某道路外側堆土對高架橋樁的影響

林 剛 趙 毅 郭帥帥 黃坤雄

(浙江省地礦勘察院，浙江 杭州 310000)

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某道路外側堆土對高架橋樁的影響

林 剛 趙 毅 郭帥帥 黃坤雄

(浙江省地礦勘察院，浙江 杭州 310000)

結合具體工程實例，在國內外學者的研究成果上，通過Plaxis有限元數值模擬分析了人工堆載對橋樁的影響，得出了人工堆土對鄰近橋樁的內力與位移變化規律，得到的結論與前期監測數據相吻合，對今后施工具有一定的指導意義。

堆土，橋樁，位移，樁基

0 引言

隨著我國經濟和城市化進程的加快，由于土地規劃和道路綠化等原因，在建筑物或道路橋梁附近人工堆土成為一種常見現象。在我國東南軟土地區，道路橋梁一般采用樁基礎，但其抗側移剛度較差，臨近的人工堆土會增加樁基的側向變形并產生附加彎矩[1]。因此，這種堆載對橋梁樁基的不利影響應引起技術人員的高度重視。

關于橋梁周邊堆土對樁基的影響，國內外學者通過現場試驗或室內試驗等[2-4]進行過較多研究，普遍得到相一致的結論，即在樁基側面進行不均勻堆載會使軟土地基產生側向變形，進而導致樁基偏位，對整體結構產生較大影響[5]。由此可見，當預期堆載過大時分析判斷堆載對樁基的影響對工程設計及施工都顯得尤為必要。

本文結合具體工程案例，利用有限元方法對堆土穩定性進行評估，并進一步結合已有的橋墩變形數據，通過PLAXIS軟件模擬橋墩基礎側方土方堆載，分析臨近堆載對橋樁的影響，以判斷道路外側堆土對高架橋樁是否產生安全影響。

1 工程概況

1.1 工程簡介

某機場路因綠化需要，在地面道路北側部分地段(K0+895.50 km～K2+664.50 km，七甲閘河與金雞路間)進行了人工堆土綠化，根據設計要求，最大堆土高度為9 m，現堆土已基本完成，實際堆土最大高度8 m，堆土邊緣離機場路高架橋墩最近距離約30 m。

1.2 工程地質和水文地質條件

根據工程地質勘察報告，該工作區位于沖海積平原，地勢低平。地表為層厚不等的填土；淺部地層為沖海積相、沖積相，灰色、灰黃色粉土、粉砂，稍密～中密，厚約9.2 m～18.3 m；中部為海積流塑淤泥質土，厚度約4.8 m～16.3 m，具層理，夾薄層粉土、粉細砂；其下為灰綠色、灰黃色沖湖積相，可塑～硬塑粉質粘土，厚度1.8 m～9.6 m；中下部為沖積粉細砂、圓礫、卵石等，灰色、灰黃色，中密～密實狀，厚度較大，厚度約19.5 m～35.4 m；底部為白堊系砂礫巖，局部差異風化明顯，中風化層夾強風化碎塊狀，偶夾粉砂巖。評價區典型工程地質剖面圖如圖1所示。

工作區地下水主要為松散巖類孔隙水和紅層裂隙孔隙水兩類。根據松散巖類地下水賦存條件分析，工作區內主要為松散巖類孔隙潛水、孔隙承壓水，孔隙潛水主要分布于淺層粉土、粉砂層，其透水性稍好，受地層中上部的海積相淤泥質粘性土、粉質粘土的阻斷，該層孔隙潛水無承壓性，與地表水體聯系緊密，受大氣降水和洪水期補給，也與地表徑流互相側向補給，徑流緩慢。孔隙承壓水分布在砂礫石層中，透水性好，承壓水地下徑流緩慢，側向和垂向補給均有限，一般以人工深井開采為主要排泄途徑。紅層裂隙孔隙水主要賦存于白堊系的砂礫巖、粉砂巖、泥質粉砂巖等巖體中，埋藏于平原深部，主要充填于風化裂隙以及半膠結～微膠結的粉砂巖、砂礫巖裂隙孔隙中，水量貧乏，分布不均勻，單井涌水量8 t/d～65 t/d，水位埋深一般0.5 m～3.13 m。

1.3 堆土基本特征

該堆土主要用于路邊綠化，根據設計要求，最大堆土高度為9 m，堆土底寬一般85 m～95 m間，實際堆土最大高度約8 m，堆土邊緣離機場路高架橋墩最近距離約30 m，堆土堆載坡度一般不大于15°，堆土上有3 m寬的人行道路(園路)設置。部分堆土現狀如圖2所示，堆土的典型剖面如圖3所示。

2 堆土穩定性分析

2.1 分析方法

目前，堆土周邊已建成的構筑物主要為道路，包含機場路、博奧路、金雞路等，除機場路為高架橋路外均為地面道路，堆土對地面道路影響較小，因此，本處主要分析堆土對機場高架橋的影響。采用有限元進行分析，所用軟件為Plaxis巖土工程有限元分析軟件。

2.2 模型及參數選取

本工程土體材料與樁土界面采用的是土體硬化模型(HS模型)，不同于理想彈塑性模型，該模型的屈服面在主應力空間中不是固定的，而是隨著塑性應變的發生而擴張。HS模型是一個可以模擬包括軟土和硬土在內的不同類型土體行為的先進模型，模擬結果與實際情況吻合較好，并且應用廣泛。

