軟土地基橋梁樁基施工沉降監(jiān)測(cè)與處理技術(shù)研究

摘" 要：本文[A2] 通過研究軟土地基橋梁樁基沉降監(jiān)測(cè)與處理技術(shù)，并分析沉降監(jiān)測(cè)方法、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)和誤差處理，可以探討不同工況下沉降變化規(guī)律。采用預(yù)壓與排水固結(jié)和復(fù)合地基加固以及樁基優(yōu)化設(shè)計(jì)等處理技術(shù)，對(duì)軟土地基沉降控制效果進(jìn)行對(duì)比分析。，研究結(jié)果表明[A3] ：合理布設(shè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)與優(yōu)化樁基設(shè)計(jì)能夠有效減少不均勻沉降，提高橋梁的安全性與耐久性。

關(guān)鍵詞：軟土地基；" 橋梁樁基；" 沉降監(jiān)測(cè)；" 誤差分析

中圖分類號(hào)：U443.15

Research on Settlement Monitoring and Treatment Technology for Bridge Pile Foundations Construction on Soft Soil Foundations

ZHANG Cailong

CCCC SecondECOND[A4]" HighwayIGHWAY EnggineeringNGINEERING Testing Technology CoO.， LtdTD.， Xi'an， Shaanxi Province， 710000 China

Abstract： This paper studies the settlement monitoring and treatment technology for bridge pile foundations on soft soil foundations， analyzing settlement monitoring methods， data acquisition systems， and error processing. The settlement variation lawspatterns under different working conditions are explored. Preloading and drainage consolidation， composite foundation reinforcement， and optimized pile foundation design techniques are applied to compare and analyze the effectiveness of settlement control in soft soil foundations. The research results indicate that rational deployment of monitoring points layout and optimized pile foundation design can effectively reduce uneven settlement and improve the safety and durability of bridges.

Key Wwords： Soft soil foundation; Bridge pile foundation; Settlement monitoring; Error analysis

1.引言[A5]" " " " 軟土地基廣泛分布于沿海、河流沖積平原及湖泊沉積地區(qū)，其高含水量、低強(qiáng)度與高壓縮性對(duì)橋梁樁基施工和長期運(yùn)營構(gòu)成嚴(yán)峻挑戰(zhàn)。受地基承載力不足和施工擾動(dòng)影響，樁基沉降問題易引發(fā)橋梁結(jié)構(gòu)變形，影響行車安全與使用壽命。合理的沉降監(jiān)測(cè)技術(shù)能夠提供實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)支持，為施工調(diào)整及后期運(yùn)維提供科學(xué)依據(jù)。優(yōu)化樁基設(shè)計(jì)與沉降處理措施有助于提高橋梁的穩(wěn)定性與耐久性，降低不均勻沉降風(fēng)險(xiǎn)，確保結(jié)構(gòu)安全。

21" 軟土地基橋梁樁基施工沉降監(jiān)測(cè)技術(shù)21.1 [A6]" 沉降監(jiān)測(cè)方法與測(cè)點(diǎn)布設(shè)" " " "沉降監(jiān)測(cè)方法中：水準(zhǔn)測(cè)量法利用精密水準(zhǔn)儀測(cè)定樁基和橋墩和橋臺(tái)沉降量，精度高適用于長期監(jiān)測(cè)；全球定位系統(tǒng)（Global Positioning System，GPS）GPS[A7] 測(cè)量法采用高精度衛(wèi)星定位技術(shù)可以實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)，大多用于大面積橋梁沉降監(jiān)測(cè)；固定測(cè)點(diǎn)位移監(jiān)測(cè)法在關(guān)鍵承重部位設(shè)點(diǎn)定期測(cè)量分析變形趨勢(shì)；分層沉降監(jiān)測(cè)法在不同深度埋設(shè)測(cè)點(diǎn)評(píng)估不同地層的沉降變化。測(cè)點(diǎn)布設(shè)應(yīng)綜合考慮橋梁結(jié)構(gòu)、地質(zhì)條件和施工工藝保障數(shù)據(jù)代表性[1]。監(jiān)測(cè)點(diǎn)應(yīng)覆蓋主墩、橋臺(tái)與地基關(guān)鍵部位[A8] ，測(cè)點(diǎn)間距依據(jù)橋梁跨度和樁基分布確定，大跨度橋梁可以在主墩區(qū)域加密測(cè)點(diǎn)。深層沉降監(jiān)測(cè)可以采用多點(diǎn)沉降管，在不同深度埋設(shè)傳感器分析軟土層沉降特性為地基處理提供參考。

