圍墾作業范圍對鄰近橋梁樁基受力變形特性的影響研究

2025-07-03 00:00:00陳靈忠

西部交通科技 2025年1期

中圖分類號：U443.15文獻標識碼：A DOl：10.13282/j.cnki.wccst.2025.01.031

文章編號：1673-4874（2025）01-0104-04

0 引言

由于橋梁樁基上方工程棄渣、施工設備等隨意堆載，易對堆載區域土體、樁基等產生影響1。在堆載作用下，當周圍土體沉降大于樁基沉降時，會出現負摩阻力現象，導致周圍土體對樁基產生下拉荷載、增大樁基軸力、增大樁基沉降量、減小樁基承載力，嚴重威脅樁基結構使用壽命，縮減樁身強度2。因此，函須開展堆載體對鄰近橋梁樁基受力變形特性的研究。

目前，國內外學者分別從不同角度針對堆載體對鄰近橋梁樁基受力變形特性進行了一系列研究：王愷敏等3基于有限元法，研究了大面積堆載條件下樁基負摩阻力及沉降變形變化規律，并探討了接觸面對周圍土體與樁基沉降差、軸力等的影響；陳福全等4基于PLAXIS軟件，分析了不同堆載面積、堆載位置、土層、樁身約束等條件對不同樁基結構性狀的影響；王雪平等5基于樁土離散元顆粒流模型，研究了柔性分布荷載作用下樁基負摩阻力的變化規律，并分析了樁身位置與負摩阻力的關系；黃挺等基于室內模型試驗，研究了邊載和圍載條件下單樁應變、樁頂位移、土體沉降；黃清基于FLAC3D軟件，研究了底面堆載條件下既有橋梁樁基的空間變形、受力狀態等，并通過理論分析了底面堆載對橋梁上部結構的影響；聶如松等基于三維有限元模型，分析了堆載作用對軟土地基橋墩變位的影響，并研究了不同堆載距離下橋墩群樁基礎的內力、變位。綜上所述，橋梁樁基對堆載作用十分敏感，堆載面積、作用位置、樁基結構等均會對樁基變形產生影響，但對橋梁樁基附近開展圍墾作業時樁基受力變形特性的研究較少。

鑒于此，本文以某橋梁樁基附近開展圍墾作業為研究背景，基于FLAC3D軟件，研究固定堆載體高度下不同堆載體長度及寬度對堆載區域內土體沉降量、樁基頂面、樁基底面的影響。

1數值模型的建立

本文以某橋梁樁基附近開展圍墾作業為研究背景。該橋梁所處區域為典型的亞熱帶氣候，季風環流強盛，季風氣候顯著。年平均溫度為 20℃。由于工程棄渣等堆積在建設好的橋梁樁基上方，對樁基受力及變形產生影響，故基于FLAC3D軟件，建立堆載體作用下橋梁樁基數值模型，如圖1所示。

由圖1可知，模型平面為邊長250m的正方形；堆積體長為 L ，寬為 B ；橋梁樁基中心相距6.5m，樁基樁徑為0.6m ，樁深為；地基按照土體性質分為土層1（靠近地表）土層2（遠離地表），土層1深，土層2深設置高為4m的堆載體，用均布力90kPa等效替代堆載體對地基的壓力，堆載體寬度 B 設置5種梯度：、24m，32m，40m ，堆載體長度設置8種梯度： 12m ，共40種工況。模型結構具體參數如表1所示。

2 結果分析

2.1堆載體寬度 B 為時

當堆載體寬度為8m時，不同堆載體長度條件下堆載區域土體沉降量、樁基沉降量分別如圖2、圖3所示。

由圖2、圖3可知，隨著堆載體長度值的逐漸增大，土體最大沉降量、樁基頂面沉降量、樁基底面沉降量均在逐漸增大。當堆載體長度 L 為12m時，土體最大沉降量為55. 7.m m ，A樁樁頂沉降量為，B樁樁頂沉降量為1.88mm，A樁樁底沉降量為0.12mm，B樁樁底沉降量為0 . ，說明堆載體作用下，土體沉降最明顯。土體沉降量大于樁基沉降量，此時樁基側面產生了負摩阻力。樁基頂面與樁基底面沉降量不一致，可能與樁基彎曲、數值模擬誤差有關。堆載體 L 值從12m增大到時，土體最大沉降量從55.7mm增大到133.44mm，增大了139. 57% ；A樁樁頂沉降量從2.53mm增大到，增大了199. 21% ；B樁樁頂沉降量從1.88mm增大到6.49mm，增大了245. 21% ；A樁樁底沉降量從0.12mm增大到3. 12m m ，增大了2 500% .B樁樁底沉降量從增大到，增大了2737.5% 。這說明樁基底面對堆載作用敏感性大于樁基頂面對堆載作用敏感性，樁基頂面對堆載作用敏感性大于土體對堆載作用敏感性。

