遲 劼

(遼寧省公路勘測(cè)設(shè)計(jì)公司 沈陽(yáng)市 110006)

0 引言

近年來(lái),隨著城市化進(jìn)程的加快,城市橋梁道路的修筑與維護(hù)工程增多,再加上城區(qū)高、快速道路較狹窄,導(dǎo)致空間越來(lái)越擁擠,給城市交通造成更大的壓力[1]。道路施工建設(shè)中最難處理控制的便是基路基填筑對(duì)橋梁樁基損傷[2]。通常情況下,為確保工程進(jìn)度,大多數(shù)的施工人員會(huì)采用單向填筑的形式施工,在完成建設(shè)工作的同時(shí),可以保持橋梁道路的穩(wěn)定、安全[3]。但是這種形式一定程度上也會(huì)造成其他橋梁區(qū)段的外界壓力增加,超負(fù)荷路段常常會(huì)出現(xiàn)塌陷、下沉甚至斷裂等危險(xiǎn),時(shí)刻威脅著人們的生命安全,為此提出基于地基側(cè)向變形預(yù)測(cè)模型的復(fù)合地基路基填筑對(duì)橋梁樁基的影響研究。

所謂地基側(cè)向變形預(yù)測(cè)模型,實(shí)際上是一種多方向測(cè)定的多維預(yù)測(cè)模型,在對(duì)建設(shè)結(jié)構(gòu)異常預(yù)測(cè)的過(guò)程中,能夠通過(guò)數(shù)值模擬、精準(zhǔn)測(cè)算出建筑結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)上的偏差,以此來(lái)定位異常結(jié)構(gòu)的具體位置,確保施工建設(shè)的工程質(zhì)量[4]。此外,在地基側(cè)向變形預(yù)測(cè)模型的輔助支持下,地形限制、下臥層地質(zhì)條件變化、橋梁樁基下沉等問(wèn)題也可以更好、更快地解決,采用比照的方式展開(kāi)分析,從多方面分析地基路基填筑對(duì)橋梁樁基所產(chǎn)生的影響,為后續(xù)橋梁道路的建設(shè)提供科學(xué)的參考依據(jù)。

1 試驗(yàn)準(zhǔn)備

此次主要是對(duì)地基側(cè)向變形預(yù)測(cè)模型下的復(fù)合地基路基填筑對(duì)橋梁樁基的影響進(jìn)行分析和研究。考慮到最終測(cè)試結(jié)果的真實(shí)性與穩(wěn)定性,采用對(duì)比的方式展開(kāi)分析,選定A橋梁道路工程作為實(shí)際的測(cè)定對(duì)象,設(shè)定對(duì)應(yīng)的輔助性測(cè)試結(jié)構(gòu),接下來(lái),綜合真實(shí)的測(cè)定需求及標(biāo)準(zhǔn),進(jìn)行試驗(yàn)材料的準(zhǔn)備以及試驗(yàn)環(huán)境的布置。首先,能應(yīng)用到的材料基本可以劃分為三類,分別是路基開(kāi)挖裝置、路基填方設(shè)備以及路面施工裝置等,主要包括:推土機(jī)、挖掘機(jī)、壓路機(jī)、裝載機(jī)、混凝土拌和站、混凝土運(yùn)輸車、翻斗車、振動(dòng)沖擊夯等[5]。應(yīng)用到的輔助性材料為水、電、砂、泥、模板、鋼筋以及配套排水設(shè)施等。

完成基礎(chǔ)材料的準(zhǔn)備之后,接下來(lái),進(jìn)行試驗(yàn)環(huán)境的布置[6]。進(jìn)行主體填筑結(jié)構(gòu)的設(shè)定。該項(xiàng)工程屬于復(fù)合性的承接建筑,橋梁道路位于十字交叉互通立交范圍之內(nèi),在建設(shè)的初期,為確保工程的進(jìn)度,路基坡腳線范圍中的地基采用水泥攪拌樁加固處理,雖然可以實(shí)現(xiàn)預(yù)期的加固效果,但是水泥攪拌樁的支撐性與荷載性是十分有限的,承載的能力并不強(qiáng),且使用壽命也十分有限,因此,在建設(shè)中期時(shí),橋梁道路的樁基出現(xiàn)沉降、塌陷等問(wèn)題,影響后續(xù)施工進(jìn)度[7]?？梢韵葘?duì)基礎(chǔ)性的結(jié)構(gòu)進(jìn)行加固,在水泥攪拌樁的附近增設(shè)輔助鋼柱,設(shè)定柱高8.5m,柱徑55cm,硬路肩寬和內(nèi)樁之間的距離為1.2m,鋼柱上碎石褥墊為45cm,樁基之間還需要設(shè)定摩擦樁作為搭接,形成基本的加固條件,具體如圖1所示。

