公路桥梁桩基沉降原因及防治措施

[4] 秦张越.串珠状溶洞地区高速公路桥梁桩基沉降量安全性分析[J].交通科技，2021(4):17-20.

针对单桩沉降问题，可采取荷载传递法、弹性理论法或剪切变形法进行设计。其中，荷载传递法是将单桩划分为若干弹性单元，由于各弹性单元与土体保持非线性关系，进而推测土体、单桩的荷载传递关系，模拟不同桩端阻力值时的桩基状态，获取假定单元体静力平衡条件时的单桩顶荷载和沉降关系、桩侧摩擦力沿桩身分布情况、桩身荷载沿桩身分布情况，从而确定桩基类型和桩长等设计参数。弹性理论法是将单桩端部压应力视为集中荷载，将桩基周围土体剪应力视为沿桩轴线分布的集中力，对侧阻力桩深方向加以分解处理，在其基础上确定单桩设计方案和解决桩基沉降问题，但在应用弹性理论法时容易忽视时间、应力效应问题。而剪切变形法是假定桩土间不出现相对位移现象，且桩侧土体上下层不产生作用力的条件，当单桩出现沉降现象且到达特定点位时，土体随之沉降，形成剪切应力并沿径向向外传递，与剪切应力成正比关系，在这一前提下设计桩基桩径。同时，重点考虑地基分层、桩端阻力以及参数变化等问题。

在桩基设计和施工之前，必须提前做好现场地质勘察工作，全面查明工程沿线地质条件，对存在软土地基等不良地质问题的地段进行详细勘察，剖析不良地质现象深部情况，判断对桥梁及桩基结构可能造成的影响。随后，在现场重复开展钻探、试验与原位测试作业，对比测试结果与前期掌握的勘察信息，从而补充地质勘察内容，进一步掌握工程地质条件。该项目中，综合分析桥位地质条件、拟采用桩基类型等因素来布设若干钻孔，在各处墩台布设4～5个钻孔，在锯齿状基岩面等部位布设辅助钻孔。根据地层构造确定钻孔深度，如在分布岩石层与黏质土层时的最小钻孔深度为3m与25m，对钻探样品进行检测。最后，在现场勘察与钻探测试结果基础上，编制现场地质勘察报告、绘制桥位河床地质断面与钻孔柱状断面图，将其作为桩基设计的主要依据。

在桩基布局优化环节，首先，在选用群桩基础时，遵循均匀布置原则，将桩体按照环形、对称形或梅花形排列方式加以布置，在弯矩值过大时可以对各桩位置加以调整，无需保持等距状态，但需将桩中距和边桩外侧间距控制在允许范围内。同时，在桩距符合要求条件下，优先在承台外围部位布置桩体，起到改善基础性能的作用。其次，根据所选用桩基类型来设计桩中距。例如，在选用摩擦桩时，将承台底部桩中距保持在1.5倍桩径及以上，将振动沉入摩擦桩的桩尖部位中距保持在4倍桩径及以上，将钻挖摩擦桩中距保持在2.5倍成孔直径及以上。而在选用端承桩时，将基岩上沉入桩中距控制在2倍边长及以上，将嵌入基岩的管桩中距控制在2倍管桩外径及以上。最后，做好桩与承台边缘设计工作，根据桩径或边长来确定二者间距，如在桩径不超过1 000mm时，将边桩外侧和承台边缘间距控制在0.5倍桩径以上且超过250mm，而在桩径超过1 000mm时，将二者间距控制在0.3倍桩径以上且超过500mm。同时，根据桩基类型选择桩与承台连接方式，如在选用预制桩时，直接将预制桩顶部埋入承台即可，在选用钻挖灌注桩时，则将灌注桩顶部主筋伸入承台。

[2] 张宜飞.高速公路T梁桥拓宽新旧桥长距离连接施工技术研究[J].建筑技术开发，2020,47(20):40-41.