2.2堆載體寬度 B 為時

當堆載體 B=16 m時，不同堆載體 L 值條件下堆載區域土體沉降量、樁基沉降量分別如圖4、圖5所示。

由圖4、圖5可知，隨著堆載體 L 值的逐漸增大，土體最大沉降量先增大后降低，樁基頂面沉降量、樁基底面沉降量均在逐漸增大。堆載體 L 為12m時，土體最大沉降量為80.88mm，A樁樁頂沉降量為，B樁樁頂沉降量為，A樁樁底沉降量為 0.89m m ，B樁樁底沉降量為0.47m，說明在堆載作用下，土體沉降最明顯。土體沉降量大于樁基沉降量，說明此時樁基側面產生了負摩阻力。樁基頂面與樁基底面沉降量不一致，可能與樁基彎曲、數值模擬誤差有關。當堆載體 L 值從12m增大到時，土體最大沉降量從80.88mm增大到108. ，增大了33. 94% ；A樁樁頂沉降量從增大到25. 43m m ，增大了567. 45% ；B樁樁頂沉降量從增大到23. 39m m ，增大了835. 6% ；A樁樁底沉降量從0.89mm增大到19. 58m m ，增大了 2100% ；B樁樁底沉降量從0.47mm增大到，增大了 3702% 。這說明樁基底面對堆載作用敏感性大于樁基頂面對堆載作用敏感性，樁基頂面對堆載作用敏感性大于土體對堆載作用敏感性。

2.3堆載體寬度 B 為時

當堆載體 B=24 m時，不同堆載體 L 值條件下堆載區域土體沉降量、樁基沉降量分別如圖6、圖7所示。

由圖6、圖7可知，隨著堆載體值的逐漸增大，土體最大沉降量呈波形上升趨勢，樁基頂面沉降量、樁基底面沉降量均在逐漸增大。當堆載體 L 為12m時，土體最大沉降量為55. 750m m ，A樁樁頂沉降量為5. 66m m ，B樁樁頂沉降量為，A樁樁底沉降量為1.76mm，B樁樁底沉降量為 0.38m m ，說明在堆載作用下，土體沉降最明顯。土體沉降量大于樁基沉降量，說明此時樁基側面產生了負摩阻力。樁基頂面與樁基底面沉降量不一致，可能與樁基彎曲、數值模擬誤差有關。堆載體 L 值從12m增大到72m時，土體最大沉降量從99.06mm增大到100.25mm，增大了 1.2% ；A樁樁頂沉降量從5.66mm增大到54. ，增大了865. 19% ；B樁樁頂沉降量從3.66mm增大到51. 47m m ，增大了1306. 28% ；A樁樁底沉降量從1.76mm增大到48.83mm，增大了2674.43%；B樁樁底沉降量從0.38mm增大到45. 14m m ，增大了11778. 95% 。這說明樁基底面對堆載作用敏感性大于樁基頂面對堆載作用敏感性，樁基頂面對堆載作用敏感性大于土體對堆載作用敏感性。

2.4堆載體寬度 B 為 32m 時

當堆載體 B=32 m時，不同堆載體 L 值條件下堆載區域土體沉降量、樁基沉降量分別如圖8、圖9所示。

由圖8、圖9可知，隨著堆載體 L 值的逐漸增大，土體最大沉降量在逐漸降低，樁基頂面沉降量、樁基底面沉降量均在逐漸增大。當堆載體為12m時，土體最大沉降量為108.02mm，A樁樁頂沉降量為6.95 m m ，B樁樁頂沉降量為4.19mm，A樁樁底沉降量為2.12mm，B樁樁底沉降量為0.58m，說明在堆載作用下，土體沉降最明顯。土體沉降量大于樁基沉降量，說明此時樁基側面產生了負摩阻力。樁基頂面與樁基底面沉降量不一致，可能與樁基彎曲、數值模擬誤差有關。堆載體 L 值從12m增大到 72m 時，土體最大沉降量從108.02mm減小到99. 16m m ，減小了 8.2% ；A樁樁頂沉降量從6.95mm增大到77.""，增大了1008. 92% ；B樁樁頂沉降量從4.19mm增大到72.""，增大了 1620.53% ；A樁樁底沉降量從2.""增大到70.29mm，增大了3215.57%；B樁樁底沉降量從 0.58m m 增大到 66m m ，增大了11279.31% 。這說明樁基底面對堆載作用敏感性大于樁基頂面對堆載作用敏感性，樁基頂面對堆載作用敏感性大于土體對堆載作用敏感性。

2.5堆載體寬度 B 為""時

當堆載體 B=40 m時，不同堆載體 L 值條件下堆載區域土體沉降量、樁基沉降量分別如圖10、圖11所示。

由圖10、圖11可知，隨著堆載體 L 值的逐漸增大，土體最大沉降量在逐漸降低，樁基頂面沉降量、樁基底面沉降量均在逐漸增大。當 L 為60m時，A樁樁底沉降量大于B樁樁頂沉降量。堆載體 L 為12m時，土體最大沉降量為111.32mm，A樁樁頂沉降量為6.95mm，B樁樁頂沉降量為4.19mm，A樁樁底沉降量為 2.12m m ，B樁樁底沉降量為0.58m，說明堆載作用下，土體沉降最明顯。土體沉降量大于樁基沉降量，說明此時樁基側面產生了負摩阻力。樁基頂面與樁基底面沉降量不一致，可能與樁基彎曲、數值模擬誤差有關。當堆載體 L 值從12m增大到72m時，土體最大沉降量從111.32mm減小到95. 74m m 減小了13. 99% ；A樁樁頂沉降量從10.47mm增大到90. 74m m ，增大了766. 67% ；B樁樁頂沉降量從7.02mm增大到82.86mm，增大了 1080.34% ；A樁樁底沉降量從4.73mm增大到86.""，增大了1732. 14% ；B樁樁底沉降量從1.45mm增大到78.78mm，增大了5333. 1% 。說明樁基頂面、樁基底面沉降量變化率在逐漸減小。