魏相榮

摘 要：路橋在變形特性方面是存在差異的，這就對(duì)行車的安全性造成了影響，因此，如何完善不同結(jié)構(gòu)物連接處的過渡段設(shè)計(jì)是工程設(shè)計(jì)者普遍關(guān)注的問題。該文通過建立路橋過渡段三維數(shù)值分析模型，對(duì)計(jì)算結(jié)果和離心模型試驗(yàn)的結(jié)果進(jìn)行分析，對(duì)路橋變形耦合特性進(jìn)行了研究，并得出了相關(guān)結(jié)論。

關(guān)鍵詞：離心模型試驗(yàn) 路橋變形耦合特性 數(shù)值模擬 研究

中圖分類號(hào)：U443 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1674-098X（2014）08（b）-0103-01

目前，我國(guó)對(duì)于過渡性問題的研究主要集中在動(dòng)力學(xué)分析方面，缺少對(duì)路橋變形耦合性的分析研究。過渡段路基的變形會(huì)對(duì)其剛度指標(biāo)造成直接影響，而且臺(tái)背路基變形會(huì)影響橋臺(tái)的水平位移和傾角，從而影響路橋的使用。因此，要對(duì)橋臺(tái)和路基之間的關(guān)系進(jìn)行分析，為路橋設(shè)計(jì)工作提供依據(jù)。接下來，我們就利用三維數(shù)值分析模型，對(duì)路橋的變形耦合特性和相互作用進(jìn)行研究。

1 路橋過渡段數(shù)值仿真模型的建立

（1）數(shù)值分析模型的建立。

（2）采用數(shù)值分析軟件建立的三維數(shù)值分析模型，然后利用力學(xué)計(jì)算和流體滲流模式進(jìn)行計(jì)算，對(duì)橋路的變形特性進(jìn)行分析。

（3）在橋臺(tái)樁基礎(chǔ)形式不變的情況下，對(duì)過渡段的地基樁間距進(jìn)行變動(dòng)，從而能夠發(fā)現(xiàn)過渡路橋的沉降規(guī)律。在實(shí)際工程中，直接對(duì)路基填筑時(shí)橋臺(tái)的地基沉降的規(guī)律進(jìn)行研究是比較困難的，因此，可以通過對(duì)路橋未開始沉降和地基沉降已經(jīng)完成兩種極端情況進(jìn)行研究。

（4）計(jì)算參數(shù)和材料本構(gòu)關(guān)系。

在計(jì)算過程中，要把樁作為線彈性材料，然后利用軟件中的cs_scoh和cs_sfric作為計(jì)算參數(shù)。由于過渡段的路基通常采用的是級(jí)配碎石調(diào)料，因此，路基往往具有較大的壓實(shí)度和剛度，壓縮沉降量較小。針對(duì)這種情況，可以采用彈性模型進(jìn)行模擬，橋臺(tái)同樣可以使用這種模型。

2 離心模型試驗(yàn)和數(shù)值分析結(jié)果研究

2.1 路橋同時(shí)加載下過渡段的路基沉降規(guī)律

在樁間距和時(shí)間相同的情況下，路基面的沉降度是隨與橋臺(tái)距離的增加而增加的。在不同的樁間距下，路基面的沉降度是隨著樁間距的增加而增加的。在樁間距不同的情況下，路基和橋臺(tái)的沉降縱向分布規(guī)律的實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)與計(jì)算結(jié)果是相同的，因此，此結(jié)論能夠?qū)?shí)際工程中過渡路基和橋臺(tái)固結(jié)沉降的變化特征較為準(zhǔn)確的反映出來，也可以對(duì)過渡段路基的沉降變化規(guī)律進(jìn)行合理預(yù)測(cè)。在進(jìn)行實(shí)際設(shè)計(jì)的過程中，要對(duì)過渡段地基的樁間距進(jìn)行合理選擇，盡量讓路基面的差異沉降和坡差降到最低，還要將過渡段地基樁間距對(duì)于線路平順性的影響考慮在內(nèi)。

2.2 橋臺(tái)先施工情況下過渡路基面沉降規(guī)律

在橋臺(tái)先施工情況下，隨著距離橋臺(tái)距離的增加，過渡段路基面沉降程度也在增加，達(dá)到一定距離時(shí)，過渡段路基面的沉降變化有所減小。對(duì)不同的樁間距下路基面沉降分布數(shù)據(jù)進(jìn)行分析和比較以后，可以得出結(jié)論，隨著地基處理程度的加深，不同位置的沉降是逐漸減小的，但是，各個(gè)斷面的敏感程度是不同的。一般來說，隨著距離臺(tái)背距離的減小，過渡段路基面的沉降坡度是增加的。

2.3 路橋差異性研究

剛性橋臺(tái)和柔性路基的基礎(chǔ)設(shè)置方式是不同的，而且，橋臺(tái)與路基也存在著剛度上的差異。因此，臺(tái)背處的差異沉降通常較大，而差異沉降過大會(huì)對(duì)線路結(jié)構(gòu)的使用性能造成影響，造成線路平順性的惡化，影響車輛的運(yùn)行速度和安全性。面對(duì)這種情況，設(shè)計(jì)人員要將路橋銜接處的差異沉降值降到最低。臺(tái)背和路基交界處得差異沉降是不受路橋施工順序的影響的，而且會(huì)隨著過渡段地基樁間距的增加而變大。另外，橋臺(tái)狀態(tài)的不穩(wěn)定也會(huì)影響過渡段的路基，使橋臺(tái)發(fā)生變形，從而導(dǎo)致路基沉降的增加。因此，在設(shè)計(jì)過程中，要保證橋臺(tái)的穩(wěn)定性。

