桥梁设计过程中桩基沉降问题解析

1 公路桥梁各类桩基沉降形成原理

首先，本文将会阐述在桥梁工程建设过程中为什么会出现沉降现象，并介绍此现象的成因；其次，需要阐释一个关系：桥梁结构本身的荷载力与地基的承载力，沉降现象就是由于这一对力的相互作用而产生的。下文将会具体对三类现象的成因进行解释说明：

1.1 过快沉降现象的产生原理分析

过快沉降现象的成因从力的关系角度进行分析，地基的承载力大大小于桥梁工程的桩顶力。这一对力如果能够相互抗衡，那么就能使桥梁工程的建设使用周期更长；如果存在地基的承载力微微小于桥梁工程的桩顶力，那么对于桥梁工程的主体而言就没有根本性的冲击；当桥梁工程的地基承载力远远小于桩顶力的压力时，就会出现过快沉降的现象，此时整个工程的质量就会缩水，严重时整个工程的主体结构就会由于无法负荷压力而倒塌[1]。

1.2 不规则沉降现象的产生原理分析

不规则沉降现象指的是桥梁工程的桩顶力与地基的承载力出现了超出一定范围的差值。与上文中提到的过快沉降现象的不同之处在于：不规则沉降现象会使桥梁工程出现局部质量问题，虽然不至于导致主体结构的倒塌，但也会使桥梁工程的局部出现断裂等情况。

1.3 倾斜沉降现象的产生原理分析

倾斜沉降指的是在单体桩基的建设工程下，当桩基两侧的土地承载力不同时，一方的土地承载力小于另一方，但是在施加于其上的桩基力相同的情况下，一方的桩基力与土地承载力可以相抗衡；另一方的桩基力与土地承载力不同时，则导致两侧的受力情况不同而产生单侧桩基力与土地承载力无法抗衡的情况。另外，还有一些因素也会导致这一现象的产生，但是这种情况较少，例如：出现横向的外力作用时，会破坏整个工程的平衡，从而危及工程的使用安全。

2 公路桥梁工程设计中桩基沉降问题产生的原因分析

通过对我国目前的公路桥梁工程建设沉降问题的调查，得出目前我国公路桥梁工程建设沉降问题产生主要由于以下几个方面的因素，具体包括：

2.1 地质环境勘察工作不足

在桥梁工程建设前，施工单位需要对桥梁工程的施工环境进行调查，其中最主要的一项是对目标建设桥梁工程的地理位置进行调查，考察当地的地质条件下是否能够进行桥梁工程建设。事前的调查工作能够减少后续工作中可能会产生的各种意外情况，对整个工程的建设百利而无一害。然而，通过观察我国的桥梁工程建设过程得知，有一部分设计人员并不会对目标建设区域的地理环境进行调查，设计者接收到工作任务后仅会对桥梁的设计进行尽职的工作，仅有理论知识，而缺少与实践的充分结合，这就使得施工方在建设过程中会遇到各种未知因素[2]。如果建设区域的地理环境比较理想，整个工程就能够得以建设完成；但是，如果当地的建设较差就会直接影响到施工过程，那么建设工程的质量也就是未知的。

2.2 桩基选型问题

桥梁工程的桩基建设有各种不同的类型，针对不同的地理桥梁工程环境应当选用最适合的桩基类型。那么如何选用呢？这就需要施工人员的考察与分析。在考察时需要考虑当地的环境是平原还是山区以及其他一些需要考虑的因素。有一部分施工团队不仅仅会考虑施工的地理环境，还会考虑整个工程的建设成本问题。在桩基的不同类型中，有造价较高的，同时也有造价较低的，价格与使用效果成正比。虽然，较低造价的桩基并不会影响工程的安全建设问题，但是却极易受到影响，产生上文所述的不规则沉降现象，进而影响工程的安全使用。

2.3 桩基布局问题

桩基布局指的是在桥梁建设过程中对工程的应力结构布局。两者之间是相互依存、相互作用、相互影响的关系，应力结构的布局代表整个桩基的局部；应力结构的布局效果直接影响了桩基的布局效果。如果应力结构出现问题，整个工程就会出现质量问题；应力结构的问题大小也会直接影响到工程结构的稳定性与安全性。在工程建设的过程中，如果桩基的布局集中，那么整个应力结构就会承受相对集中的力；如果桩基的布局分散，那么应力结构承受的力就会相对松散。整个工程的应力结构只有紧密与松散相结合才是完美状态，因为不论是过于松散，还是过于紧密都会使整个工程出现不良沉降的问题，进而对工程的质量产生影响。

