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        下穿橋梁樁基礎(chǔ)管溝開挖對(duì)樁基礎(chǔ)安全穩(wěn)定性的影響分析

        2020-06-17 02:11:04易明清胡士克
        四川水泥 2020年5期
        關(guān)鍵詞:橋樁管溝進(jìn)尺

        易明清 胡士克

        (1.廣元市交通投資集團(tuán)有限公司, 四川 廣元 628000;2.西南交通大學(xué)交通安全技術(shù)研究院, 四川 成都 610031)

        0 引言

        隨著技術(shù)的發(fā)展和運(yùn)輸需求的持續(xù)增加,交通基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)逐漸深入各類復(fù)雜地質(zhì)環(huán)境中,這為工程設(shè)施建設(shè)帶來了新的難題和挑戰(zhàn)。在巖土體內(nèi)施工新建地下結(jié)構(gòu)會(huì)對(duì)周圍土體產(chǎn)生擾動(dòng),破壞其原有應(yīng)力狀態(tài)并使其產(chǎn)生位移變形,這會(huì)對(duì)周圍結(jié)構(gòu)物和環(huán)境產(chǎn)生影響,若不采取對(duì)應(yīng)措施,在施工工程中就可能會(huì)對(duì)既有建筑物產(chǎn)生不利影響。依托達(dá)州市某天然氣管道管溝開挖橋梁下穿工程,構(gòu)建了管溝開挖過程的數(shù)值模型,基于該數(shù)值模型,研究管溝開挖對(duì)鄰近橋梁樁基的影響,并分析了橋樁的豎向和水平位移,對(duì)管溝開挖對(duì)橋梁樁基的安全性影響做出了判斷[1-4]。

        1 工程概況

        某天然氣管道工程穿越高速公路,采用箱涵方式穿越,管道與橋梁正交,管溝開挖與橋梁樁基具體位置關(guān)系見圖1。橋梁下部構(gòu)造采用柱式墩、挖孔樁基礎(chǔ),墩徑1.2m、樁徑1.3m。管道設(shè)計(jì)中心線分別距離芭蕉村大橋1#墩、2#墩中心線8m 和12m,開挖深度3.4m、開挖寬度3.2m,管溝開挖參數(shù)見圖2。開挖豁口與墩柱凈距分別為5.8m(1#)、9.8m(2#)。

        圖1 管溝開挖與橋梁樁基礎(chǔ)位置關(guān)系圖

        圖2 管溝開挖參數(shù)圖

        2 模型的建立

        2.1 計(jì)算模型的建立

        建立數(shù)值模型,模型高度分別按照現(xiàn)場坡度尺寸,高度方向分別取46.5m、35.7m、20.5m 和26.5m,寬度方向97m,長度方向35m。開挖豁口與墩柱凈距分別為5.8m、9.8m,開挖深度3.4m、開挖寬度3.2m。模型邊界條件頂面為自由面,左右和前后邊界固定水平方向約束,底面固定豎向位移,如圖3 所示。

        圖3 模型圖

        2.2 計(jì)算參數(shù)的選取

        計(jì)算時(shí),管溝、圍巖本構(gòu)關(guān)系均選擇理想彈塑性摩爾~庫倫準(zhǔn)則,樁基礎(chǔ)選擇線彈性模型作為本構(gòu)模型。實(shí)際計(jì)算參數(shù)如表1 所示。

        表1 計(jì)算參數(shù)

        2.3 計(jì)算過程

        計(jì)算過程分為三步。包括:初始應(yīng)力場的生成、樁基礎(chǔ)的開挖及生成、管溝的開挖。

        初始應(yīng)力場:直接施加重力計(jì)算至平衡,平衡后清零速度場和位移場;

        樁基礎(chǔ)的開挖及生成:按照1m 進(jìn)尺開挖樁孔,并在孔內(nèi)施加泥漿壓力,泥漿重度按照11.9kN/m3取值。完畢后,按照1m 進(jìn)尺生成C35 混凝土樁基礎(chǔ)。并清零速度場和位移場;

        管溝開挖:按照1m 進(jìn)尺開挖管溝,混凝土箱涵設(shè)置進(jìn)尺落后管溝5m。分別在樁身設(shè)置水平位移監(jiān)測點(diǎn)和豎向位移監(jiān)測點(diǎn),并計(jì)算至平衡。

        3 樁基礎(chǔ)變形控制值確定

        在管溝開挖前,依據(jù)《建筑樁基技術(shù)規(guī)范》,樁頂(承臺(tái))水平位移允許值,當(dāng)以位移控制時(shí),可取10mm(對(duì)水平位移敏感的結(jié)構(gòu)物取6mm)。建筑物高度≤20m 時(shí),樁基整體傾斜允許值為0.8%。擬對(duì)橋梁樁頂、承臺(tái)水平位移控制值為6mm,樁身水平位移控制值為10mm,橋樁傾斜控制值為0.8%。依據(jù)《公路橋梁承載能力檢測評(píng)定規(guī)程》,墩頂頂面水平位移控制值為,L 為相鄰墩臺(tái)間最小跨徑(m)。結(jié)合類似工程案例,擬定橋墩/承臺(tái)豎向位移控制值為10mm,相鄰橋墩頂面水平位移控制值為28mm。依據(jù)《公路工程質(zhì)量檢驗(yàn)評(píng)定標(biāo)準(zhǔn) 第一冊(cè) 土建工程》,當(dāng)墩身高度滿足5m<墩身高度≤60m 時(shí),全高豎直度應(yīng)≤0.1%H 且≤20mm。擬定橋墩傾斜控制值為0.1%。具體控制指標(biāo)見表2[5-7]。