某公路桥梁地形复杂，桩基沉降问题严重，大部分地段揭露，工程地质性能差，地层分布情况如表1所示。在基坑开挖、桩基施工及成槽施工时易发生掉块、塌孔、渗水、漏浆等，施工过程中不可避免地产生大量的粉尘、污水、泥渣等污染物，并且渣土外运、大型机械设备吊装等施工活动也会产生较多的噪声，且该区段工期紧张，工程量大。

一般而言，项目现场分布砂层、岩层埋深较浅时选用灌注桩，分布较厚淤泥质土层时选用预制桩，分布黏土层或风化岩层时选用冲孔灌注桩，位于岩溶地区且地下水较为丰富时选用预应力管桩或预制桩。然而，当前在部分工程中，并未对地质环境勘察工作予以高度重视，地质勘察范围有限，没有全面掌握现场水文地质条件和了解深层地质构造，而是依赖主观因素进行判断，选择桩基类型与施工方法，最终在施工期间出现桩基沉降问题。该项目公路桥梁工程位于西部平原地貌区，现场地层以填筑土、古生界混合积岩与残积土为主，选择钻孔灌注桩和冲击成孔方法，在施工期间，桥梁右幅多处桥墩及桩基出现沉降现象，经过现场勘察得知，现场基岩是由震旦系闪长岩、花岗质脉体等组成的混合岩，有着极为明显的风化特性，因错误选取钻孔方法，受到施工扰动而在成孔期间形成过厚桩周泥皮，使得桩周地层摩阻力下降而出现桩基沉降问题。

[5] 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):58-59,62.

表1 地层分布情况 下载原图

桩基是公路桥梁工程中最为常见的基础形式，有稳定性强、变形量小、承载力高等特点，可以有效应对地震区软弱地基、液化地基等问题。然而，在工程建设和使用期间，因上部桥梁结构体积庞大，在巨大结构荷载作用下，出现桩基沉降问题，形成质量缺陷与安全隐患，因此，对公路桥梁桩基沉降机理进行分析，并采取有效的防治措施具有重要的意义。

[1] 肖小铃.公路桥梁中桩基沉降问题分析[J].工程建设与设计，2020(23):40-41,44.

在公路桥梁工程中，桩基布局和桥梁应力结构有着密切联系，如果桩基布局缺乏合理性，会对桥梁应力结构造成程度不一的影响，严重时引发桩基沉降、桥梁坍塌等一系列问题。例如，在桩基间隔距离过小时，导致桥梁应力结构呈现相对集中现象，结构两端应力值有所不足，容易在两端部位出现桩基沉降现象，在沉降量过大时造成桥梁两端坍塌。因此，在桩基布局设计环节，必须重点考虑桩基平面布置、桩基中距设计、桩与承台边缘设计三项问题。

摘 要：为避免公路桥梁桩基沉降引起质量问题，结合工程实例，分析了公路桥梁桩基沉降原因，提出了公路桥梁桩基沉降的防治措施，包括做好地质勘察工作、桩基选型优化、桩基布局优化、单桩和群桩沉降优化、墩台身优化、桩基加固优化等。工程结果表明，采取的措施确保了后续没有再出现明显沉降问题，竣工质量验收合格。

综上所述，桩基沉降是公路桥梁工程中一项典型的质量问题，在桩基沉降超限时严重破坏桥梁结构、缩短桥梁使用年限和危及桥梁使用安全，必须得到有效解决。施工人员需要对桩基沉降问题予以高度重视，了解不同种类沉降现象的产生机理，找寻诱发桩基沉降的具体原因，围绕实际问题来采取桩基选型优化、布局优化、单桩和群桩沉降设计等解决对策。该公路桥梁桩基施工中采取了有效的防治措施，竣工质量验收合格。

针对工程施工特点，结合公司在其他同类工程施工的经验，充分贯彻科学管理、专业化分工的原则，为确保工程安全、优质、高效、按期完成，认真分析桩基选型问题。不同类型桩基适用的地质条件、桥梁上部结构类型、施工条件与荷载类型存在明显差异，如果错误选择桩基类型，或出于成本角度考虑刻意选择与标准相近的桩基类型，会对桩基承载力造成程度不一的影响，在桩基使用期间有可能出现倾斜、位移与沉降现象。项目在现场富集地下水和处于有水路段时，考虑到区域土体受水体侵蚀作用影响，易出现桩基沉降现象，需要选择桩柱式单排桩作为桩型，额外设置承台来控制桩基沉降量。而在桩基处于水中时，则需要在桩基长度计算过程中扣除冲刷深度。此外，不同类型桩基在相同荷载条件下的沉降情况存在明显差异，对桩基类型的合理选择，可以有效控制桩基沉降发展情况和减轻损失。例如，在桥梁桩基承受过大外部荷载时，选用打孔桩会出现桩间土体压缩变形现象，选用钻孔桩则出现地基土体压缩变形的现象。

