■孫茂強(qiáng)

(昌吉公路管理局木壘分局，昌吉 831900)

0 引言

近年來(lái)，隨著國(guó)內(nèi)基礎(chǔ)設(shè)施系統(tǒng)建設(shè)的不斷推進(jìn)，各類工程建設(shè)日趨發(fā)展。在建設(shè)的過(guò)程中，大量的挖方工程產(chǎn)生的棄土如果堆積不當(dāng)，可能會(huì)引起崩塌、坡面 沖刷、泥石流、滑坡等地質(zhì)災(zāi)害，尤其當(dāng)棄方體臨近構(gòu)筑物等時(shí)，如果出現(xiàn)諸如滑坡等地質(zhì)災(zāi)害，可能會(huì)給其帶來(lái)致命的災(zāi)難[1-3]。

近年來(lái)，有關(guān)橋下棄方體對(duì)橋梁樁基安全產(chǎn)生的影響時(shí)有發(fā)生。高文軍等人[2]通過(guò)調(diào)查發(fā)現(xiàn)特大暴雨侵襲杭州到瑞麗國(guó)家高速公路貴州境內(nèi)大興至思南東段大橋后，導(dǎo)致橋墩變形嚴(yán)重并出現(xiàn)多條縱橫交錯(cuò)的裂縫，其中裂縫最寬可達(dá)3mm，裂縫深度整體大于 60mm，部分橋墩的偏位超過(guò)20mm，也使得該橋梁成為危橋，造成大量的經(jīng)濟(jì)財(cái)產(chǎn)損失。再者，麻土華等人[3]報(bào)導(dǎo)了重慶市開縣至云陽(yáng)高速公路某大橋橋頭堆積有大量棄土堆，導(dǎo)致3號(hào)橋墩發(fā)生嚴(yán)重錯(cuò)位變形。此外，鄧會(huì)元[5]報(bào)導(dǎo)了某高山陡坡地段橋下棄方造成橋梁墩柱傾斜和下部樁基開裂損毀的工程事故；賈喜翠[6]報(bào)導(dǎo)了廈門至成都高速公路——湖南郴州至寧遠(yuǎn)段的某橋梁墩柱受棄渣的不均衡水平土壓力作用，樁基和立柱體系因超出其抵抗水平外力值而產(chǎn)生側(cè)向位移，導(dǎo)致橋墩及上部蓋梁等偏位產(chǎn)生安全事故。近年來(lái)，國(guó)內(nèi)許多學(xué)者也進(jìn)行了相關(guān)研究，取得不錯(cuò)的研究成果[7-10]。然而，有關(guān)棄方體對(duì)鄰近橋梁樁基的安全問題仍需進(jìn)一步的研究，本文即基于此開展相關(guān)研究。

1 工程背景

為了分析堆載高度對(duì)鄰近既有橋梁安全性影響，如圖1所示，根據(jù)現(xiàn)有的地質(zhì)調(diào)查結(jié)果顯示，橋梁樁基穿過(guò)區(qū)域土層共分為3層，從上至下依次為軟土、粉質(zhì)黏土以及中風(fēng)化碎石塊層，橋梁樁基總高度47m，其中在地面以上部分20m，在地面以下部分為27m。兩根并列樁基距離大小為10m，堆填土總高度為12m，共分為4次堆載，每次堆載3m，堆載土體中心距離左側(cè)樁基12m。

圖1 計(jì)算模型圖

2 模型建立

本文主要以GeoStudio有限元軟件作為計(jì)算手段，對(duì)不同堆載高度土體對(duì)鄰近樁基的影響進(jìn)行分析?？紤]到模型的尺寸，建模時(shí)取土層厚度為30m，并以模型左邊界地表處為原點(diǎn)，水平方向取土體寬度值為100m。同時(shí)，對(duì)模型的下邊界和左右邊界進(jìn)行位移約束。模型中填土為黏土，共12m，分4次進(jìn)行加載，分級(jí)加載高度和時(shí)間分別為3m和5天，文中假定堆載體的坡度為60°。

