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        鄰近軟基區(qū)堆載對橋梁樁基偏位的影響探討

        2023-05-26 22:43:14羅旭飛
        交通科技與管理 2023年9期
        關(guān)鍵詞:有限元分析軟土地基

        羅旭飛

        摘要 某公路橋梁項(xiàng)目,樁基處于軟土地基段,其鄰近堆載將導(dǎo)致橋梁樁基出現(xiàn)側(cè)向偏位,且樁身會產(chǎn)生附加彎矩,嚴(yán)重影響橋梁的安全性能?;诖?,文章通過分析具體工程項(xiàng)目案例,運(yùn)用有限元分析手段,根據(jù)現(xiàn)場實(shí)地測量樁基偏位結(jié)果,開展全面分析,得出以下結(jié)論:(1)樁基受單側(cè)堆載影響,會出現(xiàn)側(cè)向偏移及附加彎矩,情況加重時(shí),樁頂區(qū)域會出現(xiàn)開裂破壞;(2)受到雙側(cè)堆載影響,其作用力對樁基的偏位有決定性作用;(3)雙側(cè)卸載不會明顯影響到樁基偏位,但會對緩解樁身附加彎矩有較大作用。

        關(guān)鍵詞 軟土地基;鄰近堆載;樁基側(cè)向偏位;有限元分析

        中圖分類號 TU472.33文獻(xiàn)標(biāo)識碼 A文章編號 2096-8949(2023)09-0050-03

        0 引言

        位于軟土地基中的橋梁,常由于施工期間堆載和路基填土等問題,導(dǎo)致橋梁地基土發(fā)生變形,橋梁由此會出現(xiàn)偏位,增加橋梁的危險(xiǎn)性。該文將針對鄰近堆載,引發(fā)橋梁樁基偏位的具體工程實(shí)例進(jìn)行分析,從而對鄰近堆載安全性進(jìn)行有效管控,并有效消除樁身偏位及內(nèi)力的消極影響。

        1 工程概況

        1.1 橋梁尺寸

        該橋梁上部結(jié)構(gòu)為連續(xù)箱梁,由九聯(lián)預(yù)應(yīng)力混凝土澆筑而成,其底部主要結(jié)構(gòu)為兩柱或一柱兩樁+承臺結(jié)構(gòu),鉆孔灌注樁為基礎(chǔ),樁基直徑為φ1 800 mm,樁長度在55~70 m之間,利用地基層花崗巖作為持力層,各樁之間的距離最小為4.8 m、最大為5.4 m,承臺長度7.8 m、寬度為3.0 m、厚度為1.8 m,墩柱為橢圓形。

        1.2 場地地質(zhì)條件

        圖1顯示此場地的土層分布情況,以及地層斷面呈現(xiàn)的各項(xiàng)物力理學(xué)參數(shù)。淤泥層屬于流塑狀,質(zhì)地不均勻,其中有部分腐殖物殘骸,顯水平層理,層間夾粉、細(xì)砂薄層,層厚為20~30 m;中砂層呈中密—密實(shí)狀,淤泥質(zhì)黏土層以透鏡體形狀分布在里面[1]。

        1.3 橋梁樁基偏移狀況

        分析圖1可知,橋梁建設(shè)竣工后,其中一側(cè)共填土兩次,土高為2~3 m。橋梁的LD10#墩柱北側(cè)使用砂土堆積,高3 m,寬度約為30 m。在上述2次填土堆載及堆砂的共同作用下,橋梁樁基發(fā)生了偏位,并直接導(dǎo)致橋面伸縮縫處發(fā)生錯位[2]。

        53 mm、70 mm、75 mm、124 mm,LD9#~LD13#偏位量依次為63 mm、13 mm、8 mm、10 mm、5 mm,LD7#墩柱上發(fā)生的樁基偏位非常明顯,偏位量等于124 mm。其中,LD5#、LD6#和LD9#墩柱也有比較明顯的偏位,其偏位量依次是70 mm、75 mm、63 mm,其他墩柱的樁基偏位比較小,砂場側(cè)的樁基偏位量最小。通過上述數(shù)據(jù)可知,橋梁受到堆載的影響,偏位比較明顯,這就需要全面研究堆載所導(dǎo)致的橋梁樁基偏位[3]。

        2 分析步驟

        該文運(yùn)用平面有限元分析方法,模擬分析工程狀況,是為掌握橋梁樁基偏位受鄰近堆載的具體影響。

        (1)土體本構(gòu)模型屬于硬化土模型,其參數(shù)主要有主偏量加載剛度模量E50,卸載、再加載剛度模量Eur及側(cè)限壓縮剛度模量Eoed。

        (2)結(jié)合軟土地區(qū)施工積累的經(jīng)驗(yàn)和試驗(yàn)數(shù)據(jù),該文,土體通過15節(jié)點(diǎn)三角形單元實(shí)現(xiàn)模擬。

        (3)開展施工狀況計(jì)算:1)堆積土層初始地層應(yīng)力,位移量為零;2)橋梁項(xiàng)目的樁基、承臺、橋面分別搭建計(jì)算模型,并在上部施加荷載,將位移清零;3)實(shí)行第一次填土;4)實(shí)行第二次填土及填砂;5)將第二次的填土及填砂卸除;6)將第一次填土卸除。

        (4)全面分析LD7#墩基和LD11#墩基,從而具體掌握堆載對樁基偏位產(chǎn)生的影響,具體原因?yàn)長D7#墩基會出現(xiàn)最大偏位,屬于單側(cè)堆載。相比之下,LD11#墩基發(fā)生的偏位非常小,屬于雙側(cè)堆載[4]。