21.2[A9]" "監(jiān)測(cè)儀器與數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)" " " "沉降監(jiān)測(cè)依賴高精度測(cè)量儀器和穩(wěn)定的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。（1）水準(zhǔn)測(cè)量儀器常用電子水準(zhǔn)儀，測(cè)量精度可達(dá)0.1 mm，適用于長期沉降監(jiān)測(cè)。（2）GPS測(cè)量設(shè)備選用高精度實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)差分技術(shù)（Real-Time Kinematic，RTK）的GPS接收機(jī)，可以實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)橋梁關(guān)鍵部位的沉降變化，提高監(jiān)測(cè)效率。（3）分層沉降監(jiān)測(cè)設(shè)備采用分層沉降儀，根據(jù)在鉆孔內(nèi)布設(shè)多個(gè)測(cè)點(diǎn)，記錄不同深度的沉降情況。（4）自動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)利用無線傳感器與數(shù)據(jù)采集模塊，將監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)傳輸至遠(yuǎn)程服務(wù)器，實(shí)現(xiàn)無人值守的沉降監(jiān)測(cè)，適用于橋梁長期運(yùn)行階段的健康監(jiān)測(cè)。

數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)采用多通道數(shù)據(jù)采集器支持多種傳感器接口，能夠兼容水準(zhǔn)儀、GPS設(shè)備、位移傳感器等多種測(cè)量儀器。數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)具備自動(dòng)存儲(chǔ)和遠(yuǎn)程傳輸和異常預(yù)警功能，能夠?qū)ΡO(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)分析，發(fā)現(xiàn)異常沉降趨勢(shì)后及時(shí)發(fā)出預(yù)警信號(hào)。監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)采用數(shù)據(jù)庫管理模式便于數(shù)據(jù)檢索與趨勢(shì)分析。測(cè)量數(shù)據(jù)經(jīng)軟件處理后可以生成沉降曲線和等值線圖，為施工調(diào)整與橋梁維護(hù)提供直觀依據(jù)。

21.3[A10]" "監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)處理與誤差分析" " " "沉降監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)中儀器誤差由測(cè)量設(shè)備的精度決定，可以根據(jù)定期標(biāo)定與比對(duì)測(cè)量加以控制。操作誤差來源于測(cè)量人員的操作不規(guī)范，如水準(zhǔn)測(cè)量時(shí)的讀數(shù)誤差、GPS測(cè)量中天線擺放不穩(wěn)等。環(huán)境誤差包括氣溫、濕度、風(fēng)力等外界因素對(duì)測(cè)量結(jié)果的影響，尤其在GPS監(jiān)測(cè)中，大氣折射效應(yīng)可能導(dǎo)致測(cè)量偏差。數(shù)據(jù)處理誤差涉及計(jì)算方法的選取，常采用加權(quán)平均法、最小二乘法等優(yōu)化計(jì)算，提高數(shù)據(jù)精度[2]。誤差分析可以采用相對(duì)誤差和絕對(duì)誤差計(jì)算方法。假設(shè)某測(cè)點(diǎn)的水準(zhǔn)測(cè)量值為[A11] ?，理論計(jì)算值為 ，則絕對(duì)誤差計(jì)算公式[A12] 如下：

