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

(貴州貴安建設投資有限公司)

1 計算模型及參數

1.1 計算模型與材料參數

本文以該隧道施工棄渣、運渣為工程背景，樁采用C25的混凝土。

考慮到樁內鋼筋的加強作用，該樁已經建成10余年，需要對其進行一定的強度折減，材料參數取值如表1。

表1 材料參數表

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承受，根據梁板的尺寸，估計每個樁所承擔的重量為:m=14.45×40.02×0.9/2×2500=652 827kg，則每根樁頂的壓應力為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動的過程，在“地表”設置的分割線，將整個“地表”劃分為不同的區域。該劃分并沒有改變材料的性質，僅僅是為了加載的方便。基于地質環境和棄渣堆置兩個方面，選取8個工況進行數值模擬分析，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，設棄渣高度為5m，其所對應的壓力為P=γh=上標，設棄×5=105000Pa，設棄土堆置在臨時運輸線路兩旁。

(2)運渣車對整個橋梁的影響

設運渣車每車載重Mcar=20t，假設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。實際的運渣車處于運動狀態，在數值模型中以壓力的移動模擬車輛的運動。在數值試驗中，放大運渣車對樁基的影響，假設車輛在每排樁的中間運行，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，在數值模擬中為了工程安全，取=40000Pa。

2 數值模擬結果分析

由于本次模擬組合的工況較多，在計算結果數據處理上，選擇典型的數據以及最不利的情況進行分析，提取工況8的位移結果圖進行分析。

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。

通過對所有數據的分析，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 結論

(1)根據現行《公路橋涵設計通用規范》(JTG D60-2004)及《城市橋梁工程施工與質量驗收規范》(CJJ2-2008)的規定: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，按實際情況，在第三排橋墩右側臨時棄渣堆置后。

圖6 第四排第二根橋墩頂處Z方向位移曲線圖

(2)經過以上數值模擬分析得出，橋墩最大應力和位移有細微變化;同時受堆載和車輛荷載作用后，墩臺頂處最大位移X方向為1.41mm，Y方向為-2.61mm，Z方向為-0.43mm，符合《公路橋涵設計通用規范》(JTG D60-2004)及《城市橋梁工程施工與質量驗收規范》(CJJ2-2008)的規定要求。

(3)當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)數值模擬值與實際測試只想比較，墩臺頂處最大位移X方向為1.22mm，Y方向為-2.35mm，Z方向為-0.36mm，在合理的誤差范圍以內，證明數值模擬的可靠性。

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

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