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公路橋梁工程設(shè)計(jì)中樁基沉降問(wèn)題研究

2019-10-20 08:43劉天宇
磚瓦世界·下半月 2019年5期
關(guān)鍵詞:公路橋梁工程設(shè)計(jì)

劉天宇

摘 要:科技的進(jìn)步,促進(jìn)工程建設(shè)事業(yè)得到快速發(fā)展。公路橋梁工程是一種體積龐大的工程項(xiàng)目,其巨大的結(jié)構(gòu)荷載,使得下部結(jié)構(gòu)樁基出現(xiàn)沉降,這種現(xiàn)象十分正常,但是如果樁頂力分布存在差異,那么沉降的速度、深度、時(shí)間都會(huì)不同,形成不規(guī)則沉降現(xiàn)象,在此現(xiàn)象下公路橋梁工程可能會(huì)出現(xiàn)耐久性問(wèn)題,引發(fā)一系列嚴(yán)重的后果。因此在公路橋梁工程設(shè)計(jì)當(dāng)中,有必要圍繞沉降問(wèn)題進(jìn)行控制。本文就公路橋梁工程設(shè)計(jì)中樁基沉降問(wèn)題展開(kāi)探討。

關(guān)鍵詞:公路橋梁工程;設(shè)計(jì);樁基沉降

鉆孔灌注樁具有后期支撐作用穩(wěn)定性高、承載能力強(qiáng)的特點(diǎn),所以對(duì)于上部結(jié)構(gòu)荷載較大的公路橋梁而言,鉆孔灌注樁是大部分公路工程的首選。要保證工程的造價(jià)、質(zhì)量、工期及工程的使用壽命,就必須充分考慮公路橋梁樁基沉降的設(shè)計(jì)是否符合工程情況。筆者結(jié)合自身工作經(jīng)驗(yàn),就公路橋梁工程設(shè)計(jì)中的樁基沉降問(wèn)題進(jìn)行探討。

一、公路橋梁設(shè)計(jì)過(guò)程中所遵循的原則

首先在公路橋梁的設(shè)計(jì)過(guò)程中應(yīng)該嚴(yán)格按照國(guó)家現(xiàn)今對(duì)于公路橋梁設(shè)計(jì)的規(guī)定以及標(biāo)準(zhǔn)開(kāi)展設(shè)計(jì),保證公路橋梁設(shè)計(jì)能夠符合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)。另外公路橋梁的設(shè)計(jì)的開(kāi)展應(yīng)該考慮實(shí)際情況,盡量降低公路橋梁工程建設(shè)開(kāi)展過(guò)程中對(duì)于資金的浪費(fèi),有效的控制工程造價(jià)。同時(shí)應(yīng)該有效的利用結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)以及可靠性設(shè)計(jì)等能夠提高公路橋梁工程設(shè)計(jì)的多元化與標(biāo)準(zhǔn)化的設(shè)計(jì)方式,采用更加新穎的工藝與技術(shù),將新技術(shù)與傳統(tǒng)技術(shù)相結(jié)合,以此保證設(shè)計(jì)成果能夠滿足現(xiàn)今社會(huì)對(duì)于公路橋梁建設(shè)的要求。

二、樁基沉降的原因

(一)端承型群樁沉降

公路橋梁工程中的樁群結(jié)構(gòu)類型有很多,其中出現(xiàn)頻率最高的是端承型樁群。組成部分主要是端承樁,因此,剛硬性極強(qiáng)的持力層成為這種樁群結(jié)構(gòu)最顯著的特點(diǎn)。端承型樁群正式投入使用后,能夠長(zhǎng)時(shí)間承受巨大的重量,能夠利用不同的承臺(tái)將重量分散輸送到各個(gè)群樁地下層。這種承力模式不僅能讓樁體對(duì)自身承載的重量進(jìn)行有效控制,還能在一定程度上提升樁體的承載強(qiáng)度。樁底部位四周土層的堅(jiān)固度與群樁沉降現(xiàn)象有直接的聯(lián)系,而上述方法可以有效增加土層堅(jiān)固度,極大地降低端樁刺入土層或者樁體發(fā)生沉降的幾率。