相對(duì)誤差計(jì)算公式為：

多次測(cè)量后，可以計(jì)算均方誤差（Root Mean Square，RMS），評(píng)估測(cè)量精度：

式（1）（2）（3）中：表示測(cè)量得到的沉降值； 表示理論計(jì)算的沉降值；代表絕對(duì)誤差； 代表相對(duì)誤差；為測(cè)量次數(shù)；為均方誤差，用于評(píng)估測(cè)量數(shù)據(jù)的精度。

21.4 沉降變化規(guī)律分析

某橋梁建設(shè)項(xiàng)目位于典型軟土地基區(qū)域，主橋墩樁基采用鉆孔灌注樁，并在施工過程中布設(shè)高精度沉降監(jiān)測(cè)點(diǎn)，以評(píng)估軟土沉降特性并優(yōu)化施工工藝。監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)采集自橋墩樁基頂部4個(gè)測(cè)點(diǎn)，測(cè)量周期為180 天[A15] d，測(cè)量數(shù)據(jù)經(jīng)過去噪、異常值剔除和平滑處理，以減少環(huán)境干擾和測(cè)量誤差，并采用最小二乘法進(jìn)行數(shù)據(jù)擬合分析。數(shù)據(jù)表明，沉降速率在前90 天d較快，初期沉降主要受樁基自重和土體擠壓效應(yīng)影響，60 天d后土體逐漸固結(jié)，沉降速率下降，120 天d后趨于穩(wěn)定，最終沉降量接近43 mm。計(jì)算沉降速率發(fā)現(xiàn)，前30 天d的平均沉降速率約為0.5 mm/天[A16] d，90 天d后降至0.1 mm/天d。曲線擬合結(jié)果顯示，沉降量隨時(shí)間呈非線性遞減趨勢(shì)，符合土體固結(jié)理論，為橋梁沉降控制提供了量化依據(jù)。

32" 軟土地基橋梁樁基沉降處理技術(shù)32.1 [A17]" 預(yù)壓與排水固結(jié)法" " " "軟土地基高壓縮性和低滲透性導(dǎo)致樁基施工沉降，這是主要由超靜孔隙水壓力消散和土體固結(jié)引起的。預(yù)壓與排水固結(jié)法通過施加預(yù)壓荷載和排水系統(tǒng)加速固結(jié)提高地基承載力，預(yù)壓方式包括堆載預(yù)壓、真空預(yù)壓和聯(lián)合預(yù)壓，其中，堆載預(yù)壓利用堆土或砂袋模擬結(jié)構(gòu)荷載，真空預(yù)壓通過排水管和氣密膜形成負(fù)壓排水加快固結(jié)。排水系統(tǒng)由砂井和塑料排水板或垂直排水管組成，優(yōu)化布設(shè)可以降低孔隙水壓力縮短固結(jié)時(shí)間。預(yù)壓荷載分階段加載監(jiān)測(cè)沉降量和孔隙水壓力和地基承載力，控制加載速率和卸載時(shí)間防止地基失穩(wěn)或二次沉降[3]。預(yù)壓處理后軟土地基壓縮性降低，承載力滿足樁基施工需求沉降控制效果顯著，適用于復(fù)雜地質(zhì)條件下的橋梁基礎(chǔ)處理。

32.2復(fù)合地基加固技術(shù)" " " "復(fù)合地基常見的加固方式包括水泥攪拌樁、砂石樁、CFG樁（水泥粉煤灰碎石樁）、高壓噴射注漿等。水泥攪拌樁采用深層攪拌工藝，將水泥漿體與軟土充分混合，形成固結(jié)體，提高土體強(qiáng)度，適用于高含水量軟土；砂石樁根據(jù)振動(dòng)沉管或擠密樁機(jī)將砂石填充于軟土中，形成排水通道，并增強(qiáng)地基承載能力，適用于滲透性較好的軟土層；CFG樁結(jié)合了水泥攪拌樁與砂石樁的優(yōu)點(diǎn)，具有較高的承載能力和良好的排水固結(jié)效果，在橋梁樁基處理中應(yīng)用廣泛；高壓噴射注漿根據(jù)高壓射流將水泥漿液噴入地基土層，使土體顆粒重新排列并形成固結(jié)體，提高整體強(qiáng)度，適用于軟土地基的局部加固[4]。復(fù)合地基加固后，樁土應(yīng)力比直接影響沉降控制效果，合理分配樁體與土體荷載，可優(yōu)化應(yīng)力傳遞機(jī)制，提高整體穩(wěn)定性。地基總沉降量可表示為：

