摘要：地鐵隧道施工過程中會對附近的橋梁樁基造成擾動等影響，對橋梁結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性帶來一定沖擊。文章介紹了橋梁樁基的作用機(jī)理，分析了橋梁樁基各部分載荷受力情況，并對引起橋梁樁基形變的主要因素以及橋梁樁基形變的主要模式進(jìn)行了研究，提出了控制橋梁樁基形變的具體措施。

關(guān)鍵詞：地鐵隧道;施工;橋梁;樁基形變;研究

0 引言

隨著我國城鎮(zhèn)化進(jìn)程的不斷加快，城市土地面積使用率在逐漸縮小，如何充分利用城市中的每一寸土地已成為當(dāng)前社會各界所關(guān)注的主要問題。地鐵隧道工程的建設(shè)和投入使用，使得城市可利用的土地空間變大，也為人們?nèi)粘５某鲂刑峁┝酥T多便利，其優(yōu)勢不言而喻。地鐵隧道工程已成為目前國內(nèi)各大型城市的必備市政工程，在提高城市的社會生產(chǎn)力和競爭力方面具有一定作用。地鐵隧道工程的施工技術(shù)復(fù)雜，需要綜合協(xié)調(diào)各施工環(huán)節(jié)，并考慮可能對周邊建筑帶來的破壞和影響。以地鐵隧道工程附近的橋梁為例，橋梁樁基可能受到地鐵施工的影響，情況嚴(yán)重時會波及到橋梁整體結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，影響車輛及行人的安全。為此，研究地鐵隧道施工過程中對附近橋梁樁基的影響十分必要[1]。

1 橋梁樁基作用機(jī)理

樁基屬于當(dāng)前建筑領(lǐng)域較為常用的一種基礎(chǔ)模式，其應(yīng)用范圍比較廣泛。樁基可穿過軟弱地質(zhì)結(jié)構(gòu)最終達(dá)到持力層，建筑上部的載荷也傳到持力層中。地鐵隧道工程的施工將對橋梁樁基周邊的土體造成擾動，進(jìn)而使土層在橫向及縱向上發(fā)生位移改變，使得橋梁樁基的載荷能力降低，引起橋梁結(jié)構(gòu)的形變破壞。樁基端部土質(zhì)總抗力以及樁基側(cè)方土質(zhì)總阻力共同承載樁基頂部的縱向載荷，可通過以下公式表示：

根據(jù)橋梁樁基的受力特征將受力劃分為兩方面：（1）依靠樁基端部阻力進(jìn)行載荷;（2）通過樁基側(cè)方阻力來承擔(dān)。以上兩方面組成了樁基受力的全部，且樁基側(cè)方阻力相對于下部作用更早，二者具有不同的力學(xué)傳輸特性，樁基側(cè)方阻力以剪力形式逐漸擴(kuò)散到周邊土體中，而樁基端部阻力則由樁體直接作用[2-3]。

2 地鐵隧道施工對附近橋梁樁基的影響

2.1 橋梁樁基形變的主要因素

（1）樁基周邊土質(zhì)特性

橋梁樁基形變的一個主要原因是樁基周邊的土質(zhì)特性。由于在地鐵隧道施工過程中對各種深度的地層具有擾動作用，使得樁體周邊各種深度土層結(jié)構(gòu)發(fā)生改變，影響樁基端部以及側(cè)方的阻力。地鐵隧道施工過程中對地層的擾動作用分區(qū)如圖1所示。在一些富水以及軟土等特殊地質(zhì)結(jié)構(gòu)中，在允許的地表沉降范圍之內(nèi)，樁基側(cè)方阻力通常較正常情況小，這種現(xiàn)象多由地鐵隧道開挖而引起地層沉降范圍超過橋梁樁基沉降范圍所致[4]。

（2）施工工藝

地鐵隧道的施工工藝對附近橋梁樁基的形變具有重要影響。地鐵隧道施工工藝的不同對周邊地層的擾動程度和影響范圍也不同。如果地鐵隧道施工過程中影響地表的沉降范圍很大，則附近的橋梁樁基受到的擾動也會很大。為有效防止地鐵施工對附近橋梁樁基擾動而引發(fā)的形變，要選用合適的施工工藝，盡可能選用對周邊土質(zhì)及地層擾動較小的施工工藝[5]。

（3）地下水因素

地下水因素對于樁基周邊土質(zhì)結(jié)構(gòu)變化的影響不能忽略。地下水主要是對土質(zhì)具有一定的軟化作用，進(jìn)而引起土層結(jié)構(gòu)力學(xué)特性的改變，使得樁基端部以及側(cè)方的抗壓強(qiáng)度減弱。在降水情況下對地鐵隧道進(jìn)行施工，會引發(fā)樁基周邊土質(zhì)的固結(jié)沉降，使得樁基周邊土地應(yīng)力隨之增加，當(dāng)固結(jié)沉降范圍大于樁基固有的沉降范圍時，會使樁基發(fā)生負(fù)摩阻力效應(yīng)[6]。