2.4 墩台身问题

墩台身的建设也是引发不良沉降现象的因素之一。墩台身属于桥梁工程结构中的一部分，对于整个工程具有承上启下的作用，承接来自上方的力，从而缓冲对于地基的压力。如果墩台身出现了质量问题，那么就会直接出现不良沉降的现象，进而影响到整个工程的质量。就目前现状而言，在设计过程中，墩身存在的问题有设计规格过大，或是设计阶段没有考虑墩台身自身的承重量，在实践中受到了外界荷载或是地形荷载，从而引发下沉问题的出现。总结来讲，墩台身的设计第一要符合质量安全的标准；第二要保障结构的稳定性；第三，要符合不同类型墩台身质量的特殊要求[3]。

3 公路桥梁工程设计中桩基沉降问题改善方法

提升公路桥梁工程的建设质量，保障工程建设完毕后的使用效果，减少公路桥梁工程的不良沉降现象，可以从以下四个方面入手：

3.1 加强地质勘察工作

由于在具体实践过程中，这一工作的缺失导致了工程建设效果降低，因此必须加强地质勘探工作。首先，要求承接设计工作的设计方必须对桥梁建设目标区域的地质环境进行考察；其次，考察的过程应当反映在合同中，在双方签署的合同书中要明确标注关于地质勘探工作进行的要求。对这一工作的调查可以由监察小组进行监督，监察小组由双方人员互相选任派出；最后，得出的地质勘探结果应当生成纸质版的结果，交由施工方。对于施工方而言，这一调查结果只是一项参考，如果在实践工作中发现了不相符合的情况，则应及时报告，不得擅自做决定。及时的报告能够理清设计方与施工方的责任，方便后续的责任追究。

3.2 桩基选型方法分析

桩基的类型选用对于工程建设的效果十分重要，因此施工单位应当充分考虑各种例外情况的产生，选用最适合的桩基类型。在建设过程中，选用桩基类型会遇到水环境的困扰。在建设目标区域如果遇到水环境，极易产生不良沉降现象。遇到这一情况需要充分考虑土壤结构是否松软、水流的冲刷可能会对桩基造成的影响等。在合计环节，施工单位还需要按照桩基的实际情况，对桩基类型的适应性进行解析，从而保证桩基的应用效果可以达到工程的需求。

3.3 改善桩基布局方法分析

实践中，想要改善桩基的布局，则需要计算桩基的个数、桥梁设计的总长以及每个桩基的受力区间；经过计算得出最完美的设计方案，从而改善桩基的布局。如果出现较大的差值，也可以利用其他的辅助设施予以弥补。

3.4 优化墩台身结构设计

优化墩台身的结构，最重要的一点是保障墩台身的结构建设稳定。由于墩台身也有不同的设计方案，因此对于不同的设计类型，在做到上述结构稳定的基础上还应当根据不同类型的设计需求予以特殊的技术支持；另外，无论哪种类型的墩台身都应当保障施工的质量和后续投入使用的效果。与此同时，在墩台身结构设计的过程中，还需要考虑地质的承载能力是否可以承托墩身结构的实际重量，有必要时应该加强地基结构的强度。

4 群桩沉降设计方法建议

对于群桩沉降设计的问题，可以从三个角度分析，具体包括：

4.1 群桩实体基础法

目前，我国在公路桥梁工程建设中对于群体性的桩基沉降现象的预防使用的是实体基础法。实体基础法指的是将桩基作为实体，并对桩基的承受范围进行计算，从而得出相应的承受区间。

4.2 群桩分层总和法

分层总和法是指将地基沉降计算深度内的土层，按土质和应力变化情况划分为若干分层，分别计算各分层的压缩量，然后求其总和，从而得出地基最终的沉降量。国家规范计算地基沉降的方法就是分层总和法，本方法计算的物理概念清楚，计算方法也很容易，易于在工程单位推广应用。

4.3 群桩弹性理论法

此方法以应力法中桩基侧边的摩擦力为基准计算受力区间，一般的做法是基于两根桩竖向位移的相互影响，采用叠加原理推广至群桩的沉降计算。 但由于其解复杂，结果均以图解形式出现，无显式解，因而分析困难。

5 结语

因为不良沉降会给工程的安全使用带来极大的负面影响，所以我们通过将不同类型的不良沉降成因分析以及改善不良沉降现象发生的方法分析作用于实践，希望能够为桥梁工程的建设提供思路，保障工程的安全使用。