桥梁结构由上部结构、墩台身、桩基结构三部分组成，墩台身在其中起到承受上部结构荷载、连同自身重量向地基传递的作用，要求墩台身具有一定的刚度、强度与良好稳定性能，合理选择截面形式与设计墩身尺寸，如果墩台身存在设计缺陷，将无法起到应有作用，引发桩基位移、倾斜、不良沉降等问题出现，如在承重柱倾角过大时，导致桥梁主体结构应力以倾斜状态向下方桩基传递。

在桩基选型优化环节，一方面，综合分析地质条件、上部结构、荷载类型、施工条件等多方面因素，确定最终桩型，如在现场分布砂土层、黏土层或粉土层时优先选择沉管灌注桩，在上覆土层无法提供充足桩侧阻力时选用低承载力群桩，在施工工期紧张且粉砂层埋藏较小时选用静压预制桩，在工程现场远离城市区域时选择施工噪声大但桩身质量可控性强的打入式预制桩。另一方面，为保证桩基应力均衡状态，要求所选桩基的高差、应力在允许范围内，重点提升结构刚度，预防不均匀沉降问题出现，如在沉降深度大于130mm且构筑物长高比小于2.5的情况下，可额外设置纵横墙，以维持桩基结构和构筑物长高的匹配状态。

由于地质条件的影响，该项目公路桥梁桩基问题比较明显，主要表现为倾斜沉降、过快沉降、不规则沉降等。导致出现沉降问题的原因如下。

关键词：桩基;沉降;防治措施;

针对群桩沉降问题，考虑到这类桩基结构较为复杂，沉降问题涉及群桩数目、桩间距离等因素，可选用分层总和法与实体深基础法进行设计。其中，分层总和法适用于桩间距不超过6倍桩径的群桩基础，假定公路桥梁群桩为实体基础，对基础基底附加应力值加以修正处理，计算群桩沉降量。而实体深基础法则是通过扩展计算来确定群桩承载力、沉降值，并在计算过程中重点考虑周围剪切应力、土体压缩变形等因素造成的影响，确定不同荷载条件时的附加应力值，以此来获取准确的桩基极限承载力计算结果，解决桩基相互影响、群桩承载力与相同数量单桩承载力总和不一致的设计问题。

[3] 刘启林.浅淡公路桥梁桩基施工与检测技术分析[J].居舍，2018(30):69,96.

为预防和减少桩基沉降问题出现，需要根据已掌握的工程信息，对易沉降的桩基部位进行加固设计，用于强化桩基结构性能和提升强度，主要加固方法包括桩侧及桩底压浆加固、增设钻孔灌注桩、增设预制管桩、加桩顶升与桩底高压注浆。例如，在某公路桥梁工程中，选择采取加桩顶升与桩侧桩底压浆的加固方法。其中，加桩顶升是在原有基桩侧方额外设置4根钻孔灌注桩，通过劲性骨架与植筋方式连接新旧桩基，一同承担上部桥梁结构载荷，与承台组成梁体顶升平台。而桩侧桩底压浆是在桩侧部位与桩底部位地层处通过无缝钢花管注入泥浆，在泥浆固结后起到加固桩侧土体、强化桩底端承力与桩侧摩阻力的作用，从而解决桩侧泥皮问题，避免钻孔灌注桩因过厚桩周泥皮而沉降。

[6] 孙海宁.公路桥梁工程中桩基沉降问题的解决措施[J].交通世界，2020(Z1):176-177.

作者简介：冀前锟（1988—），男，河北涞水人，研究方向为道路与桥梁工程。;

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在墩台身优化设计环节，优先选择重力式桥墩，这类桥墩可凭借自身重力有效平衡外力和维持稳定状态，有着体积大、重量大、墩身厚实的特征，仅需少量配筋或无需配筋即可，但对地基条件有着严格要求，且阻水面积较大，需要根据工程情况而定。同时，也可选择异形墩台，但需要保持墩台受力均匀状态，如保持墩台正投影形状的对称状态，确保墩台可以将上部结构荷载竖向、均匀地传递至桩基，不会产生过大桩顶附加弯矩。随后，根据桥梁跨径来设计墩帽厚度，中小跨径桥梁中墩帽厚度保持在0.4m及以上，在大跨径桥梁中墩帽厚度保持在0.5m以上，并在墩台帽内设置构造钢筋，将墩台帽出檐宽度设定为5～10cm。