| 标题 | 公路桥梁工程设计中桩基沉降问题研究 |
| 范文 | 张军杰 摘 要：桩基承担了公路桥梁上的全部负载，包括车辆荷载、桥梁上下部恒载，其在公路桥梁中起着重要的支撑作用，保证了公路桥梁的安全运行。但是，受多种因素的影响，公路桥梁普遍存在桩基沉降问题，它直接威胁桥梁安全，影响桥梁的正常使用。因此，有必要深入研究和解决公路桥梁工程设计中的桩基沉降问题。本文分析了桥梁桩基的作用、桩基沉降问题发生的原因，提出防止桩基沉降的措施，以期优化公路桥梁工程设计，减少公路桥梁发生沉降的可能性。 关键词：公路桥梁;桩基设计;沉降;引发原因;防止措施 中图分类号：U443.15文献标识码：A文章编号：1003-5168（2020）29-0116-03 Abstract： The pile foundation bears all the loads on the highway bridge， including the vehicle load and the dead load of the upper and lower parts of the bridge， which plays an important supporting role in the highway bridge and ensures the safe operation of the highway bridge. However， due to many factors， the settlement of pile foundations is common in highway bridges， which directly threatens the safety of the bridge and affects the normal use of the bridge. Therefore， it is necessary to in-depth study and solve the problem of pile foundation settlement in highway and bridge engineering design. This paper analyzed the function of the bridge pile foundation and the reasons for the settlement of the pile foundation， and proposed measures to prevent the settlement of the pile foundation， in order to optimize the design of highway bridge engineering and reduce the possibility of settlement of the highway bridge. Keywords： highway bridge;pile foundation design;settlement;cause;preventive measures 公路橋梁荷载主要由桩基结构承担，为了保证桩基结构在承受大量荷载的情况下依然安全、稳固，人们需要通过技术处理加固桥梁桩基结构。目前，通常使用的处理技术就是钻孔灌桩技术，但受桩体、地基、承台与土层之间的作用影响，桩基会经常发生变化，出现沉降问题。桩基沉降会影响公路桥梁工程施工，如建设质量、建设成本及建设期限。因此，设计人员要优化公路桥梁工程设计，解决桩基沉降问题。 1 桩基的作用 桩基在公路桥梁工程中起支撑作用，可以保证桥梁结构稳固和安全运行。在公路桥梁工程中，桩基有三大作用。 1.1 缓解上部结构沉降 桩基本身具有较大的刚度，可以分摊和承受较大的上部荷载，缓解上部结构沉降，以免出现桥体变形，保证桥梁工程符合安全设计要求。另外，柱基与周围土体存在空隙，能够互相摩擦，使得公路桥梁上部荷载向周围分解，保证上部结构稳固。 1.2 降低公路桥梁工程建设成本 部分区域自然环境较差，在进行公路桥梁工程施工时，若地下水位较高或者需要进行水下作业，人们可以采用桩基结构作为桥梁基础。