淺議隧道施工后臨時棄渣和車輛作用對樁基的影響

白珍武

(貴州貴安建設(shè)投資有限公司)

1 計算模型及參數(shù)

1.1 計算模型與材料參數(shù)

本文以該隧道施工棄渣、運(yùn)渣為工程背景，樁采用C25的混凝土。

考慮到樁內(nèi)鋼筋的加強(qiáng)作用，該樁已經(jīng)建成10余年，需要對其進(jìn)行一定的強(qiáng)度折減，材料參數(shù)取值如表1。

表1 材料參數(shù)表

1.2 荷載確定

模型中的地基和橋梁均處于重量場中，其重力加速度為10m/s2。為了提高計算的效率，在數(shù)值模型中直接計算出橋板自重和車輛荷載，然后使其均勻的由各橋樁基礎(chǔ)承受，根據(jù)梁板的尺寸，估計每個樁所承擔(dān)的重量為:m=14.45×40.02×0.9/2×2500=652 827kg，則每根樁頂?shù)膲簯?yīng)力為P=mg/A=g/A652×10/(3.14×12)≈2×106Pa。

1.3 典型工況分析

為了模擬加壓和車輛運(yùn)動的過程，在“地表”設(shè)置的分割線，將整個“地表”劃分為不同的區(qū)域。該劃分并沒有改變材料的性質(zhì)，僅僅是為了加載的方便?；诘刭|(zhì)環(huán)境和棄渣堆置兩個方面，選取8個工況進(jìn)行數(shù)值模擬分析，如表2所示。

表2 典型工況表

(1)臨時棄渣場棄土對橋梁第三排樁基的影響

近似取棄土的密度為，ρ=2 100kg/m3，設(shè)棄渣高度為5m，其所對應(yīng)的壓力為P=γh=上標(biāo)，設(shè)棄×5=105000Pa，設(shè)棄土堆置在臨時運(yùn)輸線路兩旁。

(2)運(yùn)渣車對整個橋梁的影響

設(shè)運(yùn)渣車每車載重Mcar=20t，假設(shè)車輪與地面的接觸面積為0.5m2，則近似車輛施加在地面上的壓力為Pcar=400 kPa。實(shí)際的運(yùn)渣車處于運(yùn)動狀態(tài)，在數(shù)值模型中以壓力的移動模擬車輛的運(yùn)動。在數(shù)值試驗(yàn)中，放大運(yùn)渣車對樁基的影響，假設(shè)車輛在每排樁的中間運(yùn)行，每個工況的荷載施加長度為20m，寬度為6m，施加的壓力為=Ncar/(12×6)=(20000×10)/(12×6)=27700Pa，在數(shù)值模擬中為了工程安全，取=40000Pa。

2 數(shù)值模擬結(jié)果分析

由于本次模擬組合的工況較多，在計算結(jié)果數(shù)據(jù)處理上，選擇典型的數(shù)據(jù)以及最不利的情況進(jìn)行分析，提取工況8的位移結(jié)果圖進(jìn)行分析。

X方向最大位移為1.42mm，Y方向最大位移為-2.61mm，Z方向最大位移為-0.32mm。

通過對所有數(shù)據(jù)的分析，得出工況1到8的最大位移值如圖1～3曲線圖，圖為各工況下X、Y、Z方向的最大位移值。

從該曲線圖上可得出，受堆載和車輛荷載行駛在第三排橋墩左、右側(cè)時X、Y、Z方向的位移值較大，X方向最大位移為1.45mm，Y方向最大位移為2.61mm，Z方向最大位移為-0.4mm。

圖1 各工況X方向最大位移曲線

圖2 各工況Y方向最大位移曲線

2.5 同時受堆載和車輛荷載的位移分析曲線圖

從圖4～6得出，當(dāng)同受堆載和車輛荷載作用時，第四排第二根橋墩頂處Y方向的最大位移為3.0mm。

圖3 各工況Z方向最大位移曲線

圖4 第四排第二根橋墩頂處X方向位移曲線圖

圖5 第四排第二根橋墩頂處Y方向位移曲線圖

3 結(jié)論

(1)根據(jù)現(xiàn)行《公路橋涵設(shè)計通用規(guī)范》(JTG D60-2004)及《城市橋梁工程施工與質(zhì)量驗(yàn)收規(guī)范》(CJJ2-2008)的規(guī)定:樁尖對中軸線的傾斜允許偏差為10mm，樁頂平面對樁縱軸線的傾斜允許偏差不大于3mm。對于桂花新村大橋，按實(shí)際情況，在第三排橋墩右側(cè)臨時棄渣堆置后。

圖6 第四排第二根橋墩頂處Z方向位移曲線圖

(2)經(jīng)過以上數(shù)值模擬分析得出，橋墩最大應(yīng)力和位移有細(xì)微變化;同時受堆載和車輛荷載作用后，墩臺頂處最大位移X方向?yàn)?.41mm，Y方向?yàn)?2.61mm，Z方向?yàn)?0.43mm，符合《公路橋涵設(shè)計通用規(guī)范》(JTG D60-2004)及《城市橋梁工程施工與質(zhì)量驗(yàn)收規(guī)范》(CJJ2-2008)的規(guī)定要求。

(3)當(dāng)受堆載和車輛荷載共同作用時，第四排第二根橋墩頂處Y方向的最大位移為3.0mm。

(4)數(shù)值模擬值與實(shí)際測試只想比較，墩臺頂處最大位移X方向?yàn)?.22mm，Y方向?yàn)?2.35mm，Z方向?yàn)?0.36mm，在合理的誤差范圍以內(nèi)，證明數(shù)值模擬的可靠性。

(5)在合理的保護(hù)計算方案下，隧道施工后臨時棄渣在橋梁樁基周邊堆載產(chǎn)生的沉降很小，與測試值進(jìn)行對比誤差較小，運(yùn)渣車通過橋梁樁基鄰近區(qū)域時對橋梁的振動及其穩(wěn)定性的影響較小。

[1] 高大釗.土力學(xué)與基礎(chǔ)工程[M].北京:中國建筑工業(yè)出版社，1998.

[2] 張其一.復(fù)合加載模式下地基失效機(jī)制研究[J].巖石力學(xué)學(xué)報，2009，30(10):2940-2944.

[3] 劉華，錢德玲等.基于ABAQUS的軟土地基加固有限元分析[J].合肥工業(yè)大學(xué)學(xué)報，2009，32(8):1229-1232.

[4] 陳晶.基于ABAQUS的樁土共同作用的數(shù)值模擬[J].河南科學(xué)學(xué)報，2009，27(8):974-976.

[5] 趙海鷗.LS-DYNA動力分析指南[M].北京:兵器工業(yè)出版社，2003.