翟林

（重慶交通大學(xué)工程設(shè)計研究院有限公司玉林分公司，廣西 玉林 537006）

為完善路網(wǎng)結(jié)構(gòu)在城市中往往需要設(shè)置跨河或跨江橋梁，極有可能在路橋過渡處出現(xiàn)沉降差，出現(xiàn)橋頭跳車情況，產(chǎn)生嚴(yán)重安全隱患[1-3]。為此，諸多研究人員專門針對這類問題進(jìn)行了分析，并提出不同類型的處置措施。盧蘭萍等[4]為了減小路橋過渡段的差異沉降,緩解軟土地區(qū)的橋頭跳車問題,提出了一種采用CFG 樁復(fù)合地基聯(lián)合換填泡沫混凝土加固軟基的方案。涂義亮等[5-6]為了解決因軟土路基不均勻沉降引起的橋頭跳車問題,提出了側(cè)向粉噴樁變剛度非開挖處治方案及旋噴樁復(fù)合地基變剛度非開挖處治技術(shù), 采用三維數(shù)值模擬對設(shè)計方案進(jìn)行了分析驗證[6]。

綜上所述，目前橋頭跳車問題已引起諸多研究人員的關(guān)注，但由于不同工程地質(zhì)條件造成實際處理措施的巨大差異，為此本文以玉林市金玉路橋為例，采用有限元分析方法對CFG 樁復(fù)合地基處理及參數(shù)優(yōu)化進(jìn)行研究，以期對將來類似工程提供借鑒。

1 工程概況

1.1 工程背景

玉林市金玉路橋跨越南流江與江濱路和沿江東路相交。擬建橋梁為7 墩（臺）6 跨，跨度在20～25m 間，橋面為拱形，矢高約1.10m，橋兩端橋面高程80m，橋中為81.10m，設(shè)計橋?qū)?7m，為預(yù)應(yīng)力小箱梁結(jié)構(gòu)，擬采用灌注樁。兩端引橋為按一般路基設(shè)計，設(shè)計路寬37m，北端引橋段設(shè)計路面標(biāo)高：K0+000～K0+072.53 為75.584m～75.187m，K0+072.53～K0+249.85 段為75.187m～80.00m；南端引橋段設(shè)計路面標(biāo)高：K0+390.85～K0+459.907 為80.00m～77.712m。

根據(jù)航拍圖（圖1），金玉路規(guī)劃線位處南流江江面較寬，為128.7m，河道岸口至北側(cè)金玉路與規(guī)劃江濱路交叉中心75.4m，北岸岸口距離江濱路有65-97m 河灘，河道岸口至南側(cè)金玉路與規(guī)劃沿江東路交叉中心40.8m，南岸岸口距離沿江東路有31m 河灘，周邊地形較為平坦。為了滿足行洪要求橋梁應(yīng)適當(dāng)拓寬橋梁附近河道寬度，以增大該處河道的過水?dāng)嗝婷娣e，并適當(dāng)加大橋梁長度確保過水?dāng)嗝鏉M足防洪要求。

圖1 項目平面圖

1.2 自然地理特征

道路沿線場地位于屬溶蝕準(zhǔn)平原上的河流階地，金玉橋橫跨南流江，兩岸階地較平緩，高程在74～78m 間，河床切割深度約6～7m，河床底高程多在71～72m 間，河水面寬約120m，水深1～3m 不等，因下游較遠(yuǎn)處筑有水壩，水流緩慢，北岸坡較緩并植被茂盛，南岸坡已進(jìn)行混凝土護(hù)坡（坡度約45 度）。南北兩岸為簡易的混凝土路或土路，零星分布有低矮的民房。經(jīng)鉆探揭露，場地巖土層自上而下主要有素填土①、粉砂②、淤泥質(zhì)黏土③、黏土④、石灰?guī)r⑤、石灰?guī)r⑥。

2 CFG 樁復(fù)合地基有限元分析

2.1 CFG 樁復(fù)合地基參數(shù)選擇

采用CFG 樁復(fù)合地基作為道路與橋梁過渡段的軟基加固方案，樁身強度為C15，樁徑為40cm,樁長選擇12m，梅花型形布置，選取石灰?guī)r⑥作路基持力層；樁間距為1.5m，褥墊層為0.5m。

2.2 有限元模型的建立

有限元分析所采用的參數(shù)見表1。計算路面寬30m，土體模型的橫向取50m，豎向取40m。

表1 模型計算參數(shù)

