鄰近軟基區(qū)堆載對(duì)橋梁樁基偏位的影響探討

羅旭飛

摘要 某公路橋梁項(xiàng)目，樁基處于軟土地基段，其鄰近堆載將導(dǎo)致橋梁樁基出現(xiàn)側(cè)向偏位，且樁身會(huì)產(chǎn)生附加彎矩，嚴(yán)重影響橋梁的安全性能。基于此，文章通過分析具體工程項(xiàng)目案例，運(yùn)用有限元分析手段，根據(jù)現(xiàn)場實(shí)地測量樁基偏位結(jié)果，開展全面分析，得出以下結(jié)論：（1）樁基受單側(cè)堆載影響，會(huì)出現(xiàn)側(cè)向偏移及附加彎矩，情況加重時(shí)，樁頂區(qū)域會(huì)出現(xiàn)開裂破壞；（2）受到雙側(cè)堆載影響，其作用力對(duì)樁基的偏位有決定性作用；（3）雙側(cè)卸載不會(huì)明顯影響到樁基偏位，但會(huì)對(duì)緩解樁身附加彎矩有較大作用。

關(guān)鍵詞 軟土地基；鄰近堆載；樁基側(cè)向偏位；有限元分析

中圖分類號(hào) TU472.33文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 A文章編號(hào) 2096-8949（2023）09-0050-03

0 引言

位于軟土地基中的橋梁，常由于施工期間堆載和路基填土等問題，導(dǎo)致橋梁地基土發(fā)生變形，橋梁由此會(huì)出現(xiàn)偏位，增加橋梁的危險(xiǎn)性。該文將針對(duì)鄰近堆載，引發(fā)橋梁樁基偏位的具體工程實(shí)例進(jìn)行分析，從而對(duì)鄰近堆載安全性進(jìn)行有效管控，并有效消除樁身偏位及內(nèi)力的消極影響。

1 工程概況

1.1 橋梁尺寸

該橋梁上部結(jié)構(gòu)為連續(xù)箱梁，由九聯(lián)預(yù)應(yīng)力混凝土澆筑而成，其底部主要結(jié)構(gòu)為兩柱或一柱兩樁+承臺(tái)結(jié)構(gòu)，鉆孔灌注樁為基礎(chǔ)，樁基直徑為φ1 800 mm，樁長度在55～70 m之間，利用地基層花崗巖作為持力層，各樁之間的距離最小為4.8 m、最大為5.4 m，承臺(tái)長度7.8 m、寬度為3.0 m、厚度為1.8 m，墩柱為橢圓形。

1.2 場地地質(zhì)條件

圖1顯示此場地的土層分布情況，以及地層斷面呈現(xiàn)的各項(xiàng)物力理學(xué)參數(shù)。淤泥層屬于流塑狀，質(zhì)地不均勻，其中有部分腐殖物殘骸，顯水平層理，層間夾粉、細(xì)砂薄層，層厚為20～30 m；中砂層呈中密—密實(shí)狀，淤泥質(zhì)黏土層以透鏡體形狀分布在里面[1]。

1.3 橋梁樁基偏移狀況

分析圖1可知，橋梁建設(shè)竣工后，其中一側(cè)共填土兩次，土高為2～3 m。橋梁的LD10#墩柱北側(cè)使用砂土堆積，高3 m，寬度約為30 m。在上述2次填土堆載及堆砂的共同作用下，橋梁樁基發(fā)生了偏位，并直接導(dǎo)致橋面伸縮縫處發(fā)生錯(cuò)位[2]。

53 mm、70 mm、75 mm、124 mm，LD9#～LD13#偏位量依次為63 mm、13 mm、8 mm、10 mm、5 mm，LD7#墩柱上發(fā)生的樁基偏位非常明顯，偏位量等于124 mm。其中，LD5#、LD6#和LD9#墩柱也有比較明顯的偏位，其偏位量依次是70 mm、75 mm、63 mm，其他墩柱的樁基偏位比較小，砂場側(cè)的樁基偏位量最小。通過上述數(shù)據(jù)可知，橋梁受到堆載的影響，偏位比較明顯，這就需要全面研究堆載所導(dǎo)致的橋梁樁基偏位[3]。

2 分析步驟

該文運(yùn)用平面有限元分析方法，模擬分析工程狀況，是為掌握橋梁樁基偏位受鄰近堆載的具體影響。

（1）土體本構(gòu)模型屬于硬化土模型，其參數(shù)主要有主偏量加載剛度模量E50，卸載、再加載剛度模量Eur及側(cè)限壓縮剛度模量Eoed。

（2）結(jié)合軟土地區(qū)施工積累的經(jīng)驗(yàn)和試驗(yàn)數(shù)據(jù)，該文，土體通過15節(jié)點(diǎn)三角形單元實(shí)現(xiàn)模擬。

（3）開展施工狀況計(jì)算：1）堆積土層初始地層應(yīng)力，位移量為零；2）橋梁項(xiàng)目的樁基、承臺(tái)、橋面分別搭建計(jì)算模型，并在上部施加荷載，將位移清零；3）實(shí)行第一次填土；4）實(shí)行第二次填土及填砂；5）將第二次的填土及填砂卸除；6）將第一次填土卸除。

（4）全面分析LD7#墩基和LD11#墩基，從而具體掌握堆載對(duì)樁基偏位產(chǎn)生的影響，具體原因?yàn)長D7#墩基會(huì)出現(xiàn)最大偏位，屬于單側(cè)堆載。相比之下，LD11#墩基發(fā)生的偏位非常小，屬于雙側(cè)堆載[4]。

