張春鋒 （上?？辈煸O(shè)計(jì)研究院（集團(tuán)）有限公司，上海200093）

1 概況

1.1 工程概況

擬建凌空路～迎賓大道立交改建工程河道工程，工程地點(diǎn)位于凌空路與迎賓大道交叉口，擬開挖河道全長(zhǎng)約470m，河道總寬度約30m，河道開挖深度4.0m，河道北側(cè)局部擬開挖面積約3000m2的湖泊。擬開挖河道湖泊與磁懸浮位置關(guān)系如圖1所示，河道護(hù)岸斷面如圖2所示[1]，河道坡頂距離磁懸浮最近處約18.5m，最遠(yuǎn)約67.6m，湖泊距離磁懸浮最近48.5m。

圖1 基坑周邊環(huán)境示意圖

圖2 護(hù)岸斷面圖

1.2 擬分析對(duì)象樁基及承臺(tái)情況

根據(jù)上海市政工程設(shè)計(jì)研究總院(集團(tuán))有限公司2017年3月提供的《凌空路～迎賓大道立交改建工程磁懸浮保護(hù)方案、荷載對(duì)比計(jì)算書》的咨詢意見(jiàn)，磁浮P0779～P0782墩，橋墩為標(biāo)準(zhǔn)雙柱墩[2]；承臺(tái)頂標(biāo)高3.5m，承臺(tái)厚2.0m，橫橋向承臺(tái)寬9.0m；樁基采用φ600 PHC管樁，樁長(zhǎng)約34m，樁基有14根樁和18根樁兩種類型，如圖3、4所示。

圖3 P0779、P0781橋墩構(gòu)造圖（14樁）

圖4 P0780、P0782橋墩構(gòu)造圖（18樁）

1.3 工程地質(zhì)條件

擬建場(chǎng)地各土層的物理力學(xué)性質(zhì)參數(shù)[3]如表1所示。

1.4 磁懸浮保護(hù)要求

磁浮線軌道結(jié)構(gòu)的附加變形控制要求如表2所示。

土層物理力學(xué)參數(shù) 表1

磁浮線變形控制要求 表2

2 河道開挖、河道形成對(duì)磁懸浮樁基的有限元分析

2.1 分析方法

本次分析采用有限元軟件Plaxis[4]進(jìn)行二維數(shù)值計(jì)算分析。

2.2 計(jì)算模型

模型計(jì)算區(qū)域：豎向范圍取50m，水平范圍取130m。

基坑圍護(hù)分析過(guò)程中，針對(duì)不同分析對(duì)象采用不同的單元類型和本構(gòu)關(guān)系，具體詳見(jiàn)表3，分析模型的底部采用全自由度約束，即水平、豎直向固定約束；側(cè)面采用法向約束，允許豎向變形。數(shù)值模擬過(guò)程中考慮基坑周邊10m范圍內(nèi)超載。

結(jié)構(gòu)參數(shù)：基坑采用1∶3放坡開挖。

分析單元類型與本構(gòu)模型表 表3

有限元計(jì)算模型及網(wǎng)格如圖5和圖6所示。

圖5 有限元計(jì)算模型

圖6 有限元網(wǎng)格劃分圖

2.3 施工工況模擬

①初始應(yīng)力條件。基坑在開挖之前場(chǎng)地存在初始應(yīng)力場(chǎng)，故首先按土體自重應(yīng)力場(chǎng)來(lái)模擬場(chǎng)地存在的初始應(yīng)力場(chǎng)。初始應(yīng)力條件的確定是模型建立的另一個(gè)關(guān)鍵問(wèn)題，初始應(yīng)力場(chǎng)是基坑即將開挖時(shí)的應(yīng)力場(chǎng)。初始應(yīng)力場(chǎng)是彈塑性有限元計(jì)算的基礎(chǔ)，基坑開挖各個(gè)階段的計(jì)算都是在此基礎(chǔ)上進(jìn)行。根據(jù)分析問(wèn)題的不同，采用不同的手段進(jìn)行初始應(yīng)力場(chǎng)的確定。對(duì)于水平土層條件的初始應(yīng)力場(chǎng)可以采用K0系數(shù)法。在上述應(yīng)力場(chǎng)基礎(chǔ)上，初始化所有位移與應(yīng)變?yōu)榱?，僅保存其變化的應(yīng)力場(chǎng)作為基坑施工模擬的初始應(yīng)力場(chǎng)。

②鄰近坑邊超載對(duì)初始應(yīng)力狀態(tài)的影響。采用有限元軟件中“單元生死”的方法，在基坑開挖前激活荷載，考慮其對(duì)初始應(yīng)力場(chǎng)的影響。

