梁廣朋

【摘? ? 要】：針對軟土地質(zhì)導(dǎo)致路面施工對樁基產(chǎn)生的作用并非是以直接方式作用的特點(diǎn)，結(jié)合路面、土體、樁基結(jié)構(gòu)之間的關(guān)系，分析了施工對樁基的作用方式，結(jié)合三維彈塑性有限元分析方法計(jì)算路面土體的間隙參數(shù)值，充分考慮土體的折減作用，對樁基應(yīng)力進(jìn)行的計(jì)算分析。結(jié)果表明，設(shè)計(jì)方法可以實(shí)現(xiàn)對路面施工狀態(tài)下樁基應(yīng)力數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確分析，與實(shí)際檢測結(jié)果的誤差穩(wěn)定在2.50 kN以內(nèi)。

【關(guān)鍵詞】：軟土；路面；樁基；土體

【中圖分類號(hào)】：U443.15【文獻(xiàn)標(biāo)志碼】：C【文章編號(hào)】：1008-3197（2023）03-15-03

【DOI編碼】：10.3969/j.issn.1008-3197.2023.03.005

Research on the Influence of Pavement Construction under Bridge in Soft Soil Area on Pile Foundation

LIANG Guangpeng

（China Construction Second Engineering Bureau Co. Ltd.， Shanghai 200000， China）

【Abstract】：Based on the particularity of soft soil geology， the effect of pavement construction on the pile foundation is not directly affected，combined with the relationship between pavement， soil and pile foundation structure， the action mode of construction on the pile foundation is analyzed， and the gap parameter value of the pavement soil is calculated with the three-dimensional elastic-plastic finite element analysis method， and the reduction effect of the soil is fully considered. Realize the calculation and analysis of pile foundation stress. The results show that the design analysis method can realize the accurate analysis of the pile foundation stress data under the pavement construction state， and the error of the actual test results is stable within 2.50 kN.

【Key words】：soft soil area; pavement; pile foundation; soil mass

路面施工時(shí)，軟土區(qū)橋下的地層結(jié)構(gòu)與現(xiàn)有橋梁樁基是以共同作用體系形式存在的[1]，施工的目標(biāo)是實(shí)現(xiàn)軟土區(qū)地質(zhì)、樁基及施工建筑三者之間的穩(wěn)定，確保其處于一種相對平衡的狀態(tài)[2]；而實(shí)際施工對周圍地層產(chǎn)生擾動(dòng)是動(dòng)態(tài)的，無論影響強(qiáng)度還是影響形式，其作用產(chǎn)生的效果都會(huì)對原有的應(yīng)力平衡關(guān)系造成破壞[3]，環(huán)境的平衡狀態(tài)也發(fā)生變化。與其他類型的施工相比，軟土區(qū)橋下路面施工帶來的最直接影響就是地層結(jié)構(gòu)的變化[4]；因此可以認(rèn)為，路面施工對軟土區(qū)地層作用的影響是對橋梁樁基附近應(yīng)力作用的直觀體現(xiàn)，而在巖土體物理力學(xué)性質(zhì)的差異性作用下，樁基的應(yīng)力狀態(tài)也會(huì)發(fā)生對應(yīng)的變化[5]。

本文在分析土體及樁基之間相互作用的基礎(chǔ)上，對施工作用下樁基的應(yīng)力情況進(jìn)行分析，通過試驗(yàn)驗(yàn)證方法的準(zhǔn)確性。

1 土體與樁基間作用關(guān)系

路面施工過程中，路面、土體、樁基結(jié)構(gòu)是在同一個(gè)體系中共同存在的，三者之間的作用也是相互的[6]。見圖1。

路面施工對樁基的影響主要是通過3方面實(shí)現(xiàn)。

1）施工過程中樁基自身出現(xiàn)明顯下沉，同時(shí)這種下沉并未與樁基周圍土體沉降實(shí)現(xiàn)同步，導(dǎo)致樁身會(huì)受到來自周圍土體的摩阻作用，當(dāng)這種作用大于樁基強(qiáng)度系數(shù)或超過其應(yīng)力極限時(shí)，樁基在豎向方向上就會(huì)發(fā)生變形，此時(shí)樁基原本的應(yīng)力平衡遭到破壞，各位置應(yīng)力出現(xiàn)不均勻分布。

2）路面施工帶來的地層變形會(huì)在水平方向上改變樁側(cè)土體的分布，這種扭矩力作用于樁基，會(huì)使樁基產(chǎn)生變形。

3）當(dāng)路面施工位于樁基上方時(shí)，不會(huì)引起土體的沉降，但會(huì)大大增加樁基上部端點(diǎn)的承載力，導(dǎo)致樁基整體出現(xiàn)沉降情況。

可以看出，路面施工對樁基的影響主要是以周圍土體為中間載體間接實(shí)現(xiàn)的；而在軟土區(qū)，這種作用傳遞效果也會(huì)根據(jù)土體屬性的變化而發(fā)生一定程度的改變。因此，在對軟土區(qū)橋下路面施工對樁基的影響進(jìn)行分析時(shí)，需要充分考慮該部分因素。

