橋下堆載對既有橋樁基受力影響及策略研究

摘要 高填方堆載對既有橋梁樁基影響較大，不合理的堆載可能誘發(fā)橋梁產(chǎn)生側(cè)向偏位，對既有橋梁的安全運營帶來不利影響。文章以某臨近既有橋梁的高填方堆載為例，根據(jù)場地地質(zhì)情況，采用有限元軟件分析了不同地質(zhì)情況下的堆載對既有橋梁的影響。結(jié)果表明，填方堆載距離橋梁越近，產(chǎn)生的位移增量越大；在同等距離條件下，下部地層為土質(zhì)時，產(chǎn)生的位移增量更大。針對有限元分析結(jié)果，提出了分區(qū)填方的理念，后期監(jiān)測的結(jié)果與有限元分析結(jié)果基本一致，項目的實施確保了既有橋梁安全，可為類似項目提供借鑒。

關(guān)鍵詞 非對稱堆載；橋梁樁基；數(shù)值模擬；橋梁位移

中圖分類號 U213 文獻(xiàn)標(biāo)識碼 A 文章編號 2096-8949（2025）02-0096-03

0 引言

隨著城市邊界的不斷外拓，為便于地塊綜合利用，通常需對地塊進(jìn)行場地平整，在此過程中通常會遇到臨近既有橋梁的堆載。橋梁在非對稱堆載作用下易引起樁基出現(xiàn)側(cè)向位移[1]，若工程建設(shè)區(qū)域存在軟土地基，橋梁樁基會因軟土地基的不均勻沉降而產(chǎn)生偏位[2-3]，導(dǎo)致樁身內(nèi)力分布改變，影響橋梁結(jié)構(gòu)安全。大面積堆載會使原狀土發(fā)生新的固結(jié)沉降，導(dǎo)致樁身產(chǎn)生負(fù)摩阻力，降低橋梁的安全系數(shù)，使橋梁出現(xiàn)開裂破壞。該文以某臨近既有橋梁的不對稱堆載為研究背景，采用數(shù)值模擬方法，模擬堆載距離、地質(zhì)情況等控制條件下，新近堆載對既有橋梁的位移影響，最后提出了分區(qū)填方堆載的理念，確保了既有橋梁的運營安全。

1 工程概況

研究區(qū)既有橋梁結(jié)構(gòu)為3×40 m連續(xù)箱梁，下部結(jié)構(gòu)采用承臺樁基礎(chǔ)，單個承臺下設(shè)6根樁，樁基直徑為1.8 m，承臺厚3 m，墩柱最大高度為30 m，樁長30～40 m之間，樁基均按嵌巖樁設(shè)計，持力層為中風(fēng)化砂巖及泥巖。根據(jù)既有橋梁周邊場地的平整要求，需根據(jù)周邊路網(wǎng)規(guī)劃高程對既有橋梁右側(cè)進(jìn)行填方，填方最高約11 m，非對稱堆載較為不利。場地填方區(qū)與既有橋梁之間的典型剖面如圖1～2所示，其中圖1中的基巖埋深較淺，而圖2中的基巖埋深較大。

2 場地地質(zhì)條件

根據(jù)地質(zhì)鉆孔揭露，研究區(qū)原始地形為構(gòu)造剝蝕丘陵地貌，坡度5°～40°，在修建既有橋梁時已對該場地進(jìn)行填平，現(xiàn)狀地形坡度除場地邊界區(qū)域外，場地內(nèi)部坡度均小于10°。場地下伏基巖為侏羅系中統(tǒng)新田溝組砂質(zhì)泥巖及砂巖。場地內(nèi)地下水主要匯聚在原始地形的溝心地帶，水位埋深基本位于巖土分界線附近，水量不大。場地巖土層物理力學(xué)參數(shù)見表1所示：

3 分析模型

3.1 模型建立及計算工況

此次分析選取場地內(nèi)兩種不同的地質(zhì)典型斷面，詳見圖1～2所示，后續(xù)按照1號與2號剖面進(jìn)行命名。場地內(nèi)新近堆載邊坡的填方最高約11 m，模型中土體采用平面應(yīng)變單元，模型邊界考慮橋梁邊線以外60 m，分析橋梁周邊不對稱堆載對既有橋梁的不利影響。模型邊界條件采用側(cè)向約束及底板豎向約束、地面自由[4]，網(wǎng)格尺寸為1 m，計算工況分為4步，包括初始應(yīng)力形成、既有橋梁修建、位移清零、此次新近堆載。

3.2 1號典型剖面分析

1號典型剖面處的基巖埋深較淺，新近堆載的填方邊坡坡腳位于既有橋梁邊線20 m處。由分析得到的單側(cè)堆載后地層位移云圖（如圖3～4所示）可知，基巖埋深較淺時，堆載區(qū)應(yīng)力傳遞至下部基巖后基本消散，新近堆載產(chǎn)生的效應(yīng)傳遞至既有橋梁橋墩有限。由圖3可知，堆載后地層的最大水平位移為向左23 mm，位于新近堆載填方邊坡的坡腳；既有橋梁最大水平位移位于墩頂，墩頂水平位移為向左0.2 mm。由圖4可知，堆載后地層產(chǎn)生的最大豎向位移為63 mm，位于新近堆載的填方邊坡場地中部區(qū)域，分析其豎向變形主要由新近堆載產(chǎn)生的附加荷載引起，既有橋梁墩頂產(chǎn)生的豎向位移為向下0.1 mm。由此可知，基巖埋深較淺時，新近堆載對既有橋梁的影響較為有限。

