新建道路下穿既有橋梁對(duì)橋墩和樁基影響的分析

趙 煜 星

(1.華南理工大學(xué)土木與交通學(xué)院，廣東 廣州 510641； 2.華南理工大學(xué)亞熱帶建筑科學(xué)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，廣東 廣州 510641)

0 引言

隨著高速公路的大規(guī)模建設(shè)，城市規(guī)模不斷擴(kuò)大，高速公路分割作用日漸顯著，越來越多的市政道路必須穿越已建成及在建的橋梁。正是由于大量下穿既有橋梁工程的施工，眾多專家學(xué)者以有限元方法為基礎(chǔ)，對(duì)新建道路對(duì)既有橋梁的影響進(jìn)行了大量的研究工作，從變形和應(yīng)力計(jì)算方法、施工中變形控制等角度出發(fā)，研究了既有橋梁施工變形控制和保護(hù)等相關(guān)問題，取得了一系列的成果[1-6]。

本文以新建道路穿越佛山高贊大橋?yàn)槔?，?duì)新建道路的軟基處理的施工過程對(duì)高贊大橋的橋墩和樁基的影響進(jìn)行數(shù)值模擬計(jì)算。

1 工程概況

擬建道路位于順德高新區(qū)，寬度40 m，雙向六車道。該道路下穿高贊大橋，橋底凈空16 m。

既有高贊大橋雙向六車道設(shè)計(jì)，跨線段為簡支橋，詳見圖1，表1。

橋下路基需要進(jìn)行軟基處理。對(duì)于高贊大橋底施工空間受限的路段采用高壓旋噴樁處理。新建道路軟基處理方案詳見表1，圖2。

表1 新建路下穿高贊大橋詳細(xì)情況表

2 三維模型建立

2.1 土層參數(shù)

根據(jù)勘察報(bào)告，具體土層參數(shù)見表2。

表2 德富路下穿高贊大橋土層參數(shù)及本構(gòu)關(guān)系

2.2 分析工況

表3 施工工況

本次分析主要分為10個(gè)工況，具體如表3所示。分析主要在高壓旋噴樁施工對(duì)既有橋梁的影響，考慮的是高壓旋噴樁施工引起的位移和應(yīng)力。

2.3 有限元網(wǎng)格

整體有限元網(wǎng)格如圖3所示。共有267 904個(gè)單元，46 672個(gè)節(jié)點(diǎn)。

3 軟基處理過程的數(shù)值分析

袖閥管、高壓旋噴樁施工過程造成橋梁產(chǎn)生位移和應(yīng)力結(jié)果為：圖4為縱橋向位移(T1)，圖5為橫橋向位移(T2)，圖6為豎橋向位移(T3)，圖7為豎橋向應(yīng)力(S-ZZ)。結(jié)果云圖中箭頭所指為極值的位置及大小。

根據(jù)以上既有橋梁的位移云圖，提取可得地基處理階段對(duì)應(yīng)于各方向最大位移、最大應(yīng)力結(jié)果匯總表，如表4，表5所示。定義水平方向位移指向坐標(biāo)軸正向?yàn)檎?，反之為?fù)，豎向位移向下為負(fù)。應(yīng)力方向受拉為正，受壓為負(fù)。

表4 工況8橋梁結(jié)構(gòu)位移計(jì)算結(jié)果匯總表

表5 工況4橋梁結(jié)構(gòu)應(yīng)力計(jì)算結(jié)果匯總表

4 結(jié)論和建議

對(duì)高壓旋噴樁施工引起的既有橋梁變形特性進(jìn)行了分析與評(píng)估，主要得到如下計(jì)算結(jié)果：

高壓旋噴樁施工的過程中，由于攪拌作用，導(dǎo)致一定范圍內(nèi)土體弱化，引起鄰近橋梁產(chǎn)生變形。在工況S8中，由于旋噴樁還未完全硬化，橋梁墩頂產(chǎn)生了-0.41 mm的縱橋向最大變形和0.071 mm橫橋向最大變形；承臺(tái)產(chǎn)生了-0.1 mm豎橋向的最大變形；橋樁產(chǎn)生了最大的豎橋向應(yīng)力-0.457 N/mm2。

根據(jù)上述結(jié)論及相關(guān)工程經(jīng)驗(yàn)，提出以下幾點(diǎn)建議:

1)高壓旋噴樁施工采用跳作法。控制同步注漿量和漿液質(zhì)量，減少施工過程中的土體變形。

2)施工期間延長高壓旋噴樁齡期。

3)建立監(jiān)測預(yù)警系統(tǒng)，進(jìn)行信息化管理。

4)建議新建道路下穿高贊大橋橋墩的位置增設(shè)防撞欄等防撞設(shè)施，防止新建道路交通事故導(dǎo)致高贊大橋橋墩受損。

參考文獻(xiàn):

[1] 楊紅春.新建道路下穿高速鐵路橋梁對(duì)高鐵橋墩和樁基影響的分析[J].中國市政工程，2016(2)：7-9.

[2] 李智彥.鉆孔灌注樁施工對(duì)鄰近橋樁基影響的數(shù)值模擬[J].公路交通科技，2013(4)：70-75.

[3] 王 翠.深基坑開挖對(duì)鄰近橋樁的影響機(jī)制及控制措施研究[J].巖石力學(xué)與工程學(xué)報(bào),2010,29(S1):2994-3000.

[4] 李 悄，孫宗磊，張 軍，等.軟土地區(qū)新建道路下穿既有高速鐵路影響分析及對(duì)策[J].高速鐵路技術(shù)，2013(1):26-30.

[5] 高世強(qiáng).高速鐵路橋梁橋下新建公路工程的安全性分析[J].鐵道標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì),2015(4)：35-37.

[6] 王立志.新建高速鐵路灌注樁施工對(duì)鄰近既有線橋墩基礎(chǔ)的影響研究[D].北京：北京交通大學(xué),2015.