式（4）中：為復(fù)合地基沉降量；為單位面積承載荷載；為加固層厚度；為土體壓縮模量；為樁體剛度模量。考慮樁土應(yīng)力比（定義為樁承擔(dān)荷載與總荷載之比）：

式（5）中：為樁體面積占總地基面積的比例。假設(shè)某橋梁樁基采用CFG樁復(fù)合地基技術(shù)，樁體材料彈性模量 ，土體彈性模量，樁徑，樁間距，荷載 ，計(jì)算復(fù)合地基的樁土應(yīng)力比與沉降量，計(jì)算結(jié)果如下表1所示：[A19]

計(jì)算結(jié)果表明，復(fù)合地基樁土應(yīng)力比為0.78，即78%的荷載由樁體承擔(dān)，沉降量降低至32.6 mm，相較未加固的天然軟土地基（沉降量約85 mm），沉降控制效果顯著。

32.3 施工過程中的實(shí)時(shí)調(diào)整策略

橋梁樁基施工過程中軟土地基的不均勻沉降具有較大不確定性，實(shí)時(shí)調(diào)整策略能夠有效降低沉降風(fēng)險(xiǎn)提高施工安全性。實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)對(duì)樁基沉降、地基變形和地下水位進(jìn)行連續(xù)觀測(cè)，基于監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)分析沉降發(fā)展趨勢(shì)調(diào)整施工參數(shù)。若監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)顯示沉降速率超過設(shè)定閾值，可以采取優(yōu)化樁基施工順序和調(diào)整荷載分布或增加地基加固措施等手段進(jìn)行修正[5]。施工區(qū)域內(nèi)不同樁基的沉降差異較大時(shí)，可以調(diào)整樁長和樁徑或樁間距改善荷載傳遞路徑，讓地基承載能力均衡分布。調(diào)整前后的數(shù)據(jù)對(duì)比表如表2，以某橋梁樁基施工監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)為例，統(tǒng)計(jì)調(diào)整前后30 天d、60 天d、90 天d及120 天d的樁基沉降量，分析調(diào)整措施的效果。

由表2可得，實(shí)時(shí)調(diào)整措施有效降低了沉降速率，調(diào)整后30 天d沉降量減少23.2%，60 天d減少18.5%，90 天d后減幅逐漸收斂，整體沉降量降低13.5%。分析表明，調(diào)整施工順序、優(yōu)化樁基設(shè)計(jì)與強(qiáng)化地基處理措施能夠顯著改善沉降控制效果，確保橋梁結(jié)構(gòu)長期穩(wěn)定。施工過程中依據(jù)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)調(diào)整施工策略，提高施工質(zhì)量和安全性，減少沉降對(duì)橋梁結(jié)構(gòu)的不利影響，為軟土地基橋梁樁基施工提供有效的控制方法。

43" 結(jié)論

本研究表明合理布設(shè)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)能夠準(zhǔn)確獲取沉降數(shù)據(jù)，優(yōu)化地基加固與樁基設(shè)計(jì)能夠有效控制沉降量提高地基承載能力。預(yù)壓與排水固結(jié)法加速軟土固結(jié)，復(fù)合地基技術(shù)改善應(yīng)力分布，優(yōu)化樁基施工工藝降低不均勻沉降風(fēng)險(xiǎn)，實(shí)時(shí)調(diào)整策略確保施工質(zhì)量。研究結(jié)果表明，綜合運(yùn)用多種沉降控制技術(shù)能夠提升橋梁耐久性減少運(yùn)營期間的維護(hù)成本。

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