公路橋梁工程設(shè)計中的樁基沉降問題分析

王春棋

摘要：近些年，我國的建筑快速發(fā)展，現(xiàn)階段，樁基設(shè)計是否合理直接影響橋梁整體的建設(shè)質(zhì)量，因此必須高度重視樁基設(shè)計。為此，文章對橋梁樁基設(shè)計的規(guī)律、樁基沉降的類型區(qū)分、檢測樁基下降的方法、單樁與多樁的沉降等進行了研究，希望可以盡量避免樁基沉降問題的發(fā)生，幫助相關(guān)施工單位提高公路橋梁建設(shè)水平與質(zhì)量，促進公路橋梁工程的發(fā)展。

關(guān)鍵詞：公路橋梁工程;樁基設(shè)計;樁基沉降

引言

在橋梁設(shè)計的過程中，采取科學(xué)有效的方式提高樁基沉降的控制水平是非常重要的一項內(nèi)容。鑒于此，文章立足于實際，在闡述公路橋梁樁基類型的基礎(chǔ)上。詳細的對設(shè)計過程中樁基沉降設(shè)計方案進行研究。希望通過論述之后，可以給該領(lǐng)域的工作人員提供一些參考。

1工程概況

某跨線橋上部按4聯(lián)結(jié)構(gòu)設(shè)計，4聯(lián)分別為4×30m預(yù)應(yīng)力混凝土現(xiàn)澆連續(xù)箱梁，4×35m裝配式預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)箱梁和2×40m+25m預(yù)應(yīng)力混凝土現(xiàn)澆連續(xù)箱梁結(jié)構(gòu)?，F(xiàn)澆箱梁均按單箱雙室截面設(shè)計，且箱梁梁高為1.8m和2.1m，梁頂板寬17.5m。下部均采用肋式臺、柱式墩樁基礎(chǔ)。本橋梁工程位于珠江三角洲平原地貌區(qū)，主要地質(zhì)條件為填筑土、殘積土和古生界混合基巖。該橋梁下部的鉆孔灌注樁通過沖擊成孔，并待樁基施工完成后進行質(zhì)量檢驗。上部箱梁現(xiàn)澆采用滿堂支架現(xiàn)澆方法，在完成箱梁現(xiàn)澆后并未進行橋面鋪裝和護欄施工，待拆除滿堂支架并檢測橋面標高的過程中，發(fā)現(xiàn)該橋右幅10#及12#橋墩發(fā)生了較為嚴重的沉降，最大沉降達9.98cm，而包括現(xiàn)澆箱梁在內(nèi)的橋梁結(jié)構(gòu)的其余部分并未發(fā)現(xiàn)沉降、裂縫等病害。

2公路橋梁工程設(shè)計中的樁基沉降分析

2.1單樁樁基的沉降分析

目前在進行橋梁單樁樁基沉降分析環(huán)節(jié)，具體可以通過如下幾種方法分析確定：其一，載荷傳遞分析法。該方法應(yīng)用的過程中，將樁基分解成為多個長度相同的樁基單元形式，然后通過非線性彈簧模擬樁基和土層存在的關(guān)系，在樁基端位置上進行土體的非線性彈簧模擬分析。公路橋梁施工中，需要合理的使用先進儀器、儀表等設(shè)備，隨時進行測量，掌握技術(shù)參數(shù)才能提高設(shè)計效果;其二，剪切形變傳遞模型法。該方式應(yīng)用后可以使得樁基沉降的計算更加的簡單，同時在模型中可以假設(shè)載荷承載力很小的情況下，樁基軸向的負荷承載力也會導(dǎo)致樁基下沉的問題，在沉降環(huán)節(jié)也會給周邊的土層結(jié)構(gòu)產(chǎn)生較大的剪切作用，但是土層并不會發(fā)生移動的反應(yīng)，剪應(yīng)力也會隨著樁基側(cè)面層結(jié)構(gòu)進行擴散;其三，彈性理論分析法。該方式需要做好樁體結(jié)構(gòu)的全面深入研究，明確樁基礎(chǔ)的縱向承載力的標準要求，然后能夠掌握和了解樁基土層結(jié)構(gòu)以及位移的關(guān)系，從而可以了解土層的樁基之間、樁基土之間的各種作用和關(guān)系，然后擴展成為多種沉降計算方式以提升計算準確性。

2.2高應(yīng)變動測試技術(shù)

高應(yīng)變動測試技術(shù)是由美國一家測試企業(yè)所發(fā)明的，這種技術(shù)依托于計算機軟件。該技術(shù)是先計算承載力，而承載力是通過樁基上部激發(fā)阻力所產(chǎn)生的應(yīng)力波與速度波所測得的。在橋梁建設(shè)的過程中普遍采用高應(yīng)變動測試技術(shù)與曲線擬合技術(shù)。測量樁基垂直承載力的極限是高應(yīng)變動測量技術(shù)獨特的優(yōu)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(shù)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。