③基坑開挖過(guò)程的模擬，利用有限元軟件“單元生死”技術(shù)模擬，通過(guò)殺死土體單元，模擬土體開挖的全過(guò)程。

具體計(jì)算工況如下：

圖3(a)和圖3(b)分別展現(xiàn)了由于環(huán)境溫度改變導(dǎo)致的IC器件中芯片和接合層焊點(diǎn)中的熱應(yīng)力,比較了未灌裝構(gòu)型和灌裝構(gòu)型的結(jié)果。選取3個(gè)代表性器件U1,U3,U8,取各自的絕對(duì)值最大應(yīng)力進(jìn)行比較?？梢钥闯?芯片中的應(yīng)力和焊點(diǎn)中的應(yīng)力符號(hào)相反。溫度升高時(shí),芯片承受拉應(yīng)力,焊點(diǎn)承受壓應(yīng)力,溫度降低時(shí)情況相反,這主要是由于接合層的熱膨脹系數(shù)大于IC器件導(dǎo)致的。對(duì)整體灌裝構(gòu)型,由于灌裝聚合物的熱膨脹系數(shù)大于IC器件,在一定程度上加劇了IC器件中應(yīng)力,同時(shí)略微減小了接合層中的應(yīng)力。同時(shí)可看到,對(duì)于環(huán)境溫度改變情形,在所研究灌裝厚度下不同器件所受應(yīng)力差別不大。

工況一，生成初始地應(yīng)力場(chǎng)；

工況二，施加坑邊超載；

工況三，基坑預(yù)降水；

工況四，土方開挖至坑底；

工況五，基坑灌水，河道形成。

圖7 施工工況圖

2.4 基坑降水、土方開挖對(duì)磁懸浮樁基的影響分析

分析基坑降水及土方開挖對(duì)磁懸浮樁基的影響，對(duì)應(yīng)工況為工況四。工況四時(shí)，基坑最大水平位移為18.47mm，水平位移云圖如圖8所示；坑底最大隆起量為15.98mm，出現(xiàn)在基坑開挖面中間，豎向位移云圖如圖9所示。

有限元模型中，磁懸浮樁基距離基坑由遠(yuǎn)到近依次是Pile1、Pile2、Pile3和Pile4，磁懸浮樁基位移計(jì)算結(jié)果如表4所示。

圖8 水平位移云圖（工況四）

圖9 豎向位移云圖（工況四）

磁懸浮樁基位移計(jì)算結(jié)果 表4

由表4可知，基坑開挖及降水引起的磁懸浮樁基沉降，從遠(yuǎn)到近依次為0.64mm、0.70mm、0.79mm和0.85mm，滿足支墩沉降量≤2mm以及前后支墩累計(jì)不均勻沉降量≤1mm的控制要求；同一承臺(tái)左右側(cè)支墩累計(jì)不均勻沉降量0.2mm，滿足≤0.5mm的要求；支墩水平位移為0.92mm，滿足前后支墩橫向（X向）累計(jì)差異偏移量≤1mm的要求。

圖10 水平位移云圖（工況五）

圖11 豎向位移云圖（工況五）

2.5 基坑灌水、河道形成對(duì)磁懸浮樁基的影響分析

分析基坑灌水、河道形成對(duì)磁懸浮樁基的影響，對(duì)應(yīng)工況為工況五。工況五時(shí)，基坑最大水平位移為17.73mm，水平位移云圖如圖10所示；坑底最大隆起量為15.45mm，出現(xiàn)在基坑開挖面中間，豎向位移云圖如圖11所示。

有限元模型中，磁懸浮樁基距離基坑由遠(yuǎn)到近依次是Pile1、Pile2、Pile3和Pile4，磁懸浮樁基位移計(jì)算結(jié)果如下表所示。

磁懸浮樁基位移計(jì)算結(jié)果 表5

由上表可知，基坑開挖及降水引起的磁懸浮樁基沉降，從遠(yuǎn)到近依次為0.55mm、0.62mm、0.71mm和0.77mm，滿足支墩沉降量≤2mm以及前后支墩累計(jì)不均勻沉降量≤1mm的控制要求；同一承臺(tái)左右側(cè)支墩累計(jì)不均勻沉降量0.22mm，滿足≤0.5mm的要求；支墩水平位移為0.74mm，滿足前后支墩橫向（X向）累計(jì)差異偏移量≤1mm的要求。

3 結(jié)論與建議

3.1 結(jié)論

本評(píng)估采用數(shù)值計(jì)算[5]的方法，模擬計(jì)算凌空路～迎賓大道立交改建工程河道開挖及河道形成后對(duì)臨近磁浮線樁基的影響。通過(guò)計(jì)算分析，在保證施工要求的前提下，河道開挖施工能夠滿足磁浮線的保護(hù)要求。

3.2 建議

①若要進(jìn)一步評(píng)估河道開挖對(duì)臨近磁懸浮區(qū)域土性的影響，可采用勘察手段靜力觸探方法，通過(guò)分析土性指標(biāo)，分析河道開挖對(duì)臨近磁懸浮區(qū)域土性的影響。

②河道湖泊開挖施工應(yīng)盡量縮短施工周期、明確目標(biāo)節(jié)點(diǎn)，同時(shí)應(yīng)分段開挖，減少對(duì)磁懸浮的影響。

③基坑開挖過(guò)程中必須加強(qiáng)對(duì)基坑周邊地下水位及磁懸浮基礎(chǔ)的監(jiān)測(cè)，確保磁浮線的安全運(yùn)營(yíng)?？油馑粓?bào)警值下降速率300mm/d或累計(jì)下降1000mm；磁懸浮基礎(chǔ)報(bào)警值具體由相關(guān)部門和監(jiān)測(cè)單位確定。

④河道開挖及河道完成后，磁懸浮墩柱加強(qiáng)監(jiān)測(cè)，監(jiān)測(cè)周期不小于2年。