計算模型均選用平面應(yīng)變模型，模型約束條件取標(biāo)準(zhǔn)約束條件，即模型左右兩邊約束水平位移，底部限制兩個方向的位移。采用摩爾-庫倫模型，模型中CFG 樁樁長為12m，樁間距為1.5m，按汽車標(biāo)準(zhǔn)軸載進(jìn)行加載。該模型具有的單元總數(shù)為13936 個，節(jié)點數(shù)為12541 個，模型圖見圖2。

圖2 計算模型圖

2.3 計算結(jié)果分析

圖3 為CFG 樁復(fù)合地基施工完成后固結(jié)半年的豎向位移云圖，由該圖可以看出，路堤填土處的沉降是最大的，從上至下的沉降逐漸減小，符合實際工程現(xiàn)狀。與此同時，經(jīng)計算，地層初始狀態(tài)最大豎向位移為26.4cm，施做CFG 樁后最大豎向位移為0.691cm，施加行車荷載后最大豎向位移為5.41cm，固結(jié)半年后最大豎向位移為6.08cm?？梢?，最大豎向位移隨著施工過程外力作用下產(chǎn)生變化，在施加CFG 樁后豎向位移變小，土體沉降得到較好控制；隨著行車荷載的施加，土體受壓沉降增大，固結(jié)半年后最終整個模型位移趨于穩(wěn)定。

圖3 不同施工階段CFG 樁復(fù)合地基豎向位移云圖

3 CFG 樁參數(shù)優(yōu)化研究

3.1 不同樁長處理效果分析

為了分析不同樁長處理效果，分別對9m、12m、15m、18m 和21m 五種不同樁長進(jìn)行模擬分析。五種不同樁長采用的樁間距均為1.5m。加載條件、模型約束條件、地質(zhì)參數(shù)以及建模方法與3.2 節(jié)中相同。由圖4 可以發(fā)現(xiàn)，隨著樁長的增加，樁身軸力逐漸增大，軸力沿著樁身的變化趨勢保持一致，先是沿樁身逐漸受壓增大，至樁身一定深處時達(dá)到最大，隨后突然減??；與此同時，可以看出，隨著樁長的增大，樁土應(yīng)力比逐漸增大，但樁長在9m增加至12m 時樁土應(yīng)力比增加幅度最大，后續(xù)樁長的增加變化幅度相對平緩。因此可以看出，樁長并不是越長越好，而是應(yīng)該根據(jù)實際地質(zhì)條件確定，當(dāng)樁長長度已經(jīng)深入堅硬持力層時，軸力變化幅度不大，樁土應(yīng)力比變化幅度也緩和。

圖4 樁長對復(fù)合地基力學(xué)性狀的影響

3.2 不同樁間距處理效果分析

為分析不同樁間距在過渡段處理的效果，分別對1.2m、1.5m、1.8m 和2.0m 四種不同樁間距進(jìn)行模擬分析。四種不同樁間距均采用的樁長均為12m，加載條件、模型約束條件、地質(zhì)參數(shù)以及建模方法與3.2 節(jié)中相同。由圖5 可以發(fā)現(xiàn)，隨著樁間距的增加，樁身軸力隨之增大，軸力沿著樁深的變化趨勢保持一致，沿著樁深增加，軸力首先逐漸受壓增大，至樁深約11m 處時達(dá)到最大，隨后下部軸力突然轉(zhuǎn)折減??；與此同時，可以看出，隨著樁間距的增大，樁土應(yīng)力比逐漸增大，樁間距為1.2m 時最小，其余樁間距工況樁土應(yīng)力比相差幅度不大。由此可見，針對本工程，采用樁間距為1.2m 更為合理。

圖5 樁間距對復(fù)合地基力學(xué)性狀的影響

4 結(jié)論

本文以玉林市金玉路橋為例，采用有限元分析方法對CFG 樁復(fù)合地基處理關(guān)鍵參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化研究，得出以下結(jié)論：

4.1 隨著樁深度的增加有效應(yīng)力逐漸增大，當(dāng)深度最高即在樁頂位置時，有效應(yīng)力值達(dá)到最大；最大豎向位移隨著施工過程外力作用下產(chǎn)生變化，在施加CFG 樁后豎向位移變小，土體沉降得到較好控制；隨著行車荷載的施加，土體受壓沉降增大，固結(jié)半年后最終整個模型位移趨于穩(wěn)定。CFG 樁復(fù)合地基處理能夠有效處置橋頭跳車問題。

4.2 變化樁長及樁徑這兩個關(guān)鍵因素對CFG 樁復(fù)合地基加固進(jìn)行參數(shù)優(yōu)化，發(fā)現(xiàn)樁長并不是越長越好，而應(yīng)該根據(jù)實際地質(zhì)條件確定；隨著樁間距的增加，樁身軸力隨之增大，針對本工程，采用樁間距為1.2m 為最佳參數(shù)。