基于地基側向變形預測模型的復合地基路基填筑對橋梁樁基的影響研究

遲 劼

(遼寧省公路勘測設計公司 沈陽市 110006)

0 引言

近年來,隨著城市化進程的加快,城市橋梁道路的修筑與維護工程增多,再加上城區高、快速道路較狹窄,導致空間越來越擁擠,給城市交通造成更大的壓力[1]。道路施工建設中最難處理控制的便是基路基填筑對橋梁樁基損傷[2]。通常情況下,為確保工程進度,大多數的施工人員會采用單向填筑的形式施工,在完成建設工作的同時,可以保持橋梁道路的穩定、安全[3]。但是這種形式一定程度上也會造成其他橋梁區段的外界壓力增加,超負荷路段常常會出現塌陷、下沉甚至斷裂等危險,時刻威脅著人們的生命安全,為此提出基于地基側向變形預測模型的復合地基路基填筑對橋梁樁基的影響研究。

所謂地基側向變形預測模型,實際上是一種多方向測定的多維預測模型,在對建設結構異常預測的過程中,能夠通過數值模擬、精準測算出建筑結構數據上的偏差,以此來定位異常結構的具體位置,確保施工建設的工程質量[4]。此外,在地基側向變形預測模型的輔助支持下,地形限制、下臥層地質條件變化、橋梁樁基下沉等問題也可以更好、更快地解決,采用比照的方式展開分析,從多方面分析地基路基填筑對橋梁樁基所產生的影響,為后續橋梁道路的建設提供科學的參考依據。

1 試驗準備

此次主要是對地基側向變形預測模型下的復合地基路基填筑對橋梁樁基的影響進行分析和研究。考慮到最終測試結果的真實性與穩定性,采用對比的方式展開分析,選定A橋梁道路工程作為實際的測定對象,設定對應的輔助性測試結構,接下來,綜合真實的測定需求及標準,進行試驗材料的準備以及試驗環境的布置。首先,能應用到的材料基本可以劃分為三類,分別是路基開挖裝置、路基填方設備以及路面施工裝置等,主要包括:推土機、挖掘機、壓路機、裝載機、混凝土拌和站、混凝土運輸車、翻斗車、振動沖擊夯等[5]。應用到的輔助性材料為水、電、砂、泥、模板、鋼筋以及配套排水設施等。

完成基礎材料的準備之后,接下來,進行試驗環境的布置[6]。進行主體填筑結構的設定。該項工程屬于復合性的承接建筑,橋梁道路位于十字交叉互通立交范圍之內,在建設的初期,為確保工程的進度,路基坡腳線范圍中的地基采用水泥攪拌樁加固處理,雖然可以實現預期的加固效果,但是水泥攪拌樁的支撐性與荷載性是十分有限的,承載的能力并不強,且使用壽命也十分有限,因此,在建設中期時,橋梁道路的樁基出現沉降、塌陷等問題,影響后續施工進度[7]。可以先對基礎性的結構進行加固,在水泥攪拌樁的附近增設輔助鋼柱,設定柱高8.5m,柱徑55cm,硬路肩寬和內樁之間的距離為1.2m,鋼柱上碎石褥墊為45cm,樁基之間還需要設定摩擦樁作為搭接,形成基本的加固條件,具體如圖1所示。

圖1 路基基礎布置設定圖

根據圖1,完成對路基基礎布置設定。接下來,綜合側向變形預測模型,進行應用數值的合理調整與更改,邊坡內樁間距設定為2.5m,路基填8.5m左右即可,摩擦樁總量設定為12根。完成基礎設定與布置之后,進行具體的試驗測定與驗證分析。

2 試驗方法及過程設計

在上述搭建的測試環境中,綜合側向變形預測模型,進行具體的驗證和分析。可以根據實際的測定情況,對此時的路基填筑樁柱的實際偏移狀態進行研究。受填土深度和范圍的雙重影響,承壓墩樁在外力的作用之下,會逐漸向主線路基的坡腳、匝道以及中央分隔帶進行偏向移動,測算出范圍之內的極限偏移距離,如式(1)所示:

(1)

