。因此，在研究群樁的承載力的過程中，需重視研究群樁之間相互影響所產生的作用。

3 樁基下降的檢測方法

3.1 靜載試驗技術

靜載試驗技術是一種新型的檢測方法，其檢測流程如下：首先將特別制作的加載機器固定在樁內的指定位置，把加載機器所使用的高壓油管道與位移桿轉移到土層上方，再使用高壓泵對荷載油箱進行加油，通過荷載箱將力傳送到樁基，使樁基上部產生的摩擦力與樁基下部產生的端阻力保持平衡。通過QS曲線變化，判斷公路橋梁樁基自身的承受能力、樁基沉降具體的情況、樁基壓縮的情況、土層的變形情況等。

3.2 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。

3.3 聲波透射技術

聲波透射技術是在灌注混凝土前，在樁基的內部設置多根聲測管道，從而提高超聲波傳送和接收信息的便利程度。此外，還可以使用超聲波對各個橫切面的聲音參數進行測量，并對所測得的聲音參數進行數值研究，進一步計算出樁基內部混凝土結構的下沉情況，從而針對性地增強混凝土結構的強度指標。

3.4 鉆孔取芯技術

鉆孔取芯技術是通過使用相關的專業儀器對部分樁基進行抽芯取樣，并根據樁基取樣的真實狀況，分析樁基的數據信息、混凝土各方面的情況、樁基承載力那層的厚度等。該技術能夠準確地觸碰到樁基內部，使測量的樁基數據更加準確。但是該技術只能對樁基的部分情況進行研究，不能夠測得樁基內部的整體狀況，而且會對樁基的內部結構造成一定破壞。因此，該技術在公路橋梁建設過程中較少被采用。

4 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。

5 群樁下沉數值的計算

一般來說，測量人員會通過實體檢測的方法對群樁的下沉情況進行分析，將土層里的群樁與承力臺的樁基都作為測量實際數值的基礎，在不超出墩基基礎的范圍內，對樁基群進行分析。使用這種方法，土層內部不會發生相互擠壓等狀況。同時，可以使用擴展計算的方法對樁基群的下沉樁基進行數值計算，要想避免出現誤差，需要研究相對應的措施，并注意周圍其他作用力的干擾。等同效果作用法可以在樁基的測量技術中使用，計算土層下沉的數值，通過這一數值結果利用分層求和方法計算樁基的下沉數值。

6 結束語

在公路橋梁建設設計過程中，研究樁基的下沉情況是施工中的重點。為了提高橋梁建設的質量與水平，需要各方人員的共同努力，進行分析與探討，將實際的工作經驗與理論知識相融合，并采用先進的計算方法，全面研究橋梁樁基沉降的樁基，通過不斷的實踐提高對樁基沉降的分析水平。