橋梁樁基形變的主要因素如表1所示。

2.2 橋梁樁基形變的主要模式

地鐵隧道施工對附近橋梁樁基造成不同程度的影響，而橋梁樁基剛度相對于周邊土地的剛度較大，因此，可將橋梁樁基視作完全剛性體，橋梁樁基與周邊土體的位移形變可通過土體的位移形變過程來進(jìn)行分析。發(fā)生位移形變的土層將重新分配應(yīng)力，使橋梁樁基側(cè)方以及端部的阻力均發(fā)生變化，最終使橋梁樁基縱向載荷能力以及側(cè)方抗壓能力發(fā)生改變。由于樁體軸向剛度非常大，因此樁周土體和樁基的位移方向近乎直線，橋梁樁基發(fā)生沉降以保持這種情況下的平衡狀態(tài)。此時，地層土質(zhì)對橋梁樁基的形變起到了一定的約束作用，橫向上的傳遞因此而受到橋梁樁基的阻力，二者間呈現(xiàn)相互制約、彼此作用的關(guān)系。地鐵隧道施工過程中地層位移變化對橋梁樁基形變的主要影響有：在橋梁樁基部分的影響趨勢逐漸減弱;地鐵隧道開挖引起的橋梁樁基應(yīng)力逐漸向樁基端部傳送，對橋梁樁基的載荷能力有影響;相對于周邊土體而言，樁基可被視作剛性體結(jié)構(gòu)[7-8]。

3 橋梁樁基形變的控制措施

3.1 參數(shù)優(yōu)化控制措施

參數(shù)優(yōu)化控制措施在橋梁樁基形變的控制中較為常用，這種參數(shù)優(yōu)化控制措施貫穿于施工過程的始終。在施工開始時，依據(jù)歷史工程經(jīng)驗(yàn)可選用適宜的施工參數(shù)，并對參數(shù)適當(dāng)優(yōu)化，在實(shí)際施工中應(yīng)根據(jù)具體變化情況對地鐵隧道開挖的機(jī)械設(shè)備進(jìn)行參數(shù)調(diào)整，最大程度弱化對附近橋梁樁基的影響。地鐵隧道開挖面的參數(shù)控制尤為重要，地鐵隧道施工中的作業(yè)面與土體壓力值應(yīng)在規(guī)定范圍之內(nèi)。土體壓力超出允許的范圍將為地鐵隧道的施工帶來一定影響：土體壓力偏大會造成地表結(jié)構(gòu)的凸起，而土體壓力偏小則會引起地表沉降。因此，在地鐵隧道開挖面參數(shù)控制過程中應(yīng)首先核對目標(biāo)土體壓力，使用特定的儀器對開挖面土體壓力進(jìn)行核實(shí)[9]。

3.2 工程施工控制措施

為使地鐵隧道在施工過程中減少對附近橋梁樁基的影響，除了對施工機(jī)械設(shè)備進(jìn)行參數(shù)優(yōu)化之外，還應(yīng)在具體的工程施工過程中采取相應(yīng)的控制措施，如隔斷墻、土體穩(wěn)固以及樁基托換等措施。

（1）隔斷墻

隔斷墻在保護(hù)橋梁樁基的措施中較為常見，主要是通過在隧道與橋梁樁基中間搭設(shè)隔斷墻的方式來弱化施工機(jī)械設(shè)備對附近橋梁樁基的影響，地面上和地面下均可進(jìn)行隔斷墻施工，在地鐵隧道開挖時可使用高壓旋噴樁以及密排灌注樁等方式。此種措施需要一定的施工空間。

（2）土體加固

土體加固一般包括兩種方式，一種是采用化學(xué)注漿法，另一種是通過噴射進(jìn)行攪拌的方法?；瘜W(xué)注漿法主要對土體進(jìn)行注漿以實(shí)現(xiàn)增加土體剛度的作用，進(jìn)而降低地鐵隧道施工對附近橋梁樁基的影響。噴射注漿則利用改善樁體周圍土質(zhì)特性的方式來提高樁周土的結(jié)構(gòu)完整性。

（3）樁基托換

樁基托換即使用新樁來替換原來的舊樁以承擔(dān)上部結(jié)構(gòu)的載荷，新樁將與原基礎(chǔ)共同組成新的結(jié)構(gòu)體系，以優(yōu)化原來的結(jié)構(gòu)應(yīng)力狀態(tài)，使沉降范圍得到進(jìn)一步控制。樁基承壓及樁基轉(zhuǎn)換是樁基托換的兩種常用方法[10-11]。

工程施工部分的橋梁樁基形變控制措施如表2所示。

4 結(jié)語

地鐵隧道施工會給附近橋梁樁基結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性帶來一定影響。本文對橋梁樁基的作用機(jī)理進(jìn)行了分析，對引起橋梁樁基形變的主要因素進(jìn)行了總結(jié)，包括樁基周邊土質(zhì)特性、施工工藝以及地下水等因素。從參數(shù)優(yōu)化和工程施工兩方面討論了控制橋梁樁基形變的具體措施，工程施工部分列舉了隔斷墻、土體加固以及樁基托換等方法。在地鐵隧道施工對附近橋梁樁基的影響方面，本文進(jìn)行了系統(tǒng)性的總結(jié)并提出了控制措施，研究內(nèi)容具有一定的工程實(shí)用價值。

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作者簡介：馬佳仁（1980—），工程師，研究方向：公路與橋梁。