式中:G表示極限偏移距離;k表示橫向偏移范圍;R表示總控受力區域;f表示坡腳覆蓋范圍;v表示攪拌樁數量;d表示增設數量。

根據上述測算,最終完成對極限偏移距離的測算。在該范圍的限制與約束之下,進行水泥攪拌樁和承壓樁的同步搭接,進一步強化路基的穩定性和安全性。

對應的偏移位置作出相應的標定。根據實際的墩柱偏移情況,劃定出5個測試點位和區域,并制定對應的填筑比,如表1所示。

表1 墩柱偏移及填筑比設定表

根據表1,完成對墩柱偏移及填筑比的設定。接下來,以此為基礎,對填筑的面積以及總量進行設定,同時,測定出不同環境下橋梁樁基的受力承壓情況。綜合地基的固結沉降變形狀態,針對各個標定測試區域,融合線性變形分布理論,計算出單元變形量,如式(2)所示:

(2)

式中:T表示單元變形量;m表示定向承壓區域;n表示單向偏移距離;c表示堆疊距離;i表示變形次數。

綜合上述測算得出的路基單元變形量。綜合地基側向變形模型以及有限元分析技術,研究標定的復合路基填筑對橋梁樁基的影響。

首先,采用有限元軟件對路基和下臥層地勢進行建模分析。獲取對應的數據以及信息。之后,對受力點位作出二次標記,在完成填筑之后,對路基的內置結構形變情況研究,如圖2所示。

圖2 橋梁樁基水平形變情況分析圖

根據圖2,完成對橋梁樁基水平形變情況的分析和研究。綜合對應的形變量,采用有限元分析,融合經典Mohr-Coulomb理論構建彈塑性模型,測算預估出此時路基的沉降狀態,分析出復合地基路基填筑對橋墩樁基的影響。通過綜合地基側向變形模型,測定出不同環境下橋梁路基的沉降情況,并對變動的物理指標進行測定采集。填筑復合地基會對橋梁樁基產生一定的力學負荷影響,主要表現為增加樁基的豎向承載力、側向剪切力和彎矩等力學負荷。這些影響因素需要在工程實踐中加以考慮,以確保橋梁基礎設施的安全性和可靠性。其中,泊松比是指在材料受到拉伸時,由于材料體積不變,其橫向變形與縱向變形相對應比值的物理量,即材料在受力時,沿著受力方向的收縮量與垂直受力方向的膨脹量之比。具體測定分析結果如表2所示。

表2 物理指標測定分析表

根據表2,完成對物理指標的測定與分析。以此為基礎,在不同水平位移量的背景下,利用地基側向變形預測模型再次進行復合地基路基的模擬量填筑,填筑深度分別為5.5m、8.5m、10.5m、12.5m以及14.5m。測算出橋梁樁基的位移值,如式(3)所示:

(3)

式中:T表示橋梁樁基位移值;δ表示沉降系數;R表示定向偏移距離;e表示預測次數;l表示極限承載值;μ表示變形量。

根據上述測定,完成對橋梁樁基位移值的測算。在5.5m、8.5m、10.5m、12.5m以及14.5m的5種填筑深度環境下,最終通過地基側向變形預測模型及有限元分析測算得出的位移值分別為0.3m、0.5m、0.8m、1.1m以及1.3m。根據獲取的結果,進行最終的分析研究。

3 試驗結構分析及討論

綜合上述測試和分析,根據獲取的數據及信息,對最終獲取的結果比照研究。利用地基側向變形預測模型和有限元分析,針對5.5m、8.5m、10.5m、12.5m以及14.5m不同復合地基路基填筑深度環境,最終得出的橋梁樁基的水平位移值也存在差異。具體如表3所示。

表3 測試結果對比分析表

根據表3,完成對測試結果的分析:針對5.5m、8.5m、10.5m、12.5m以及14.5m不同復合地基路基填筑深度環境,最終得出的橋梁樁基的水平位移值分別為0.3m、0.5m、0.8m、1.1m以及1.3m。這說明在地基側向變形預測模型的輔助測定下,復合地基路基填筑會造成橋梁樁基的水平位移,填筑深度越大,水平位移值越大;反之,填筑深度越小,水平位移值越小,整體呈現出正向的變動關系。

4 結語

文章針對基于地基側向變形預測模型的復合地基路基填筑對橋梁樁基的影響展開研究。與普通的填筑形式不同的是,復合地基路基填筑的覆蓋范圍相對更大,再加上支撐結構和輔助復合樁體的設定,進一步增加了橋梁道路的承壓,橋梁樁基超負荷,容易導致塌陷、下沉甚至斷裂等問題,埋下較大的安全隱患。綜合地基側向變形預測模型,測算預估出橋梁路基沉降與變形的具體數值、信息,針對性地加固,在填筑過程中確保下方橋梁路基的承壓在合理范圍之內,最大程度降低偏移、橋梁斷裂等問題,營造更為穩定、安全的施工環境,確保工程順利完成。