桩基结构既能保证公路桥梁施工质量，又能节约成本，降低人力、物力、财力消耗。 1.3 有效抵御自然灾害的破坏 相比桥梁工程其他部位，桩基结构具有较强的抗拔能力，能够有效抵御地震、大风、洪涝等自然灾害的破坏，保证桥梁工程施工质量和使用安全[1]。 2 桩基沉降发生的原因 软土的压缩性因液限的增加而升高，软土基础受到外界压力作用后又会出现较高的超静孔隙水压力。二者容易造成软土变形，而且变形具有流变特征，时间较长。因此，公路桥梁工程在建设过程中容易出现桩基沉降问题，桩基沉降从施工贯穿到桥梁运行的整个过程，呈现出连续性规律[2]。为了防止桥梁桩基发生沉降，每个环节必须采取防控措施。经分析，桩基沉降是多种因素造成的，设计阶段容易忽视的影响因素有三种。 2.1 施工区域地质因素 地质因素方面，土体与桩基下部结构相互作用，土体的硬度对桩基有着直接影响。土体硬度越大，土体空间的压缩变形就越小，发生桩基沉降的可能性就越小;反之，土体硬度越小，土体空间的压缩变形就越大，发生桩基沉降的可能性就越大。 2.2 公路桥梁工程设计不严谨 桥梁桩基沉降的出现率比较大，在进行桥梁工程设计时，部分设计人员因循守旧，易沉降部分采用搭板设计，但受软土层的影响，搭板设计又达不到提高桥梁结构整体稳固性的目的，其在承受较大荷载时容易产生裂缝，加重桩基负荷，增加沉降发生率。为了分散桥梁墩柱的承受力，有些设计人员会采用承台设计，但是现行桥梁设计规范并没有对承台有具体要求。设计人员缺乏参照标准，依据自身的工作经验进行设计，容易使设计方案与工程实际产生出入[3]。 2.3 桩基类型选择 实践表明，桩基类型的选择与桩基沉降表现形式相关，桩基形式不同，桩基沉降程度不同。比如，钻孔桩与打孔桩对桩基础沉降情况的影响明显不同。在同样承受较大的荷载时，钻孔桩基础沉降表现形式为地基土体压缩变形，打孔桩基础沉降表现形式为桩间土体压缩变形。 3 公路桥梁工程设计中防止桩基发生沉降的措施 当前，人们不仅要优化公路桥梁工程设计，还要改进公路桥梁工程施工方法，多方位预防和解决公路桥梁工程桩基沉降问题。 3.1 实地勘察地质状况 公路桥梁工程设计要首先考虑施工区域的地质状况，桩基沉降程度受地质状况影响。因此，要第一时间对施工区域地质状况进行勘察，掌握准确数据，为设计和施工提供可靠数据。地质勘察期间，要调查清楚地质形态成因、地质地层厚度、地基土体软硬度等内容，通过实地调查形成调查报告，详细说明地质特性，尤其是各地层分布情况、桩基情况，并根据实地考察，初步确定桩型和长度。勘察工作要做到科学、规范，保证数据的精确度，为公路桥梁工程设计提供可靠依据，为预防桩基沉降做好准备。 3.2 保证桥梁桩基的基本性能 桩基设计的目的是增强桥梁上部结构稳定性，其主要涉及桥梁桩型、桥梁结构方案的选择;桩径、桩长、桩距参数的计算与确定;单柱基结构形式的选择;桩基承载能力及基础应力的计算与确定;桩基、桩帽结构形式的设计;桩基位置的平面设计等。桩基设计要考虑环境变化对桩基的影响及施工中可能发生的多种常见问题，并制定相应的对策。 设计的桩基必须满足基本的性能要求。首先，桩基要具有良好的荷载传递性能，使得地基承受来自桥梁横向和纵向的负载，以分担桥梁上部结构的负荷。其次，桩基要具有良好的抗弯性能，桩基本身只有具有一定的刚度和抗弯能力，才能应对来自上下部结构的多种压力加载，减少环境等因素的影响[4]。 3.3 选择正确的桩型及布局 在桩基设计中，首先要考虑桩基类型及长度，根据施工现场环境因素的优势与劣势，对施工工艺、工期、桩基构成进行科学设计，并选择合理的桩基长度和类型。在桩基设计中，使用较多的桩基类型有预制柱、钻孔灌注桩、人工挖孔桩、沉管灌注柱等，钻孔灌注桩是公路桥梁工程中较为常用的桩基类型。具体采用哪种类型，要根据施工现场、施工环境及桥梁结构构造、上下部负荷能力进行合理选择[5]。 在桩基布局上，若选用单桩就能满足工程需要，则要在桩基设计中合理使用单桩沉降分析计算法。单桩沉降分析计算法常用的有四种：荷载传递分析法、剪切变形传递法、弹性理论法、单项压缩分层总和法。荷载传递分析法是根據规定的荷载变形传递方式来计算桩对荷载的反应。