2 路面施工對樁基的影響

2.1 施工環(huán)境基礎(chǔ)參數(shù)確定

路面施工的作用效果與土體的屬性參數(shù)直接相關(guān)，先分析計(jì)算軟土區(qū)的土質(zhì)間隙參數(shù)及施工狀態(tài)下樁基荷載。沉降主要是由施工產(chǎn)生的擾動(dòng)引起的，在此狀態(tài)下樁基的荷載是包含施工擾動(dòng)的廣義荷載，對應(yīng)的土體間隙參數(shù)也是相對于動(dòng)態(tài)的。為此，本文采用三維彈塑性有限元分析方法計(jì)算路面土體的間隙參數(shù)值。

[c=w（cp+d）]? （1）

式中：c為施工狀態(tài)下路面土體的間隙參數(shù)；cp為原有平衡狀態(tài)下土體的間隙參數(shù)；d為路面施工作用下土體徑向上產(chǎn)生的等效三維位移距離；w為施工作用系數(shù)。

式（1）中，cp的取值與土體的構(gòu)成直接相關(guān)。

[cp=γa+bk+lm] （2）

式中：[γ]為土體的飽和重度；a為土體盾殼的厚度；k為土體的彈性模量；b為泊松比；l為土體的初始孔隙比；m為土體的基礎(chǔ)重度。

式（1）可以表示為

[c=w（γa+bk+lm+d）] （3）

計(jì)算得到軟土區(qū)地質(zhì)在路面施工狀態(tài)下的基礎(chǔ)參數(shù)。

2.2 樁基在施工狀態(tài)下荷載

路面施工對土層原有的平衡狀態(tài)造成破壞導(dǎo)致地面出現(xiàn)沉降現(xiàn)象，此時(shí)樁基的應(yīng)力也會(huì)改變；實(shí)際工程中，充填穩(wěn)定土質(zhì)將沉降控制在一定范圍內(nèi)。考慮到充填土質(zhì)的差異會(huì)產(chǎn)生一定的折減，因此，按照表1的標(biāo)準(zhǔn)對不同土質(zhì)的折減效果進(jìn)行設(shè)置。

按照表1的標(biāo)準(zhǔn)，結(jié)合實(shí)際施工環(huán)境土質(zhì)，樁基在施工狀態(tài)下的荷載可以表示為

[F=r（G+cf）] （4）

式中：F為樁基在施工狀態(tài)下的荷載；r為地質(zhì)折減作用效果；G為重力荷載；f為施工作用強(qiáng)度。

需要注意的是，樁基應(yīng)力隨著施工推進(jìn)也會(huì)發(fā)生變化，無論是施工強(qiáng)度的改變還是施工的調(diào)整都會(huì)對f值產(chǎn)生相應(yīng)的影響；因此在實(shí)際的影響分析計(jì)算過程中，f取值具有較強(qiáng)的針對性，以具體的施工情況為基礎(chǔ)取值。

3 現(xiàn)場試驗(yàn)測試與分析

3.1 工程概況

施工區(qū)域位于某高架橋下方，樁基布置見圖2。

6個(gè)樁基均分布于承臺(tái)之下，直徑均為1.60 m，對應(yīng)的承臺(tái)大小為11.0 m×6.5 m×2.5 m。樁基鋼筋籠的主筋數(shù)量共計(jì)30根，為?30 mm鋼筋；周圍外圈的螺旋箍筋型號(hào)為?8 mm，排布間距為1.0 m；最外圈的加強(qiáng)箍筋型號(hào)為?22 mm的加強(qiáng)箍筋，排布間距為2.5 m。施工位置的土體參數(shù)見表2。

在各土層分界面處設(shè)置了鋼筋應(yīng)力傳感裝置，每個(gè)樁基對應(yīng)4個(gè)應(yīng)力傳感器，安裝位置位于樁基鋼筋籠的主筋結(jié)構(gòu)上。采用具有較高智能化程度的JMZX-428鋼筋應(yīng)力計(jì)采集樁基鋼筋應(yīng)力，采用具有較強(qiáng)綜合屬性的JMZX-3001測試儀采集樁基整體應(yīng)力。

3.2 測試結(jié)果

考慮到部分受施工因素的干擾是不可避免的，異常數(shù)據(jù)客觀存在；因此對數(shù)據(jù)進(jìn)行篩選，在刪除不可取數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上將同一截面樁基鋼應(yīng)力平均值作為判定標(biāo)準(zhǔn)。

分別統(tǒng)計(jì)了樁基在施工狀態(tài)下的應(yīng)力變化情況以及實(shí)際檢測到的數(shù)據(jù)。見表3。

4 結(jié)語

本文設(shè)計(jì)分析方法得出的樁基應(yīng)力結(jié)果與實(shí)際檢測結(jié)果之間的誤差始終穩(wěn)定在2.50 kN以內(nèi)，具有較高的準(zhǔn)確性，在對6個(gè)樁基的應(yīng)力分析中，最小誤差為5號(hào)樁基，誤差僅為0.91 kN。表明本文提出的分析方法可以達(dá)到準(zhǔn)確判定軟土環(huán)境下路面施工對樁基帶來的影響。

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