2.4 橋臺(tái)水平位移和轉(zhuǎn)角變化規(guī)律

對(duì)不同加載順序的橋臺(tái)水平位移情況進(jìn)行分析以后可以發(fā)現(xiàn)，隨著過渡段地基樁間距的不斷減小，橋臺(tái)傾斜方向也在變化，在地基樁間距達(dá)到某一特定值時(shí)，橋臺(tái)的傾斜角能夠變?yōu)? °。而且，路填土?xí)?duì)臺(tái)背產(chǎn)生水平方向的壓力，使橋臺(tái)基礎(chǔ)底面出現(xiàn)不均勻的附加應(yīng)力，臺(tái)后地基土的壓縮會(huì)在橋臺(tái)樁基處產(chǎn)生負(fù)摩擦阻力，從而使基礎(chǔ)前后出現(xiàn)傾斜。如果先進(jìn)行橋臺(tái)施工，受到臺(tái)后填土作用的影響，橋臺(tái)頂部會(huì)朝填土方向移動(dòng)，底部朝著橋跨方向移動(dòng)。橋臺(tái)傾斜度會(huì)受到地基土側(cè)向流動(dòng)的影響，地基土的水平流動(dòng)程度會(huì)隨著過渡段地基樁間距的增加而增加，土壓力對(duì)橋臺(tái)的影響會(huì)隨之減小。

2.5 過渡段地基樁間距的確定

如果橋臺(tái)樁的基礎(chǔ)形式不發(fā)生變化，那么過渡路基面中心的總沉降幅度是隨著過渡段地基的樁間距的增加而增加的。隨著過渡段路基收斂沉降值的不斷增加，橋臺(tái)水平位移和傾角也是不斷增加的，因此，如果路基收斂沉降值過大，會(huì)對(duì)橋臺(tái)的水平位移和橋臺(tái)傾角造成較大影響，從而降低線路結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。針對(duì)這種情況，在實(shí)際施工過程中，要將臺(tái)后路基的收斂沉降值增加，以提高橋臺(tái)結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。另外，路基的變形程度影響著路基的后期剛度，因此，也要控制好路基收斂變形值。

3 路橋變形耦合特性研究結(jié)論

通過三維數(shù)據(jù)分析模型對(duì)路橋變形耦合特性進(jìn)行分析后，可以得出以下結(jié)論：

第一，由于飽和松軟土地基的強(qiáng)度較低，在加載過程中會(huì)出現(xiàn)瞬間沉降，臺(tái)頂會(huì)出現(xiàn)明顯的傾斜。因此，在實(shí)際施工過程中，如果土地強(qiáng)度低，要采用堆載預(yù)壓的方式實(shí)現(xiàn)排水固結(jié)，使地基的瞬間沉降量和橋臺(tái)的傾斜度降低。

第二，隨著地基處理程度的增強(qiáng)，距離臺(tái)背不同位置處的沉降是不斷減小的，而是，各個(gè)斷面有著不同的敏感度，路基面的沉降坡度隨著距臺(tái)背距離的減小而增加。因此，要采用變樁距或者變樁長(zhǎng)法對(duì)過渡段地基進(jìn)行設(shè)計(jì)，要加強(qiáng)對(duì)靠近臺(tái)背范圍內(nèi)的沉降控制。

第三，一般來說，在臺(tái)路的交界處會(huì)有差異沉降，而且，隨著過渡段地基樁間距的不斷增加，差異沉降值也是不斷增加的。高速鐵路要求線路具有更高的平順性，因此，施工時(shí)要在橋頭設(shè)置搭板，使路橋邊界處的臺(tái)階式跳躍沉降轉(zhuǎn)變?yōu)檫B續(xù)斜坡式沉降，這樣可以使橋頭跳車的危害大大減弱甚至消除。

第四，線路結(jié)構(gòu)會(huì)受到路基差異變形的影響，水平位移和過渡段路基的收斂沉降值大小影響著橋臺(tái)傾角和傾斜方向。因此，在進(jìn)行臺(tái)后過渡路段的設(shè)計(jì)時(shí)，要做好收斂沉降值的控制工作。

4 結(jié)語

路橋的變形耦合特性影響著路橋的使用狀況，對(duì)線路的平順性和行車的安全性有著直接影響，路橋過渡段路基的設(shè)計(jì)是影響路橋穩(wěn)定性的重要因素。本文在離心模型試驗(yàn)的基礎(chǔ)上，建立了路橋過渡段三維數(shù)值分析模型，對(duì)路橋變形的耦合特性進(jìn)行了研究，并得出了科學(xué)結(jié)論。建設(shè)單位在設(shè)計(jì)和施工過程中，要根據(jù)路橋變形耦合特性，確定合理的設(shè)計(jì)和施工方案，保證路橋結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。

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