新建道路下穿既有橋梁對橋墩和樁基影響的分析

趙 煜 星

(1.華南理工大學土木與交通學院，廣東 廣州 510641； 2.華南理工大學亞熱帶建筑科學國家重點實驗室，廣東 廣州 510641)

0 引言

隨著高速公路的大規模建設，城市規模不斷擴大，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，眾多專家學者以有限元方法為基礎，對新建道路對既有橋梁的影響進行了大量的研究工作，從變形和應力計算方法、施工中變形控制等角度出發，研究了既有橋梁施工變形控制和保護等相關問題，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為例，對新建道路的軟基處理的施工過程對高贊大橋的橋墩和樁基的影響進行數值模擬計算。

1 工程概況

擬建道路位于順德高新區，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計，跨線段為簡支橋，詳見圖1，表1。

橋下路基需要進行軟基處理。對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情況表

2 三維模型建立

2.1 土層參數

根據勘察報告，具體土層參數見表2。

表2 德富路下穿高贊大橋土層參數及本構關系

2.2 分析工況

表3 施工工況

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

2.3 有限元網格

整體有限元網格如圖3所示。共有267 904個單元，46 672個節點。

3 軟基處理過程的數值分析

袖閥管、高壓旋噴樁施工過程造成橋梁產生位移和應力結果為：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為豎橋向應力(S-ZZ)。結果云圖中箭頭所指為極值的位置及大小。

根據以上既有橋梁的位移云圖，提取可得地基處理階段對應于各方向最大位移、最大應力結果匯總表，如表4，表5所示。定義水平方向位移指向坐標軸正向為正，反之為負，豎向位移向下為負。應力方向受拉為正，受壓為負。

表4 工況8橋梁結構位移計算結果匯總表

表5 工況4橋梁結構應力計算結果匯總表

4 結論和建議

對高壓旋噴樁施工引起的既有橋梁變形特性進行了分析與評估，主要得到如下計算結果：

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

根據上述結論及相關工程經驗，提出以下幾點建議:

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)建立監測預警系統，進行信息化管理。

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

參考文獻:

[1] 楊紅春.新建道路下穿高速鐵路橋梁對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.鉆孔灌注樁施工對鄰近橋樁基影響的數值模擬[J].公路交通科技，2013(4)：70-75.

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

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

[5] 高世強.高速鐵路橋梁橋下新建公路工程的安全性分析[J].鐵道標準設計,2015(4)：35-37.

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