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        公路橋梁工程中樁基沉降問題的解決措施

        2021-11-24 10:08:15
        商品與質(zhì)量 2021年11期
        關(guān)鍵詞:樁基橋梁變形

        新疆北新路橋集團(tuán)有限責(zé)任公司國際事業(yè)部 新疆烏魯木齊 832000

        1 樁基沉降發(fā)生的原因

        軟土的壓縮性因液限的增加而升高,軟土基礎(chǔ)受到外界壓力作用后又會出現(xiàn)較高的超靜孔隙水壓力。二者容易造成軟土變形,而且變形具有流變特征,時間較長。因此,公路橋梁工程在建設(shè)過程中容易出現(xiàn)樁基沉降問題,樁基沉降從施工貫穿到橋梁運(yùn)行的整個過程,呈現(xiàn)出連續(xù)性規(guī)律。為了防止橋梁樁基發(fā)生沉降,每個環(huán)節(jié)必須采取防控措施。經(jīng)分析,樁基沉降是多種因素造成的,設(shè)計(jì)階段容易忽視的影響因素有三種[1]。

        1.1 施工區(qū)域地質(zhì)因素

        地質(zhì)因素方面,土體與樁基下部結(jié)構(gòu)相互作用,土體的硬度對樁基有著直接影響。土體硬度越大,土體空間的壓縮變形就越小,發(fā)生樁基沉降的可能性就越?。环粗?,土體硬度越小,土體空間的壓縮變形就越大,發(fā)生樁基沉降的可能性就越大。

        1.2 公路橋梁工程設(shè)計(jì)不嚴(yán)謹(jǐn)

        橋梁樁基沉降的出現(xiàn)率比較大,在進(jìn)行橋梁工程設(shè)計(jì)時,部分設(shè)計(jì)人員因循守舊,易沉降部分采用搭板設(shè)計(jì),但受軟土層的影響,搭板設(shè)計(jì)又達(dá)不到提高橋梁結(jié)構(gòu)整體穩(wěn)固性的目的,其在承受較大荷載時容易產(chǎn)生裂縫,加重樁基負(fù)荷,增加沉降發(fā)生率。為了分散橋梁墩柱的承受力,有些設(shè)計(jì)人員會采用承臺設(shè)計(jì),但是現(xiàn)行橋梁設(shè)計(jì)規(guī)范并沒有對承臺有具體要求。設(shè)計(jì)人員缺乏參照標(biāo)準(zhǔn),依據(jù)自身的工作經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行設(shè)計(jì),容易使設(shè)計(jì)方案與工程實(shí)際產(chǎn)生出入。

        1.3 樁基類型選擇

        實(shí)踐表明,樁基類型的選擇與樁基沉降表現(xiàn)形式相關(guān),樁基形式不同,樁基沉降程度不同。比如,鉆孔樁與打孔樁對樁基礎(chǔ)沉降情況的影響明顯不同。在同樣承受較大的荷載時,鉆孔樁基礎(chǔ)沉降表現(xiàn)形式為地基土體壓縮變形,打孔樁基礎(chǔ)沉降表現(xiàn)形式為樁間土體壓縮變形。

        2 公路橋梁工程設(shè)計(jì)中防止樁基發(fā)生沉降的措施

        當(dāng)前,人們不僅要優(yōu)化公路橋梁工程設(shè)計(jì),還要改進(jìn)公路橋梁工程施工方法,多方位預(yù)防和解決公路橋梁工程樁基沉降問題。

        2.1 實(shí)地勘察地質(zhì)狀況

        公路橋梁工程設(shè)計(jì)要首先考慮施工區(qū)域的地質(zhì)狀況,樁基沉降程度受地質(zhì)狀況影響。因此,要第一時間對施工區(qū)域地質(zhì)狀況進(jìn)行勘察,掌握準(zhǔn)確數(shù)據(jù),為設(shè)計(jì)和施工提供可靠數(shù)據(jù)。地質(zhì)勘察期間,要調(diào)查清楚地質(zhì)形態(tài)成因、地質(zhì)地層厚度、地基土體軟硬度等內(nèi)容,通過實(shí)地調(diào)查形成調(diào)查報(bào)告,詳細(xì)說明地質(zhì)特性,尤其是各地層分布情況、樁基情況,并根據(jù)實(shí)地考察,初步確定樁型和長度??辈旃ぷ饕龅娇茖W(xué)、規(guī)范,保證數(shù)據(jù)的精確度,為公路橋梁工程設(shè)計(jì)提供可靠依據(jù),為預(yù)防樁基沉降做好準(zhǔn)備[2]。

        2.2 保證橋梁樁基的基本性能

        樁基設(shè)計(jì)的目的是增強(qiáng)橋梁上部結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性,其主要涉及橋梁樁型、橋梁結(jié)構(gòu)方案的選擇;樁徑、樁長、樁距參數(shù)的計(jì)算與確定;單柱基結(jié)構(gòu)形式的選擇;樁基承載能力及基礎(chǔ)應(yīng)力的計(jì)算與確定;樁基、樁帽結(jié)構(gòu)形式的設(shè)計(jì);樁基位置的平面設(shè)計(jì)等。樁基設(shè)計(jì)要考慮環(huán)境變化對樁基的影響及施工中可能發(fā)生的多種常見問題,并制定相應(yīng)的對策。

