桥梁基础不均匀沉降引起的病害分析

桥梁基础不均匀沉降引起的病害分析

摘要：梁桩基础存在不均匀沉降会在上部结构中产生附加应力，主要与土体

性质、地质勘察、测量放样、建设时间等因素密切相关。在山地地区建设公路桥

梁中，一定要重视桥头路基和墩台基底的不均匀沉降，这是公路工程的质量通病

之一，将影响桥梁安全和交通正常运行。

关键词：桥梁基础；不均匀沉降；病害；事故

前言

分析和探讨桥梁基础不均匀沉陷对桥梁结构及安全运行的不利影响，借鉴一

些桥梁建设先例的经验教训，特别建议对基础施工和基底处理应注意的一些事项。湿陷性黄土是一种浸水后土体结构破坏而发生显著变形的土，土体变形往往是由

上覆土层的重力或在自重应力和附加应力的共同作用下形成的。与其他土质相比，这类土体结构疏松，土质均匀，孔隙较发育，土体干燥时，强度往往较高，不易

压缩，但如果受水浸湿，在一定压力下土体结构则会迅速破坏，产生较大的附加

沉降，强度也会迅速降低。

1桥梁基础不均匀沉降原因及特性

1.1不均匀沉降原因

引起桥梁基础不均匀沉降的原因较多，主要包括内因和外因两个方面，内因

主要取决于基础持力层地基土的性质，即基础所处的持力层不同，土体的孔隙比、含水率和压缩性也存在一定的差异，在反复车辆荷载作用下持力层土体的水压力

不断消散，有效应力提高，孔隙体积减小，而不同性质的土体孔隙体积被压缩的

程度不同，从而使基础产生不均匀沉降。在山区，存在土石各占一定面积的地基，由于两者强度及受力后变形的显著差异，特别是小部分岩石及多部分较松软土质

组成“土石地基”，极易造成地基的不均匀沉陷，从而引起桥梁基础的不均匀沉降，给桥梁带来不利的附加应力及安全隐患。

桥梁基础不均匀沉降的外因主要包括以下几个方面：第一，地质勘察不准确。基础在设计之前必须有详细的地质勘查资料，但是目前桥梁工程设计普遍存在工

期紧张的问题，导致前期地勘作业不充分，所取得的地勘成果（承载力、地下水位、桩侧摩阻力等）精度不够，无法反映真实的地层情况，导致基础设计参数不

合理；第二，承受荷载不均匀。因施工测量放样不准确，基础位置与设计存在一

定的偏差，就会导致基础在桥梁结构运营期间承受的外界荷载差异较大，从而产

生不均匀沉降；第三，基础建设时间相差较大。如果桥梁基础分期建设，前期建

设的基础持力层已经充分固结沉降，后期建设的基础还处于欠固结状态，此时新

老基础之间会存在不均匀沉降；第四，如果桥梁基础设计时坐落于滑坡体、溶洞、断层等不良地质地段，桥梁结构完工后原有地基条件发生变化（如滑坡、岩溶塌

陷等病害），也会导致基础不均匀沉降。

1.2不均匀沉降特性

基础不均匀沉降是桥梁结构设计需要考虑的关键内容之一。工程技术人员通

常是根据基础持力层土体的平均物理力学参数，利用“分层总和法”来计算基础

沉降值，这种计算方法属于确定性的计算方法。然而，土体成分复杂，具有各向

异性，加之勘探、取样、试验等随机性，使得不同位置基础持力层土体性能指标

差异较大，此时用分层总和法计算基础不均匀沉降会存在较大的误差。还有一些

重要原因：因为投资的不足，担心做进一步的基底处理会大幅增加资金；有少部

分建设管理者的业务素质和质量意识不强。根据《公路工程结构可靠性设计统一

标准》（JTG2120—2020）、《AASHTO荷载和抗力系数桥梁设计规范》等规范的

要求，变异系数是评价基础不均匀沉降的重要参数。通常情况下，公路桥梁基础

沉降的变异系数可取0.25。

2桥梁基础不均匀沉降的控制措施