圖1 路基基礎(chǔ)布置設(shè)定圖

根據(jù)圖1,完成對(duì)路基基礎(chǔ)布置設(shè)定。接下來(lái),綜合側(cè)向變形預(yù)測(cè)模型,進(jìn)行應(yīng)用數(shù)值的合理調(diào)整與更改,邊坡內(nèi)樁間距設(shè)定為2.5m,路基填8.5m左右即可,摩擦樁總量設(shè)定為12根。完成基礎(chǔ)設(shè)定與布置之后,進(jìn)行具體的試驗(yàn)測(cè)定與驗(yàn)證分析。

2 試驗(yàn)方法及過(guò)程設(shè)計(jì)

在上述搭建的測(cè)試環(huán)境中,綜合側(cè)向變形預(yù)測(cè)模型,進(jìn)行具體的驗(yàn)證和分析?？梢愿鶕?jù)實(shí)際的測(cè)定情況,對(duì)此時(shí)的路基填筑樁柱的實(shí)際偏移狀態(tài)進(jìn)行研究。受填土深度和范圍的雙重影響,承壓墩樁在外力的作用之下,會(huì)逐漸向主線路基的坡腳、匝道以及中央分隔帶進(jìn)行偏向移動(dòng),測(cè)算出范圍之內(nèi)的極限偏移距離,如式(1)所示:

(1)

式中:G表示極限偏移距離;k表示橫向偏移范圍;R表示總控受力區(qū)域;f表示坡腳覆蓋范圍;v表示攪拌樁數(shù)量;d表示增設(shè)數(shù)量。

根據(jù)上述測(cè)算,最終完成對(duì)極限偏移距離的測(cè)算。在該范圍的限制與約束之下,進(jìn)行水泥攪拌樁和承壓樁的同步搭接,進(jìn)一步強(qiáng)化路基的穩(wěn)定性和安全性。

對(duì)應(yīng)的偏移位置作出相應(yīng)的標(biāo)定。根據(jù)實(shí)際的墩柱偏移情況,劃定出5個(gè)測(cè)試點(diǎn)位和區(qū)域,并制定對(duì)應(yīng)的填筑比,如表1所示。

表1 墩柱偏移及填筑比設(shè)定表

根據(jù)表1,完成對(duì)墩柱偏移及填筑比的設(shè)定。接下來(lái),以此為基礎(chǔ),對(duì)填筑的面積以及總量進(jìn)行設(shè)定,同時(shí),測(cè)定出不同環(huán)境下橋梁樁基的受力承壓情況。綜合地基的固結(jié)沉降變形狀態(tài),針對(duì)各個(gè)標(biāo)定測(cè)試區(qū)域,融合線性變形分布理論,計(jì)算出單元變形量,如式(2)所示:

(2)

式中:T表示單元變形量;m表示定向承壓區(qū)域;n表示單向偏移距離;c表示堆疊距離;i表示變形次數(shù)。

綜合上述測(cè)算得出的路基單元變形量。綜合地基側(cè)向變形模型以及有限元分析技術(shù),研究標(biāo)定的復(fù)合路基填筑對(duì)橋梁樁基的影響。

首先,采用有限元軟件對(duì)路基和下臥層地勢(shì)進(jìn)行建模分析。獲取對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)以及信息。之后,對(duì)受力點(diǎn)位作出二次標(biāo)記,在完成填筑之后,對(duì)路基的內(nèi)置結(jié)構(gòu)形變情況研究,如圖2所示。