3 結(jié)果分析

3.1 LD7#墩基結(jié)果分析

3.1.1 單側(cè)堆載工況

針對(duì)LD7#墩基實(shí)行兩次填土，高度都是3 m，前一次的寬度為50 m左右，后一次的寬度為30 m左右。受填土堆載的影響，樁基、墩柱及箱梁都出現(xiàn)了水平偏移，如圖2所示；具體的樁基的內(nèi)力及變形如圖3所示，其具體的內(nèi)力及位移值如表2所示。

分析表2可知：①首次填土完成后，樁身在水平方向發(fā)生的位移最大為74.50 mm，在遠(yuǎn)離堆載側(cè)的樁頂處的樁身出現(xiàn)的彎矩最為明顯，約為2 872.8 kN·m；②第二次填土結(jié)束，樁基樁身在水平方向發(fā)生的位移最大為138.21 mm，在遠(yuǎn)離堆載側(cè)的樁頂處的樁身出現(xiàn)的彎矩也最為明顯，約為6 224.4 kN·m，樁身受填土堆載的影響，已達(dá)到其抗彎承載力[5]。所以，受填土影響，一方面墩基會(huì)出現(xiàn)明顯的側(cè)向位移，另一方面還會(huì)出現(xiàn)較大彎矩，樁身會(huì)受壓出現(xiàn)開裂破壞[6]。

3.1.2 卸載工況

以下內(nèi)容是具體分析卸土工況，將其比較實(shí)測數(shù)據(jù)，目的是對(duì)分析結(jié)果是否準(zhǔn)確進(jìn)行驗(yàn)證，相關(guān)內(nèi)容如表3所示。

分析表3可知：①在填土層卸除之后，樁身偏位下降33.24 mm，其彎矩明顯變小；②當(dāng)最外層填土被卸除時(shí)，樁身偏位值為60.69 mm，對(duì)比前后，樁基偏位值下降77.52 mm。由此可知，樁基受到鄰近填土的嚴(yán)重推擠，在其影響下，樁基出現(xiàn)明顯偏移，并出現(xiàn)較大彎矩，嚴(yán)重影響樁基的安全性[7]。

3.2 LD11#墩基結(jié)果分析

3.2.1 雙側(cè)堆載工況

將填土堆積到LD11#墩基周邊，土堆高約為2.8 m、寬約為50 m。將砂土堆積到墩基的另一側(cè)，其高度為3 m左右，寬度為30 m左右。

只進(jìn)行填筑填土?xí)r，LD11#墩基的內(nèi)力及變形如圖4所示，和LD7#樁大體一致。當(dāng)填筑砂土后，樁基的偏位會(huì)有較大幅度的下降。此時(shí)，不論是填土側(cè)還是堆砂側(cè)，樁基變形曲線都會(huì)發(fā)生改變[8]。分析其原因，受砂土堆載影響，堆砂側(cè)的樁基被擠壓，變形曲線發(fā)生變化，如圖5所示。

堆砂作用對(duì)樁基的偏位有明顯的緩解效果，可是無法有效緩解樁身的附加彎矩，不但如此，還會(huì)稍微增加樁基的附加彎矩，樁身最大彎矩為4 107.6 kN·m，要小于樁身抗彎設(shè)計(jì)承載力。結(jié)合上述分析可以發(fā)現(xiàn)，在堆砂的作用下，樁基的偏位能得到有效緩解，當(dāng)時(shí)并不一定會(huì)緩解樁基附加彎矩。

3.2.2 卸載工況

填土及砂土被同時(shí)卸載后，此時(shí)的樁身偏位值為25.36 mm，與填土及堆砂卸除前相比，樁基回位了1.47 mm。與此同時(shí)，填土和砂土堆載被卸除，樁基的附加彎矩也明顯下降，這會(huì)較大程度地影響樁基的安全性[9]。卸除砂土后，圖6表示墩基回位狀況，其中粗線表示卸載階段的墩基回位值。

通過分析圖6可知：當(dāng)填土及砂土被卸除時(shí)，墩基回位并不十分明顯，這就接近于運(yùn)用有限元分析方法的結(jié)果。結(jié)合上文的分析可知，同時(shí)對(duì)樁基實(shí)行堆載，樁身的側(cè)向偏位量會(huì)有部分下降，可是這種雙側(cè)堆載會(huì)對(duì)樁身彎矩產(chǎn)生較大影響，需要高度重視這一點(diǎn)[10]。

4 結(jié)論

綜上所述，該文依托工程實(shí)踐，分析了鄰近軟基區(qū)堆載，對(duì)該橋梁樁基偏位的影響，并得出了以下主要結(jié)論：

（1）樁基受到單側(cè)堆載的影響，會(huì)發(fā)生一定程度的側(cè)向偏移，使樁基的形狀呈S形變化；單側(cè)堆載作用下，樁身產(chǎn)生附加彎矩，若堆填荷載不斷增大時(shí)，樁頂區(qū)域受其影響，會(huì)出現(xiàn)開裂破壞。

（2）樁基受到雙側(cè)堆載的影響，哪一側(cè)的堆載影響力弱，樁基將會(huì)向哪一側(cè)偏移。在雙側(cè)堆載的作用下，樁基的偏位量會(huì)得到一定程度的糾正，加快實(shí)現(xiàn)樁基回位，但此時(shí)樁身會(huì)出現(xiàn)明顯的附加彎矩，這一點(diǎn)必須高度重視。

（3）雙側(cè)卸載不會(huì)對(duì)樁基偏位產(chǎn)生明顯影響，可對(duì)樁身附加彎矩有良好的緩解作用。

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