某橋梁基礎(chǔ)的咬合樁加固方案應(yīng)用效果分析

中圖分類號：U443.15 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A DOl：10.13282/j.cnki.wccst.2025.01.056

文章編號：1673-4874（2025）01-0192-03

0 引言

橋梁樁基礎(chǔ)的運(yùn)營環(huán)境復(fù)雜，長期受河水沖蝕作用，極易產(chǎn)生質(zhì)量病害，必須定期實(shí)施修復(fù)處理，以有效保障橋梁運(yùn)營安全。橋梁基礎(chǔ)病害治理時常采用咬合樁實(shí)施加固，其具有施工簡便、成本低、工期短等優(yōu)勢，可顯著增強(qiáng)橋梁基礎(chǔ)整體穩(wěn)定性，減小基礎(chǔ)沉降變形，且對橋梁結(jié)構(gòu)擾動較小，具有良好的綜合效益。為此，本文結(jié)合某橋梁基礎(chǔ)加固實(shí)例，系統(tǒng)分析了咬合樁加固技術(shù)及其應(yīng)用效果，以期能有效提升橋梁基礎(chǔ)加固水平，保證橋梁結(jié)構(gòu)使用安全。

1工程概況

某鋼筋混凝土拱橋的設(shè)計(jì)長度為645.5m，其中 墩位于河道內(nèi)，長期遭受河流沖蝕作用， 橋墩及底部樁基出現(xiàn)了嚴(yán)重沖蝕破壞，影響橋梁結(jié)構(gòu)整體使用安全，經(jīng)綜合研判，決定通過咬合樁方案對橋梁基礎(chǔ)實(shí)施維修加固2。勘查結(jié)果顯示， 墩周邊土質(zhì)以砂卵層及粉砂層為主，其分布深度分別為5.5m和5. 4m ，以粉砂層為持力層。根據(jù)該橋梁實(shí)際情況，咬合樁選用I類、Ⅱ類兩種類型，樁長為 12.0m ，樁徑為 1.0m ，咬合寬度為0.2m。咬合樁布設(shè)形式見圖1。

2有限元模型的建立

2.1 模型的建立

使用PLAXIS軟件構(gòu)建橋梁基礎(chǔ)及土體數(shù)值模型（見圖2），土體模型長 × 寬 × 高 。橋梁基礎(chǔ)采用實(shí)體單元進(jìn)行模擬，咬合樁采用板單元進(jìn)行模擬，樁長為 12.0m ，樁徑為 1.0m ，咬合寬度為 0.2m 。為方便求解，基于等剛度理論，可將咬合樁等效為厚度為0.89m的地連墻實(shí)施模擬計(jì)算。IⅡ類樁強(qiáng)度等級均為C30，橋梁墩臺、基礎(chǔ)強(qiáng)度等級均為 。

2.2 參數(shù)賦值

各土層結(jié)構(gòu)與混凝土材料相關(guān)性能指標(biāo)4如表1和表2所示。

2.3數(shù)值模分析

本研究的數(shù)值模擬主要包括6個階段，詳細(xì)模擬流程見圖3。第 階段表示咬合樁的施作過程，第6階段表示最不利條件模擬過程，即持力層頂部基礎(chǔ)呈脫空狀態(tài)[5]。

3咬合樁加固效果分析

3.1各施工階段樁體位移情況

為全面了解咬合樁施作階段樁體位移變化情況，通過數(shù)值模擬分析得到第 階段樁體位移曲線，見圖4。

由圖4可知：（1）咬合樁施作第3階段，無橫向力作用，此時樁體橫向變形幾乎為0；（2）咬合樁施作第4階段，樁體受到土體側(cè)壓力作用，其橫向變形由下而上逐漸增大，其中樁頂處橫向變形最大，其值為1.86mm；（3）咬合樁施作第5階段，樁體橫向位移變化曲線與第4階段大致相同；（4）咬合樁施作第6階段，即在最不利條件下，樁體橫向位移顯著增加，最大位移出現(xiàn)在樁頂位置，其值為7 。按照相關(guān)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)要求，樁頂最大允許變形為 10m m ，因此各施工階段樁體橫向位移均未超過標(biāo)準(zhǔn)容許值，完全滿足施工規(guī)范要求。