2.3公路橋梁樁基沉降的計算

公路橋梁在運行中，產(chǎn)生樁基沉降問題是非常常見的，要想有效的解決處理這些問題，就要采取合理的計算方法。以土力學(xué)的理論作為基礎(chǔ)，樁基沉降主要有土體流變、固體變形方面的影響，所以其會產(chǎn)生刺入變形的反應(yīng)。多種測量設(shè)備并不能進行樁基周邊應(yīng)力參數(shù)的測量和分析，也就不能準確的了解土層應(yīng)力變化的情況，所以需要從客觀角度出發(fā)觀察和測量，并且設(shè)置應(yīng)力模型，了解周圍土體結(jié)構(gòu)的應(yīng)力關(guān)系。土體樁基要長期觀察以掌握和了解發(fā)展規(guī)律，樁基沉降也是非常常見的，很多公路橋梁運營時間會比較長，因此，公路橋梁沉降與時間也會存在關(guān)系。樁基產(chǎn)生沉降問題，多數(shù)都是刺入變形導(dǎo)致的，所以需要檢測確定試驗時間，防止發(fā)生土層徐變、固結(jié)等不良現(xiàn)象。樁基沉降發(fā)展階段，樁端、兩側(cè)土體以非線性的形式變化，土體塑性也會發(fā)生承載力的變化。按照目前樁側(cè)摩阻力研究分析發(fā)現(xiàn)，相對位移比較小的情況下，和摩阻力以正比關(guān)系存在，相對位移接近極限值摩擦力就會導(dǎo)致滑動反應(yīng)。從細長樁基方面分析，樁基頂部承載力較小的情況下，由于土體存在彈性壓縮反應(yīng)，樁基周邊土體超出了極限值會產(chǎn)生滑移反應(yīng)，連續(xù)加載的情況之下，滑移會更加的嚴重，也會導(dǎo)致周邊土體的形變與固結(jié)，進而導(dǎo)致刺入變形的產(chǎn)生。

2.4群樁沉降

在樁、地基土和承臺互相影響下便會引發(fā)群樁沉降，其中，高承臺群樁會表現(xiàn)出與單樁相近的側(cè)摩阻力荷載傳遞過程。影響群樁沉降的因素遠比單樁沉降復(fù)雜，主要包括群樁幾何尺寸、地質(zhì)條件、施工技術(shù)、荷載量及持荷時間、承臺形式等。群樁沉降大多與樁端下方土層壓縮性有關(guān)，如持力層下方主要為軟下臥層時，群樁試驗承載力及變形不一定滿足規(guī)范要求，必須進行進一步驗算。

2.5單樁負載量的計算

在公路橋梁建設(shè)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(jù)施工的真實情況，進行測試時需要使用各種的設(shè)施設(shè)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(fā)生下沉，會導(dǎo)致樁基四周的土坑發(fā)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(chǎn)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(cè)面的承載力所導(dǎo)致的。彈性法是使用相關(guān)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(yīng)的作用力。測量人員在使用彈性法的過程中，應(yīng)該注意樁基與土層是否具有彈性條件。

2.6保證橋梁樁基的基本性能

樁基設(shè)計最為重要的指標就是保證橋梁上部結(jié)構(gòu)達到穩(wěn)定性的標準，要從橋梁樁型、橋梁結(jié)構(gòu)等方面出發(fā)確定，還要選擇合適的樁徑、長度以及間隔距離;詳細計算確定樁基承載力、基礎(chǔ)應(yīng)力等參數(shù);確定樁基、樁帽的組成結(jié)構(gòu);樁基位置平面布置方案的確定。樁基設(shè)計應(yīng)該綜合分析環(huán)境因素的干擾和影響，及時總結(jié)分析比較常見的問題，發(fā)布相關(guān)的應(yīng)對措施。樁基設(shè)計階段，應(yīng)該達到使用功能的要求。首先需要確保載荷傳遞性能符合要求，可以承載各個方面的載荷，分擔(dān)交通載荷。其次，樁基的抗彎性能符合要求，應(yīng)該達到規(guī)定剛度與抗彎性能的要求，從而可以承受多個壓力的作用影響，符合環(huán)境的使用標準。

結(jié)語

通過對該橋系梁與承臺錯臺及開裂問題進行現(xiàn)場調(diào)查及病害總結(jié)與成因分析，給出“扁擔(dān)式”加固措施，即對原橋系梁進行外包混凝土加固，并新建承臺及樁基等處理方法來彌補原橋樁基沉降，局部承載力不足現(xiàn)象，并對新建承臺及原橋樁基進行可靠連接，使之能夠整體參與受力，該維修方法可為后續(xù)出現(xiàn)此類問題的工程提高參考。

參考文獻

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