剪切变形法的原理是假设桩间和桩侧土体都没变化，不考虑其他阻力因素影响，如果单桩发生沉降，土体会随沉降发生位置下移，出现剪切现象，受剪切应力传递作用影响，相应剪切力变小。因此，单桩基设计可以利用剪切力计算桩径，剪切变形法设计的单桩桩径数值能够有效预防桩基沉降。弹性理论法则根据单桩受到的竖向作用力与桩土之间发生作用产生的位移关系，计算出桩体与土的共同作用。单向压缩分层总和法是依据各土层的参数计算出各层土的沉降量，然后计算各土层沉降量总和，得出沉降量[6]。 若工程桩基需要群桩基础，则在应对桩基沉降时还需要考虑众多影响因素。群桩基础承载力不是简单的单桩承载力相加，群桩沉降设计计算主要运用的方法有实体深基础法、分层总和法。实体深基础法的计算原理是利用扩展计算方法，计算群桩承载力，根据群桩承载力计算群桩沉降值，为保证计算的精确性，还需要考虑土体存在的压缩变形情况及每个单桩桩基剪切应力的影响。分层总和法指的是先分层计算各土层沉降量，然后根据单值计算沉降量总和。各层沉降量的计算参照的是各土层的压缩性系数。但是，在计算中要充分考虑影响地基沉降的因素，分层总和法计算出的是地基的最终沉降量，根据分层总和法计算的准确数值对群桩进行设计，预防桩基发生沉降现象[7]。 3.4 优化桩基布局 一个科学、合理的桩基布局能够有效缓解桩基沉降，桩基能否均匀布局取决于对桩柱荷载范围、桥梁总体长度、桩基数量的准确计算。三个环节紧紧相连，每个环节的精确度都直接影响下一个环节的计算，只有三个环节都准确无误，才能确保桩基布局准确，进而有效确保桩基沉降问题得以解决。但是，受地质环境的影响，在桩基难以保证均匀布置的情况下，人们需要根据施工现场实际情况，通过其他附加结构弥补不足，减少桩基沉降。 3.5 确保墩台施工质量 墩台桥梁施工耗时多、花费高，墩台质量与桩基沉降有着密切关系，因此，设计人员要严格按照公路桥梁工程设计相关规定，以保证各个墩台之间受力上下、左右保持一致，平均分配承重。设计中，要明确和规范控制墩台施工质量的措施，比如，在墩身混凝土施工过程中，要明确规定混凝土浇筑厚度及方向，测量混凝土含水量、坍落度、温度，使各项数值控制在要求范围内，浇筑时分层浇筑混凝土，并把每层浇筑间隔时间控制在1.5 h内。混凝土振捣过程中不得与模板、钢筋、预埋铁件发生碰撞，并防止混凝土表面出现较大气泡，严格控制振捣工艺，保证混凝土振捣的密实性[8]。 4 结语 桩基沉降是在整个桥梁工程中出现频率大、时间持续比较久的质量问题，若桩基沉降处在合理范围内，对桥梁工程并无大的影响，那么及时采取补救措施，公路桥梁仍能保证安全通行能力。但是，若桩基沉降超出控制范围，影响桥梁结构稳定，则对桥梁安全性造成威胁，降低桥梁使用期限，甚至造成重大交通安全事故。在公路桥梁工程设计中，要防止桩基发生沉降。设计人员必须明确桩基沉降发生的原因，在设计过程中依据施工现场条件及地质情况，制定科学严谨的施工方案，多措并举，保证桥梁安全通行，稳步推进公共设施建设，延长桥梁使用寿命，保障公众出行安全。 参考文献： [1]奠品强，高新慰，黄子丰，等.下穿隧道开挖引起的挤上桩沉降控制分析方法[J].岩土力学，2019（10）：118-119. [2]何玉柱.公路桥梁工程设计中柱基沉降问题研究[J].安徽建筑，2019（2）：121-122. [3]浦恩虎.公路桥梁桩基沉降问题探析[J].交通世界，2017（35）：118-119. [4]林光忠.岩溶区桥梁桩基沉降量计算的数值分析[J].福建工程学院学报，2018（1）：13-16. [5]初丹.公路桥梁桩基的施工与检测分析[J].科学技术创新，2018（13）：86-87. [6]王静，裴伟民，叶政权.公路桥梁工程中桩基沉降的设计方法[J].江西建材，2015（3）：192-193. [7]郝佳佳，庄冬利，肖汝诚.桩基沉降控制方法在桥梁设计中的应用[J].上海公路，2015（1）：11. [8]刘明艳.公路桥梁工程设计中桩基沉降问题研究[J].工程建设与设计，2019（19）：58-59. |
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