        設(shè)計(jì)的樁基必須滿足基本的性能要求。首先,樁基要具有良好的荷載傳遞性能,使得地基承受來自橋梁橫向和縱向的負(fù)載,以分擔(dān)橋梁上部結(jié)構(gòu)的負(fù)荷。其次,樁基要具有良好的抗彎性能,樁基本身只有具有一定的剛度和抗彎能力,才能應(yīng)對來自上下部結(jié)構(gòu)的多種壓力加載,減少環(huán)境等因素的影響。

        2.3 選擇正確的樁型及布局

        在樁基設(shè)計(jì)中,首先要考慮樁基類型及長度,根據(jù)施工現(xiàn)場環(huán)境因素的優(yōu)勢與劣勢,對施工工藝、工期、樁基構(gòu)成進(jìn)行科學(xué)設(shè)計(jì),并選擇合理的樁基長度和類型。在樁基設(shè)計(jì)中,使用較多的樁基類型有預(yù)制柱、鉆孔灌注樁、人工挖孔樁、沉管灌注柱等,鉆孔灌注樁是公路橋梁工程中較為常用的樁基類型。具體采用哪種類型,要根據(jù)施工現(xiàn)場、施工環(huán)境及橋梁結(jié)構(gòu)構(gòu)造、上下部負(fù)荷能力進(jìn)行合理選擇。

        在樁基布局上,若選用單樁就能滿足工程需要,則要在樁基設(shè)計(jì)中合理使用單樁沉降分析計(jì)算法。單樁沉降分析計(jì)算法常用的有四種:荷載傳遞分析法、剪切變形傳遞法、彈性理論法、單項(xiàng)壓縮分層總和法。荷載傳遞分析法是根據(jù)規(guī)定的荷載變形傳遞方式來計(jì)算樁對荷載的反應(yīng)。剪切變形法的原理是假設(shè)樁間和樁側(cè)土體都沒變化,不考慮其他阻力因素影響,如果單樁發(fā)生沉降,土體會隨沉降發(fā)生位置下移,出現(xiàn)剪切現(xiàn)象,受剪切應(yīng)力傳遞作用影響,相應(yīng)剪切力變小。因此,單樁基設(shè)計(jì)可以利用剪切力計(jì)算樁徑,剪切變形法設(shè)計(jì)的單樁樁徑數(shù)值能夠有效預(yù)防樁基沉降。彈性理論法則根據(jù)單樁受到的豎向作用力與樁土之間發(fā)生作用產(chǎn)生的位移關(guān)系,計(jì)算出樁體與土的共同作用。單向壓縮分層總和法是依據(jù)各土層的參數(shù)計(jì)算出各層土的沉降量,然后計(jì)算各土層沉降量總和,得出沉降量[3]。

        若工程樁基需要群樁基礎(chǔ),則在應(yīng)對樁基沉降時還需要考慮眾多影響因素。群樁基礎(chǔ)承載力不是簡單的單樁承載力相加,群樁沉降設(shè)計(jì)計(jì)算主要運(yùn)用的方法有實(shí)體深基礎(chǔ)法、分層總和法。實(shí)體深基礎(chǔ)法的計(jì)算原理是利用擴(kuò)展計(jì)算方法,計(jì)算群樁承載力,根據(jù)群樁承載力計(jì)算群樁沉降值,為保證計(jì)算的精確性,還需要考慮土體存在的壓縮變形情況及每個單樁樁基剪切應(yīng)力的影響。分層總和法指的是先分層計(jì)算各土層沉降量,然后根據(jù)單值計(jì)算沉降量總和。各層沉降量的計(jì)算參照的是各土層的壓縮性系數(shù)。但是,在計(jì)算中要充分考慮影響地基沉降的因素,分層總和法計(jì)算出的是地基的最終沉降量,根據(jù)分層總和法計(jì)算的準(zhǔn)確數(shù)值對群樁進(jìn)行設(shè)計(jì),預(yù)防樁基發(fā)生沉降現(xiàn)象。

        2.4 優(yōu)化樁基布局

        一個科學(xué)、合理的樁基布局能夠有效緩解樁基沉降,樁基能否均勻布局取決于對樁柱荷載范圍、橋梁總體長度、樁基數(shù)量的準(zhǔn)確計(jì)算。三個環(huán)節(jié)緊緊相連,每個環(huán)節(jié)的精確度都直接影響下一個環(huán)節(jié)的計(jì)算,只有三個環(huán)節(jié)都準(zhǔn)確無誤,才能確保樁基布局準(zhǔn)確,進(jìn)而有效確保樁基沉降問題得以解決。但是,受地質(zhì)環(huán)境的影響,在樁基難以保證均勻布置的情況下,人們需要根據(jù)施工現(xiàn)場實(shí)際情況,通過其他附加結(jié)構(gòu)彌補(bǔ)不足,減少樁基沉降。

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