3.3 2號典型剖面分析

（1）堆載距離既有橋梁邊線20 m

2號典型剖面處基巖埋深較大，新近堆載的填方邊坡坡腳位于既有橋梁邊線20 m處。由分析得到的單側(cè)堆載后地層位移云圖（如圖5～6所示）可知，堆載區(qū)的應(yīng)力傳遞范圍較大，新增位移云圖變形已擴散至既有橋梁的樁基范圍，新近堆載對既有橋梁樁基的影響較大。由圖5可知，堆載后地層的最大水平位移為向左68 mm，位于新近堆載填方的邊坡坡腳；既有橋梁的最大水平位移位于墩頂，墩頂水平位移為向左4.5 mm，橋梁樁基水平位移為向左3.6 mm。由圖6可知，堆載后地層的最大豎向位移為180 mm，位于新近堆載的填方邊坡坡頂區(qū)域，其豎向變形主要由新近堆載產(chǎn)生的附加荷載引起。由于堆載下方土層較厚，在堆載的附加荷載影響下，土層產(chǎn)生明顯的向下豎向位移，導(dǎo)致既有橋梁墩頂豎向向下位移0.3 mm。綜上，基巖埋深較大時，土層在新近堆載影響下產(chǎn)生的豎向變形較大，巖層相對較小。

（2）堆載距離既有橋梁邊線30 m為減小對既有橋梁的影響，擬將新近堆載的填方邊坡坡腳移動至既有橋梁邊線30 m處。由分析得到的單側(cè)堆載后地層位移云圖（如圖7～8所示）可知，新近堆載邊界線遠(yuǎn)離既有橋梁后，地層產(chǎn)生的位移增量明顯減小。由圖7可知，堆載后地層的最大水平位移為向左55 mm，位于新近堆載的填方邊坡坡腳，既有橋梁的最大水平位移位于墩頂，墩頂水平位移為向左1.9 mm，橋梁樁基水平位移為向左1.3 mm。由圖8可看出，堆載后地層的最大豎向位移為98 mm，位于新近堆載的填方邊坡坡頂區(qū)域，此范圍填土較厚，下部土層在新近堆載的附加荷載影響下，產(chǎn)生向下的明顯豎向位移，既有橋梁墩頂豎向位移為向下0.1 mm。由此可知，當(dāng)新近堆載遠(yuǎn)離既有橋梁時，既有橋梁增量位移明顯變小。

3.4 場地堆載方案設(shè)計

根據(jù)分析結(jié)果可知，填方堆載距離、地質(zhì)情況均對既有橋梁樁基變形產(chǎn)生影響，其中地質(zhì)情況對既有橋梁的影響較為明顯，故地塊填方堆載應(yīng)采用分區(qū)設(shè)計。針對地質(zhì)情況較厚的土層段，新近堆載的填方邊坡線與既有橋梁邊線的水平距離按照30 m控制；針對基巖埋深較淺段，水平距離按照20 m控制。填方堆載建議采用豎向?qū)ΨQ的分層填筑，分層厚度不大于1 m，避免對既有橋梁縱向造成新偏壓，同時在分層壓實過程中應(yīng)采用振動較小的機械設(shè)備。后期地塊開發(fā)時，在場地未填方區(qū)域采用架空層結(jié)構(gòu)進(jìn)行修建，建筑結(jié)構(gòu)采用樁基礎(chǔ)，減小再次堆載對既有橋梁的影響。

4 現(xiàn)場監(jiān)測

為控制新近堆載對既有橋梁的影響程度，研究區(qū)在堆載過程中采用全過程監(jiān)測[5]。通過在既有橋梁墩身及墩頂位置布置監(jiān)測點，通過前后兩次監(jiān)測數(shù)據(jù)的矢量差對比，得到監(jiān)測點的新增位移。根據(jù)現(xiàn)場監(jiān)測結(jié)果，場地分層填筑完成后，1號剖面墩頂?shù)乃轿灰茷橄蜃?.15 mm，未見明顯豎向位移，1號剖面處監(jiān)測數(shù)據(jù)與有限元分析結(jié)果基本吻合。2號剖面填方堆載完成后，既有橋梁墩頂?shù)乃轿灰茷橄蜃?.86 mm，墩底的水平位移為向左1.27 mm，監(jiān)測數(shù)據(jù)與分析結(jié)果基本接近。

堆載完成后，對既有橋梁樁基及地表進(jìn)行了完好性檢查，既有橋梁與周邊地表之間未出現(xiàn)明顯的開裂跡象，說明新近堆載對既有橋梁影響較小。新近堆載邊界處邊坡坡腳區(qū)域地表出現(xiàn)一定的擠壓變形，根據(jù)監(jiān)測點位移顯示，2號剖面堆載邊界處的邊坡坡腳水平位移為40.3 mm，與分析得到的42.6 mm基本接近。這表明研究區(qū)的填土堆載對既有橋梁的影響較小，但堆載完成后的附近地表產(chǎn)生了一定的橫向位移，進(jìn)一步驗證了數(shù)值模擬結(jié)果的合理性。

5 結(jié)論

該文基于數(shù)值模擬，結(jié)合現(xiàn)場實測，分析了不同方案的新增不對稱堆載對既有橋梁的位移變化規(guī)律。得到如下結(jié)論：

（1）在堆載填土自重影響下，土層厚度大時，土體產(chǎn)生的豎向變形較大，不對稱堆載對既有橋梁產(chǎn)生橫向位移且最大橫向位移位于墩頂。

（2）堆載應(yīng)盡量按照場地地質(zhì)條件，當(dāng)?shù)刭|(zhì)情況較好時，可適當(dāng)減小堆載與既有橋梁之間的水平距離；當(dāng)?shù)貙又型翆虞^厚時，應(yīng)適當(dāng)加大堆載與既有橋梁之間的水平距離，減小堆載對橋梁的影響。

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