HS模型的計算參數主要根據巖土工程勘察報告取用，部分參數通過地勘報告結合理論、經驗及軟件說明中的公式進行推導反演分析獲得，詳見表1。除此之外，土體HS模型相關參數還包括：Eoed=0.9ES～1.0ES；E50=2Eoed(淤泥質土)，E50=Eoed(粉砂土)；Eur=3E50。材料參數取值詳見表2。

表1 土體參數表

表2 材料計算取值參數

根據表1，將鄰近相似土層進行了合并，簡化后將模型土層分7層。土體材料與樁土界面采用土體硬化模型，樁土單元均采用高精度的15節點三角形等參單元，樁土界面采用Goodman單元。對高架橋樁基，考慮到其為混凝土結構，彈性模量大，受力后主要表現為彈性變形，因此選用彈性模型進行模擬。

2.3 有限元模型

根據堆土分布特征，本次計算選取了K1+431.5，K1+814.5和K2+94.5處的橋墩作為計算對象(分別對應1—1′剖面、2—2′剖面、3—3′剖面)，分別進行數值模擬，分析周邊堆土對橋樁基礎變形和內力的影響。

以1—1′剖面為例，建立的有限元計算模型如圖4所示，網絡劃分圖如圖5所示。模型計算長度水平方向取170 m，豎直方向自地表向下取80 m。模型兩側水平約束(水平方向固定，豎直方向自由)，底邊豎向及水平約束(水平、豎直方向固定)。

模型分析步驟為:1)初始應力場生成；2)激活承臺、橋樁結構和承臺頂部荷載；3)位移清零；4)激活外側堆土和臨近荷載。經計算，外側堆土和臨近荷載激活工況下的位移云圖、橋樁位移和橋樁彎矩圖分別如圖6，圖7和圖8所示。圖7中A樁、B樁、C樁分別為1—1′剖面下從左往右三根橋樁。

2.4 數值模擬結果

根據1—1′剖面、2—2′剖面、3—3′剖面的計算結果，橋樁的最大變形、彎矩、剪力如表3所示。可見，橋樁最大的樁身彎矩和最大樁身剪力均出現在1—1′剖面，最大樁身彎矩為263.6 kN·m，最大樁身剪力-214.8 kN。橋樁最大水平位移出現在樁頂以下5 m～10 m范圍，彎矩較大位置基本出現在樁頂至樁頂以下10 m范圍。距離側方堆土最近的樁水平位移相對較大，距離堆土較遠的樁水平位移相對較小。對于同一個剖面，A樁和C樁的樁身彎矩和剪力相對較大，中間位置的B樁樁身彎矩和剪力相對較小。

表3 數值計算結果

剖面號最大水平位移/mm最大樁身彎矩/kN·m最大樁身剪力/kN1—1'3.49263.6-214.82—2'2.83189.7-147.33—3'2.95209.296.0

3 結語

在軟土地區，人工堆土對高架橋樁基影響的有限元數值模擬表明：

1)距離側方堆土最近的樁水平位移相對較大，距離堆土較遠的樁水平位移相對較小。2)對于同一個剖面，兩邊位置的樁的樁身彎矩和剪力相對較大，中間位置的樁身彎矩和剪力相對較小。3)工作區堆土產生的彎矩和剪力對高架樁基礎的影響相對較小，處于可控狀態。4)結合實際檢測數據，堆土附近的機場路橋墩未出現明顯的位移，橋梁的安全未受到影響，這與數值模擬的結果基本吻合。

[1] 李志偉,楊建學,俞 偉,等.軟土地基堆載對橋梁樁基影響及保護分析[J].工程建設與設計,2016(7):81-85.

[2] 聶如松,冷伍明,律文田.軟基臺后路基填土對橋臺樁基側向影響的試驗研究[J].巖土工程學報,2005,27(12):1487-1490.

[3] 李仁平,陳云敏,陳仁朋.軟基中橋頭路基對鄰近樁基的影響分析[J].中國公路學報,2001,14(3):73-77.

[4] 蔡國軍,劉松玉.軟基上橋頭路基填筑對橋臺樁的影響研究綜述[J].巖土力學與工程學報,2004,23(12):1487-1490.

[5] 謝洪濤,楊春和.軟基側向變形對鄰近橋臺及樁基的影響和防治[J].巖土力學,2002,23(6):742-746.

The analysis of soil stability on the lateral surface of a road and its effect on the overhead bridge pile

Lin Gang Zhao Yi Guo Shuaishuai Huang Kunxiong

(ZhejiangGeologyandMineralResourcesExplorationInsitute,Hangzhou310000,China)

In this paper, combined with specific engineering example, the research results of scholars at home and abroad, through the Plaxis finite element numerical simulation analysis of the effect of artificial heap load on the bridge pile, the artificial pile soil is obtained the change law of internal force and displacement of adjacent bridge pile. The conclusion is consistent with the previous monitoring data, and has some guiding significance for future construction.

pile soil, bridge pile, displacement, pile foundation

1009-6825(2017)15-0070-03

2017-03-06

林 剛(1985- )，男，工程師

U448

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