2.1对于山区石质地基，强度耐久性满足设计要求可不作特殊处理，但需要

根据周边地形及岩体特性作防岩崩措施，可考虑锚杆加固；对于易风化岩石，则

应采取喷浆防护。

2.2对于山区土石各占一定面积的地基，土方占地基的平面范围往往较大，

超过50%。当土质较浅（小于2米），且受力或遇水易变形的土，应坚决彻底换掉，用与石质强度相似的材料代替；若遇到软土较深，换填困难，则考虑将扩大

基础改为桩基础，根据基底的地质情况和设计验算采用摩擦桩或嵌岩桩。这样，

可避免地基的不均匀沉陷。

2.3对于山区土质地基，在土体强度满足要求，不受地下水和地面水的影响，地基承载力满足设计要求，即便有微幅沉陷，也不会存在不均匀沉陷。对结构物

的安全和正常使用影响很小，因而这种地基是可采用的。

2.4湿陷性黄土地基处治

根据相关公路设计规范中对湿陷性黄土地基处理深度的要求，按地勘报告揭

示的墩台地基湿陷性等级情况，可选择不同的方法进行处理，比如换填灰土垫层、强夯或挤密桩等。

2.5桥台台背路基排水设计

由于黄土遇水湿陷是引起黄土地区桥头路基不均匀沉降的根源，因此完善的

防排水设计至关重要。

（1）填方路基边缘根据路拱横坡设置拦水带汇集路面水，通过边坡急流槽

排入路基坡脚排水沟，尽可能杜绝路面水通过路基边缘渗入路基；路肩处均设置

碎石排水层，以排除路面下渗至封层顶面的滞留水。

（2）填方骨架护坡设置泄水槽，这样方便坡面的汇水能够迅速排离路基；

在防护工程施工时，要衔接好边坡急流槽，使路面水顺利排走。

（3）在柱式、肋板式桥台台背耳墙范围内设置级配碎石排水层，台帽底设

置级配碎石盲沟，以排出台背积水。

（4）施工时，对于桥头搭板底部的路基，要严格把关其平整度和压实度，

确保搭板坐实，不留悬空。

（5）柱式台桥头锥坡采用全封闭式现浇C20混凝土护坡防护，护坡内设置

防裂钢筋网防止混凝土开裂破损，避免雨水渗入路基。

（6）路基坡脚设置纵向排水沟，边坡急流槽必须顺接至排水沟，为方便排水，坡脚护坡道必须夯拍密实，并设置向外3%的横坡；排水沟外侧迎水面设置灰

土隔水墙，防止地表汇水通过排水沟底部渗入路基。

2.6路基压实度控制和填料的选择

在湿陷性黄土地区，砂、砾类土往往较为匮乏，一般路基大多采用黄土填筑，而石灰改良黄土具有水稳性好、强度及刚度大、沉降小、便于施工等特性，因此

采用石灰改良黄土填筑路桥过渡段可达到较好的效果。过渡段路基压实度要求不

低于96%，原地面以上路基填料每填筑1m采用高速液压夯实补强，不留死角，确

保台背各部位压实度均满足规范要求。

2.7合理设置过渡段长度

参照《公路路基设计规范》，过渡段长度按L=（2～3）H+（3～5）m计算，

式中H为路基填土高度，设计及施工中必须保证过渡段长度满足规范要求。

2.8加强施工管理

在施工中应采用成熟的施工工艺，严格按照施工顺序合理配料。首先，路基

过渡段大面积施工时要不断抽查，以规范施工行为，保障施工质量。然后，在压

实阶段，由于过渡段一般较为狭窄，对于碾压机无法彻底、充分碾压的区域，要

采用人工夯实或高速液压补强压实，确保过渡段施工质量合格。

3工程实例

3.1鸡头沟大桥工程概况

鸡头沟大桥位于318国道湖北省利川市与重庆市万州区交界段的利川市境内，桥梁中心桩号为K1702+412，桥跨结构为1×80m空腹式变截面悬链线石拱桥，桥

面宽8+2×0.5=9.0m，全长108.8m，重力式U型桥台。相连接的G318，公路等级

为二级。