圖2 橋梁樁基水平形變情況分析圖

根據(jù)圖2,完成對(duì)橋梁樁基水平形變情況的分析和研究。綜合對(duì)應(yīng)的形變量,采用有限元分析,融合經(jīng)典Mohr-Coulomb理論構(gòu)建彈塑性模型,測(cè)算預(yù)估出此時(shí)路基的沉降狀態(tài),分析出復(fù)合地基路基填筑對(duì)橋墩樁基的影響。通過(guò)綜合地基側(cè)向變形模型,測(cè)定出不同環(huán)境下橋梁路基的沉降情況,并對(duì)變動(dòng)的物理指標(biāo)進(jìn)行測(cè)定采集。填筑復(fù)合地基會(huì)對(duì)橋梁樁基產(chǎn)生一定的力學(xué)負(fù)荷影響,主要表現(xiàn)為增加樁基的豎向承載力、側(cè)向剪切力和彎矩等力學(xué)負(fù)荷。這些影響因素需要在工程實(shí)踐中加以考慮,以確保橋梁基礎(chǔ)設(shè)施的安全性和可靠性。其中,泊松比是指在材料受到拉伸時(shí),由于材料體積不變,其橫向變形與縱向變形相對(duì)應(yīng)比值的物理量,即材料在受力時(shí),沿著受力方向的收縮量與垂直受力方向的膨脹量之比。具體測(cè)定分析結(jié)果如表2所示。

表2 物理指標(biāo)測(cè)定分析表

根據(jù)表2,完成對(duì)物理指標(biāo)的測(cè)定與分析。以此為基礎(chǔ),在不同水平位移量的背景下,利用地基側(cè)向變形預(yù)測(cè)模型再次進(jìn)行復(fù)合地基路基的模擬量填筑,填筑深度分別為5.5m、8.5m、10.5m、12.5m以及14.5m。測(cè)算出橋梁樁基的位移值,如式(3)所示:

(3)

式中:T表示橋梁樁基位移值;δ表示沉降系數(shù);R表示定向偏移距離;e表示預(yù)測(cè)次數(shù);l表示極限承載值;μ表示變形量。

根據(jù)上述測(cè)定,完成對(duì)橋梁樁基位移值的測(cè)算。在5.5m、8.5m、10.5m、12.5m以及14.5m的5種填筑深度環(huán)境下,最終通過(guò)地基側(cè)向變形預(yù)測(cè)模型及有限元分析測(cè)算得出的位移值分別為0.3m、0.5m、0.8m、1.1m以及1.3m。根據(jù)獲取的結(jié)果,進(jìn)行最終的分析研究。

3 試驗(yàn)結(jié)構(gòu)分析及討論

綜合上述測(cè)試和分析,根據(jù)獲取的數(shù)據(jù)及信息,對(duì)最終獲取的結(jié)果比照研究。利用地基側(cè)向變形預(yù)測(cè)模型和有限元分析,針對(duì)5.5m、8.5m、10.5m、12.5m以及14.5m不同復(fù)合地基路基填筑深度環(huán)境,最終得出的橋梁樁基的水平位移值也存在差異。具體如表3所示。

表3 測(cè)試結(jié)果對(duì)比分析表

根據(jù)表3,完成對(duì)測(cè)試結(jié)果的分析:針對(duì)5.5m、8.5m、10.5m、12.5m以及14.5m不同復(fù)合地基路基填筑深度環(huán)境,最終得出的橋梁樁基的水平位移值分別為0.3m、0.5m、0.8m、1.1m以及1.3m。這說(shuō)明在地基側(cè)向變形預(yù)測(cè)模型的輔助測(cè)定下,復(fù)合地基路基填筑會(huì)造成橋梁樁基的水平位移,填筑深度越大,水平位移值越大;反之,填筑深度越小,水平位移值越小,整體呈現(xiàn)出正向的變動(dòng)關(guān)系。

4 結(jié)語(yǔ)

文章針對(duì)基于地基側(cè)向變形預(yù)測(cè)模型的復(fù)合地基路基填筑對(duì)橋梁樁基的影響展開(kāi)研究。與普通的填筑形式不同的是,復(fù)合地基路基填筑的覆蓋范圍相對(duì)更大,再加上支撐結(jié)構(gòu)和輔助復(fù)合樁體的設(shè)定,進(jìn)一步增加了橋梁道路的承壓,橋梁樁基超負(fù)荷,容易導(dǎo)致塌陷、下沉甚至斷裂等問(wèn)題,埋下較大的安全隱患。綜合地基側(cè)向變形預(yù)測(cè)模型,測(cè)算預(yù)估出橋梁路基沉降與變形的具體數(shù)值、信息,針對(duì)性地加固,在填筑過(guò)程中確保下方橋梁路基的承壓在合理范圍之內(nèi),最大程度降低偏移、橋梁斷裂等問(wèn)題,營(yíng)造更為穩(wěn)定、安全的施工環(huán)境,確保工程順利完成。