3.2咬合樁內(nèi)力分析

為探究咬合樁力學(xué)性能能否滿足實(shí)際施工需求，通過數(shù)值模型對樁體受力情況進(jìn)行模擬分析。為簡化計(jì)算，僅對第6階段最不利條件下樁體受力進(jìn)行計(jì)算分析，通過模擬計(jì)算得到第6階段樁體彎矩變化規(guī)律，見圖 。

由圖5可知：由樁體底部至頂部彎矩呈現(xiàn)先增后減的變化趨勢，其中彎矩最大處位于樁頂下方7.65m部位，其值為526.

按照現(xiàn)行《混凝土樁基設(shè)計(jì)規(guī)范》基本要求，環(huán)形截面混凝土樁承載力為：

該橋梁項(xiàng)目所用咬合樁IⅡ類樁鋼筋型號均為HRB400，通過數(shù)值計(jì)算獲得樁體彎矩容許值，見表3。

通過數(shù)值模擬計(jì)算，獲得樁基等效地連墻剪力容許值為560.8KN。根據(jù)相關(guān)計(jì)算理論，對樁體剪力標(biāo)準(zhǔn)值實(shí)施計(jì)算，獲得IⅡ類樁標(biāo)準(zhǔn)剪力值如下：

通過計(jì)算得到咬合樁剪力容許值，見表4。

由表3和表4可知：IⅡ類樁抗彎安全系數(shù)分別為2.5和2.60，抗剪安全系數(shù)分別為2.06和2.12，完全滿足安全系數(shù) =2.0 的標(biāo)準(zhǔn)要求，充分表明樁基具有優(yōu)良的抗彎、抗剪能力[9]。

3.3各階段橋梁基礎(chǔ)沉降變形情況

通過數(shù)值模擬分析，獲得樁基施作期間橋梁基礎(chǔ)沉降變形規(guī)律，見圖6。

由圖6可知：（1）咬合樁施作第3階段，橋梁基礎(chǔ)產(chǎn)生沉降較小，其沉降量僅為""；（2）咬合樁施作第4、第5階段，橋梁基礎(chǔ)產(chǎn)生沉降差別不大，其沉降量依次為7.02mm和7.03mm；（3）咬合樁施作第6階段，即在最不利條件下，橋梁基礎(chǔ)產(chǎn)生的沉降最大，其沉降量達(dá)"。由此可見，咬合樁施作階段，橋梁基礎(chǔ)產(chǎn)生的最大沉降為""，最不利條件下其沉降仍未超出 11.0m m ，整體沉降較小，表明咬合樁施作對現(xiàn)狀橋梁結(jié)構(gòu)干擾不大。

4結(jié)語

本文結(jié)合某鋼混拱橋樁基病害治理案例，通過有限元模型系統(tǒng)地分析了咬合樁加固方案的應(yīng)用效果，得出如下結(jié)論：

（1）咬合樁施作成型后，其橫向變形由下而上逐漸增大，其中，樁頂處橫向變形最大，其值為1. 86m m ；最不利條件下，樁體橫向位移顯著增加，樁頂最大位移為7.42mm，完全滿足施工規(guī)范要求。

（2）通過對咬合樁受力情況模擬分析可知，彎矩由樁體底部至頂部呈現(xiàn)先增后減的變化趨勢，其中彎矩最大處位于樁頂下方7.65m，其值為526.84kN·m。咬合樁抗彎及抗剪安全系數(shù)全部高于2.0，充分表明樁體抗彎及抗剪性能完全符合要求。

（3）咬合樁施作階段，橋梁基礎(chǔ)產(chǎn)生的最大沉降為 ，最不利條件下其沉降仍lt;11.0mm，整體沉降較小，表明咬合樁施作對現(xiàn)狀橋梁結(jié)構(gòu)干擾較小。

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