        3 結(jié)果分析

        3.1 LD7#墩基結(jié)果分析

        3.1.1 單側(cè)堆載工況

        針對LD7#墩基實(shí)行兩次填土,高度都是3 m,前一次的寬度為50 m左右,后一次的寬度為30 m左右。受填土堆載的影響,樁基、墩柱及箱梁都出現(xiàn)了水平偏移,如圖2所示;具體的樁基的內(nèi)力及變形如圖3所示,其具體的內(nèi)力及位移值如表2所示。

        分析表2可知:①首次填土完成后,樁身在水平方向發(fā)生的位移最大為74.50 mm,在遠(yuǎn)離堆載側(cè)的樁頂處的樁身出現(xiàn)的彎矩最為明顯,約為2 872.8 kN·m;②第二次填土結(jié)束,樁基樁身在水平方向發(fā)生的位移最大為138.21 mm,在遠(yuǎn)離堆載側(cè)的樁頂處的樁身出現(xiàn)的彎矩也最為明顯,約為6 224.4 kN·m,樁身受填土堆載的影響,已達(dá)到其抗彎承載力[5]。所以,受填土影響,一方面墩基會出現(xiàn)明顯的側(cè)向位移,另一方面還會出現(xiàn)較大彎矩,樁身會受壓出現(xiàn)開裂破壞[6]。

        3.1.2 卸載工況

        以下內(nèi)容是具體分析卸土工況,將其比較實(shí)測數(shù)據(jù),目的是對分析結(jié)果是否準(zhǔn)確進(jìn)行驗(yàn)證,相關(guān)內(nèi)容如表3所示。

        分析表3可知:①在填土層卸除之后,樁身偏位下降33.24 mm,其彎矩明顯變小;②當(dāng)最外層填土被卸除時(shí),樁身偏位值為60.69 mm,對比前后,樁基偏位值下降77.52 mm。由此可知,樁基受到鄰近填土的嚴(yán)重推擠,在其影響下,樁基出現(xiàn)明顯偏移,并出現(xiàn)較大彎矩,嚴(yán)重影響樁基的安全性[7]。

        3.2 LD11#墩基結(jié)果分析

        3.2.1 雙側(cè)堆載工況

        將填土堆積到LD11#墩基周邊,土堆高約為2.8 m、寬約為50 m。將砂土堆積到墩基的另一側(cè),其高度為3 m左右,寬度為30 m左右。

        只進(jìn)行填筑填土?xí)r,LD11#墩基的內(nèi)力及變形如圖4所示,和LD7#樁大體一致。當(dāng)填筑砂土后,樁基的偏位會有較大幅度的下降。此時(shí),不論是填土側(cè)還是堆砂側(cè),樁基變形曲線都會發(fā)生改變[8]。分析其原因,受砂土堆載影響,堆砂側(cè)的樁基被擠壓,變形曲線發(fā)生變化,如圖5所示。

        堆砂作用對樁基的偏位有明顯的緩解效果,可是無法有效緩解樁身的附加彎矩,不但如此,還會稍微增加樁基的附加彎矩,樁身最大彎矩為4 107.6 kN·m,要小于樁身抗彎設(shè)計(jì)承載力。結(jié)合上述分析可以發(fā)現(xiàn),在堆砂的作用下,樁基的偏位能得到有效緩解,當(dāng)時(shí)并不一定會緩解樁基附加彎矩。

        3.2.2 卸載工況

        填土及砂土被同時(shí)卸載后,此時(shí)的樁身偏位值為25.36 mm,與填土及堆砂卸除前相比,樁基回位了1.47 mm。與此同時(shí),填土和砂土堆載被卸除,樁基的附加彎矩也明顯下降,這會較大程度地影響樁基的安全性[9]。卸除砂土后,圖6表示墩基回位狀況,其中粗線表示卸載階段的墩基回位值。

        通過分析圖6可知:當(dāng)填土及砂土被卸除時(shí),墩基回位并不十分明顯,這就接近于運(yùn)用有限元分析方法的結(jié)果。結(jié)合上文的分析可知,同時(shí)對樁基實(shí)行堆載,樁身的側(cè)向偏位量會有部分下降,可是這種雙側(cè)堆載會對樁身彎矩產(chǎn)生較大影響,需要高度重視這一點(diǎn)[10]。

        4 結(jié)論

        綜上所述,該文依托工程實(shí)踐,分析了鄰近軟基區(qū)堆載,對該橋梁樁基偏位的影響,并得出了以下主要結(jié)論:

        (1)樁基受到單側(cè)堆載的影響,會發(fā)生一定程度的側(cè)向偏移,使樁基的形狀呈S形變化;單側(cè)堆載作用下,樁身產(chǎn)生附加彎矩,若堆填荷載不斷增大時(shí),樁頂區(qū)域受其影響,會出現(xiàn)開裂破壞。

        (2)樁基受到雙側(cè)堆載的影響,哪一側(cè)的堆載影響力弱,樁基將會向哪一側(cè)偏移。在雙側(cè)堆載的作用下,樁基的偏位量會得到一定程度的糾正,加快實(shí)現(xiàn)樁基回位,但此時(shí)樁身會出現(xiàn)明顯的附加彎矩,這一點(diǎn)必須高度重視。

        (3)雙側(cè)卸載不會對樁基偏位產(chǎn)生明顯影響,可對樁身附加彎矩有良好的緩解作用。

        參考文獻(xiàn)

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