在本構(gòu)模型賦值方面，采用修正的劍橋模型，土體所采用的參數(shù)如表1所示，分別給出三個(gè)土層以及上部堆載土的密度、粘聚力、摩擦角、彈性模量以及泊松比等參量。對(duì)于混凝土橋梁樁身，實(shí)際模擬采用與實(shí)際相近的各向異性的線彈性模型?；炷恋膹椖４笮∪?8.5GPa，鋼筋的彈模取210GPa。

表1 土體物理力學(xué)指標(biāo)

圖2 數(shù)值模型圖

3 數(shù)值結(jié)果分析

鄰近堆載對(duì)于橋梁樁基穩(wěn)定性具有重要的影響，本文選取堆載寬度四級(jí)分別為3m、6m、9m和12m，主要分析在不同高度堆載土的作用下并排兩根橋梁樁基的水平和豎向位移，具體分析如下。

3.1 堆載高度不同時(shí)樁身豎向位移分析

由于文中的左側(cè)和右側(cè)樁基上部相連且二者與樁基的距離不同，因此，二者受堆載的影響程度會(huì)存在不同，本節(jié)主要對(duì)不同堆載高度下左右樁的沿樁身不同深度處豎向位移進(jìn)行提取分析。如圖3所示，為左側(cè)樁在不同堆載高度下的樁身豎向位移圖，規(guī)定豎向位移向下為正，反之為負(fù)。由圖可知，對(duì)于堆載為3m時(shí)，沿樁身的豎向位移基本相同，其值基本在-0.07～-0.16mm范圍內(nèi)，隨著堆載高度的增加，可以看出樁基的豎向位移在逐漸變化。對(duì)于地表以上部分，樁基豎向位移沿樁身基本一致，堆載為3m、6m、9m和 12m對(duì)應(yīng)的位移大致分別為-0.12mm、0.03mm、0.20mm和0.29mm。然而，在地表以下，樁基位移則表現(xiàn)為不同的變化規(guī)律，可以看到四級(jí)堆載高度下，地表以下樁基豎向位移值均為負(fù)，四級(jí)不同堆載高度下對(duì)應(yīng)的樁基豎向最大位移值分別為-0.16mm、-0.27mm、-0.34mm和-0.28mm，說(shuō)明隨著堆載高度的增加，地表以下樁基豎向位移隨堆載高度增加表現(xiàn)出先增大后減小，且地表以下部分位移最大值發(fā)生深度隨堆載高度增加而增大。綜上可知，堆載對(duì)樁基整體影響較大，且以地表為分界線，上下兩部分樁基位移方向表現(xiàn)不同。

圖3 左側(cè)樁隨深度的樁身豎向位移

如圖4所示，為右側(cè)樁在不同堆載高度下的樁身豎向位移圖，規(guī)定正方向同上。由圖可知，對(duì)于堆載為3m時(shí)，沿樁身的豎向位移基本相同，其值基本在-0.10mm以內(nèi)，隨著堆載高度的增加，可以看出樁基的豎向位移在逐漸增大，且樁基的位移值均為負(fù)，即樁基整體表現(xiàn)為上浮。對(duì)于地表以上部分，樁基豎向位移沿樁身基本一致，堆載為 3m、6m、9m和 12m對(duì)應(yīng)的位移大致分別為-0.10mm、0.45mm、-0.72mm和-0.79mm。然而，在地表以下，樁基位移則表現(xiàn)為不同的變化規(guī)律，可以看到在地表以下，隨著樁基深度的增加，樁身豎向位移慢慢減小。此外，隨著堆載高度的增加，樁基的豎向位移增大趨勢(shì)逐漸緩慢。

圖4 右側(cè)樁隨深度的樁身豎向位移

綜上所示，不同堆載高度下，左右側(cè)樁地表以上豎向位移值沿轉(zhuǎn)樁身基本一致，而地表以下樁身豎向位移規(guī)律不一致，且左右樁的沿樁身位移變化規(guī)律存在差異。此外，認(rèn)為堆載高度3m時(shí)產(chǎn)生的影響不大。