(二)摩擦型群樁

摩擦樁群和端承樁群均有可能會(huì)產(chǎn)生沉降,而且沉降產(chǎn)生的原因存在一定的差異性,想要詳細(xì)的分析出沉降產(chǎn)生的原因難度較大。工作人員對(duì)端承型群樁進(jìn)行全面分析的過(guò)程中,發(fā)現(xiàn)單樁和承臺(tái)二者之間、單樁和單樁之間會(huì)存在一定的綜合作用力,這些綜合作用力會(huì)比較小,而且伴隨一些相互作用力,所以可以忽略不計(jì)。對(duì)摩擦樁群進(jìn)行分析時(shí),必須要多關(guān)注單樁和單樁相互之間的影響,因?yàn)楹奢d重量主要傳遞方式是通過(guò)摩擦的形式進(jìn)行傳遞,所以這種摩擦下單樁相互之間的影響比較重要。不同的單樁相互之間以及不同的樁端土層相互之間都有可能會(huì)出現(xiàn)重疊應(yīng)力的問(wèn)題,導(dǎo)致樁基相互之間摩擦能力與樁基相互之間的承載能力相互影響。工作人員在對(duì)群樁承載能力強(qiáng)度進(jìn)行研究時(shí),不能只將目光集中在單樁承載力相互疊加方面,也要多關(guān)注一些樁體間的干擾與影響。

三、公路橋梁工程設(shè)計(jì)中的樁基沉降技術(shù)

(一)對(duì)彈性理論法的分析

基于彈性理論角度分析土與樁、樁與樁、土與土之間的作用方式,是研究單樁基礎(chǔ)在縱向上的承載力前提下,分別分析承載力和基礎(chǔ)土層之間的作用力和相對(duì)位移的關(guān)系。以彈性理論為中心,可在分析過(guò)程中拓展出系列的單樁沉降計(jì)算法,但所有計(jì)算方式的有效應(yīng)用都是建立在樁基礎(chǔ)位移和周圍土層位移保持同步和協(xié)調(diào)的條件下的。從軸向承載下的樁基礎(chǔ)樁身的壓縮情況就能得出樁基礎(chǔ)發(fā)生位移的結(jié)果,具體則可以通過(guò)某個(gè)定點(diǎn)產(chǎn)生的Minidlin位移得知樁四周土體的位移。

(二)單樁的沉降分析計(jì)算

1、荷載傳遞分析法。分析單樁荷載的過(guò)程中,使用頻率最高的就是荷載傳遞分析法,這種方法嚴(yán)格遵循了規(guī)定范圍內(nèi)負(fù)荷承載變形,以鏡像的方式完成對(duì)具體傳遞反映的計(jì)算。具體的工作原理為:以相同長(zhǎng)度為要求,將樁基礎(chǔ)分為多個(gè)樁段,每一個(gè)樁段即為一個(gè)彈性單元,再以非線性彈簧模擬每個(gè)樁段和土層之間的聯(lián)系。這種方法在負(fù)荷承載傳遞運(yùn)用曲線中,通常假定與樁基礎(chǔ)位移有關(guān)的變量只有該點(diǎn)的摩擦阻力,除此以外的任意位置點(diǎn)的摩擦阻力對(duì)其都沒(méi)有影響。2、對(duì)單向壓縮分層總和法的分析。運(yùn)用單向壓縮分層總和法計(jì)算公路橋梁樁基沉降結(jié)果,從總量角度而言相對(duì)精準(zhǔn),因?yàn)槭峭ㄟ^(guò)全面分析樁基周圍土層的各項(xiàng)參數(shù)得出的數(shù)據(jù)。單向壓縮分層總和法屬于一種淺基礎(chǔ)層面的總沉降量計(jì)算法,這種方法被應(yīng)用于大直徑單樁,盡管這類單樁的樁側(cè)阻力較小,但較大的樁基底面積能幫助整個(gè)樁基分擔(dān)重量。比如在深基計(jì)算的過(guò)程中,當(dāng)外界一切條件都相同時(shí),通過(guò)明氏應(yīng)力分布法分析樁基沉降量,所得的量總值幾乎等同于工程設(shè)計(jì)和推算時(shí)的總量;而運(yùn)用布氏公式法計(jì)算所得的值通常有偏差,相比于實(shí)際測(cè)量值要偏大30%,甚至50%;用分層總和法分析單樁沉降量時(shí),依據(jù)壓縮層的計(jì)算深度,參照相關(guān)規(guī)定,或者實(shí)際經(jīng)驗(yàn)來(lái)確定。