        表2 橋樁各測項(xiàng)監(jiān)測控制指標(biāo)

        4 結(jié)果分析

        本文分析側(cè)重考慮管溝開挖對(duì)橋梁樁基的影響,分別評(píng)價(jià)樁頂水平位移、樁頂豎向位移、樁身水平變形。數(shù)值模擬計(jì)算結(jié)果如下:

        (1)樁身水平變形

        管溝開挖完成后樁基礎(chǔ)X 向(垂直于管溝開挖方向)位移云圖如圖4 所示。由圖4 可知,管溝開挖完成后,1~8 號(hào)樁X 向變形較小,兩側(cè)樁向管溝內(nèi)傾斜變形。1~4 號(hào)樁變形稍大于5~8 號(hào)樁。其中X 向最大位移出現(xiàn)在4 號(hào)樁樁底附近,最大位移為2.18×10-3m,小于樁身變形控制標(biāo)準(zhǔn),表明管溝開挖對(duì)橋樁變形影響處于可控范圍內(nèi)。

        圖4 樁基礎(chǔ)X 向位移云圖

        管溝開挖完成后,樁基礎(chǔ)Z 向(平行于管溝開挖方向)位移云圖如圖5 所示。由圖5 可知,管溝開挖完成后,1~8 號(hào)樁均產(chǎn)生Z 正向(順坡向)位移。5~8 號(hào)樁變形稍大于1~4 號(hào)樁。5~8 號(hào)樁中8 號(hào)樁變形最大達(dá)到4.6×10-3m;1~4 號(hào)樁中,4號(hào)樁變形最大達(dá)到3.0×10-3m。1~8 號(hào)樁樁身水平變形均處于控制標(biāo)準(zhǔn)范圍以內(nèi),表明管溝開挖對(duì)樁基礎(chǔ)變形可控。

        圖5 樁基礎(chǔ)Z 向位移云圖

        (2)樁身豎向位移

        由圖6 樁豎向位移云圖可知,管溝開挖完成后1~8 號(hào)樁均產(chǎn)生下沉位移,1~4號(hào)樁下沉位移大于5~8 號(hào)樁下沉位移。其中4 號(hào)樁下沉位移最大,達(dá)到了4.88×10-3m,5 號(hào)樁下沉位移最小為1.3×10-3m。1~8 號(hào)樁樁身豎向位移均處于控制范圍內(nèi),說明因管溝開挖而導(dǎo)致的樁豎向位移可控。

        圖6 樁基礎(chǔ)豎向位移云圖

        (3)樁頂水平位移、豎向位移

        管溝開挖完畢后,橋梁1~8 號(hào)樁樁頂水平位移、樁頂豎向位移見表3。

        表3 管溝開挖完畢后1~8 號(hào)樁樁頂水平位移、豎向位移

        由上表可知,管溝開挖完畢后,1~8 號(hào)樁水平位移、豎向位移均符合控制指標(biāo)要求,傾斜率也符合控制指標(biāo)要求,管溝開挖對(duì)1~8 號(hào)樁影響不大。

        5 結(jié)論

        (1)管溝開挖完成后,1~8 號(hào)樁X 向變形較小,兩側(cè)樁向管溝內(nèi)傾斜變形。1~4 號(hào)樁變形稍大于5~8 號(hào)樁。其中X 向最大位移出現(xiàn)在4 號(hào)樁樁底附近,最大位移為2.18×10-3m,小于樁身變形控制標(biāo)準(zhǔn)。

        (2)1~8 號(hào)樁均產(chǎn)生Z 正向(順坡向)位移。5~8 號(hào)樁變形稍大于1~4 號(hào)樁。5~8 號(hào)樁中8 號(hào)樁變形最大達(dá)到4.6×10-3m;1~4 號(hào)樁中,4 號(hào)樁變形最大達(dá)到3.0×10-3m。1~8 號(hào)樁樁身水平變形均處于控制標(biāo)準(zhǔn)范圍以內(nèi)。

        (3)1~8 號(hào)樁均產(chǎn)生下沉位移,1~4 號(hào)樁下沉位移大于5~8 號(hào)樁下沉位移。其中4 號(hào)樁下沉位移最大,達(dá)到了4.88×10-3m,5 號(hào)樁下沉位移最小為1.3×10-3m。1~8 號(hào)樁樁身豎向位移均處于控制范圍內(nèi)。

        (4)綜合以上分析說明,管溝開挖完畢后,1~8 號(hào)樁水平位移、豎向位移均符合控制指標(biāo)要求,傾斜率也符合控制指標(biāo)要求,管溝開挖對(duì)1~8 號(hào)樁影響不大。在規(guī)范施工的前提下,管溝開挖對(duì)橋梁樁基礎(chǔ)穩(wěn)定性的影響較小。

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