3.2 堆載高度不同時(shí)樁身水平位移分析

本節(jié)主要對(duì)不同堆載高度下左右樁的沿樁身不同深度處水平位移進(jìn)行提取分析。如圖5所示，為左側(cè)樁在不同堆載高度下的樁身水平位移圖，規(guī)定水平位移向左為負(fù)，反之為正。由圖可知，對(duì)于堆載為3m時(shí)，沿樁身的水平位移基本相同。隨著堆載高度的增加，可以看出樁基的水平位移在逐漸增大，且樁基的位移值均為正值，即樁基整體表現(xiàn)為整體向右側(cè)傾斜。對(duì)于地表以上部分，樁基水平位移沿樁身基本一致，堆載為3m、6m、9m和12m對(duì)應(yīng)的位移大致分別為 42.5mm、112.2mm、157.8mm和225.1mm。對(duì)于在地表以下部分，樁基水平位移表現(xiàn)出不同的變化規(guī)律，即隨著樁基深度的增加，樁身水平位移位移慢慢減小，樁端處水平位移基本為零。此外，隨著堆載高度的增加，樁基的水平位移增大趨勢(shì)逐漸緩慢。

圖5 左側(cè)樁隨深度的樁身水平位移

如圖6所示，為右側(cè)樁在不同堆載高度下的樁身水平位移圖，規(guī)定正方向同上。由圖可知，對(duì)于堆載為3m時(shí)，沿樁身的水平位移基本相同。隨著堆載高度的增加，樁基水平位移增大，且樁基的位移值均為正值，即樁基整體表現(xiàn)為整體向右側(cè)傾斜，這與左側(cè)樁規(guī)律一致。對(duì)于地表以上部分，樁基水平位移沿樁身大小基本相同，堆載為3m、6m、9m和 12m對(duì)應(yīng)的位移大致分別為 38.6mm、114.6mm、171.7mm和228.4mm。對(duì)于在地表以下部分，即隨著樁基深度的增加，樁身水平位移位移慢慢減小，樁端處水平位移基本為零。此外，隨著堆載高度的增加，樁基的水平位移增大趨勢(shì)逐漸緩慢。

綜上可知，堆載對(duì)于左右樁影響規(guī)律基本一致，即地表以上樁基水平位移沿樁身基本相同，地表以下樁基沿樁身向下水平位移逐漸減小，在樁端處水平位移基本為零。

圖6 右側(cè)樁隨深度的樁身水平位移

4 控制措施及建議

公路施工過(guò)程中不允許將棄土方堆填在鄰近橋梁樁基處，但有些情況下，由于場(chǎng)地條件等其他因素限制，不得不將棄土方堆填在橋梁樁基附近，此種情況下應(yīng)對(duì)樁基和地基進(jìn)行加固，具體方法如下：

(1)對(duì)地基土進(jìn)行換填

應(yīng)在堆填之前，采用換填技術(shù)對(duì)橋梁樁基附近的地表以下5m深左右的軟土地基進(jìn)行處理，增大地基承載力，減小堆載對(duì)樁基變形的影響。

(2)在堆載和樁基之間設(shè)置隔離樁

堆填前，通過(guò)在堆載和樁基之間設(shè)置隔離樁，以此抵抗堆載作用，減小隔離樁后橋梁樁基的變形。

(3)對(duì)橋梁樁基加固

堆填前，通過(guò)在橋梁樁基周圍加設(shè)加固樁，以此抵抗堆填土對(duì)橋梁樁基變形的影響。

5 結(jié)論

本文主要采用GeoStudio軟件對(duì)上述堆載土體對(duì)鄰近樁基安全性影響進(jìn)行模擬分析。通過(guò)分析樁基在不同堆載下的豎向位移和水平位移，可以得到如下結(jié)論：

(1)不同堆載高度下，左右側(cè)樁地表以上豎向位移值沿轉(zhuǎn)樁身基本一致，而地表以下樁身豎向位移規(guī)律不一致，且左右樁的沿樁身位移變化規(guī)律存在差異，堆載高度3m時(shí)產(chǎn)生的影響不大。

(2)堆載對(duì)于左右樁影響規(guī)律基本一致，即地表以上樁基水平位移沿樁身基本相同，地表以下樁基沿樁身向下水平位移逐漸減小，在樁端處水平位移基本為零。隨著堆載高度的增加，樁基水平位移增大，樁基整體表現(xiàn)為整體向右側(cè)傾斜，左右兩側(cè)樁規(guī)律一致。當(dāng)堆載不可避免時(shí)，工程中應(yīng)該采取適當(dāng)措施進(jìn)行合理控制。