(三)群樁沉降設(shè)計(jì)法

對(duì)實(shí)體深基礎(chǔ)法進(jìn)行討論,該基礎(chǔ)法也被稱之為等代墩基法。工作人員在對(duì)公路橋梁進(jìn)行設(shè)計(jì)的過(guò)程中以及在對(duì)群樁沉降進(jìn)行計(jì)算的過(guò)程中,最常用的方法就是深基基礎(chǔ)法,而且深基基礎(chǔ)法也是高承臺(tái)樁群與土層施工的基礎(chǔ),但是整個(gè)處理過(guò)程必須要保證墩基始終都要處在規(guī)定的范圍內(nèi),且實(shí)體墩基和樁基土層二者之間可能會(huì)出現(xiàn)壓縮的情況,所以工作人員需要通過(guò)擴(kuò)展計(jì)算的方式來(lái)計(jì)算出群樁的具體沉降數(shù)值。在工作開(kāi)展的過(guò)程中,還可以將實(shí)體基礎(chǔ)底面當(dāng)成主要的研究對(duì)象,結(jié)合地基土執(zhí)行與附加應(yīng)力性質(zhì)等方面的要素,通過(guò)不同的計(jì)算公式來(lái)對(duì)目標(biāo)進(jìn)行計(jì)算。想要從根本上減少差異,保證工作的正常開(kāi)展,相關(guān)工作人員就必須要按照工作實(shí)際開(kāi)展情況,提出不同的預(yù)防措施。

四、公路橋梁工程設(shè)計(jì)中樁基沉降問(wèn)題改善方法

(1)樁基布局改善。在進(jìn)行樁基布局設(shè)計(jì)過(guò)程當(dāng)中,設(shè)計(jì)人員首先需要通過(guò)計(jì)算來(lái)得到每個(gè)樁基的受力范圍,其次在根據(jù)公路橋梁工程的總長(zhǎng),計(jì)算樁基布局中的樁基數(shù)量,最終依照計(jì)算結(jié)果,將樁基依照受力范圍來(lái)均勻分布,可以有效改善樁基布局造成的沉降問(wèn)題。此外,在一些特殊條件之下,可能無(wú)法均勻分布樁基,那么就需要通過(guò)一些附加結(jié)構(gòu)來(lái)進(jìn)行補(bǔ)強(qiáng),對(duì)此也需要通過(guò)相應(yīng)的計(jì)算來(lái)得出強(qiáng)度差值,再依照差值進(jìn)行相關(guān)設(shè)計(jì)。(2)樁基選型改善方法。公路橋梁工程時(shí)常會(huì)遇到臨水環(huán)境,此類環(huán)境的土體松軟,極易出現(xiàn)不良沉降現(xiàn)象,那么針對(duì)此環(huán)境,設(shè)計(jì)人員需要做好基礎(chǔ)設(shè)計(jì)工作。橋位處軟土層較厚時(shí),樁柱式單排裝,需設(shè)承臺(tái),減少樁基不均勻沉降產(chǎn)生的不利影響。但在實(shí)際應(yīng)用當(dāng)中,還需要根據(jù)實(shí)地情況來(lái)進(jìn)行選擇。此外,位于水中的樁基礎(chǔ),要考慮水流沖刷帶來(lái)的不利因素,樁基長(zhǎng)度設(shè)計(jì)時(shí),要扣除沖刷深度。

五、結(jié)語(yǔ)

總而言之,分析公路橋梁工程設(shè)計(jì)中的樁基沉降問(wèn)題,必須在充分掌握相關(guān)理論知識(shí)的基礎(chǔ)上,結(jié)合自身經(jīng)驗(yàn)和工程實(shí)際情況計(jì)算,為了保證公路橋梁樁基沉降分析的全面性和科學(xué)性,還要善于借助先進(jìn)的測(cè)量技術(shù),盡量避免橋梁工程樁基沉降對(duì)后期使用功能的影響。

參考文獻(xiàn):

[1]劉杰.公路橋梁施工在軟土地基上不均勻沉降的防治對(duì)策探討[J].工程技術(shù)研究,2017,(10):39+41.

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