某道路外侧堆土对高架桥桩的影响

林 刚 赵 毅 郭帅帅 黄坤雄

(浙江省地矿勘察院，浙江 杭州 310000)



某道路外侧堆土对高架桥桩的影响

林 刚 赵 毅 郭帅帅 黄坤雄

(浙江省地矿勘察院，浙江 杭州 310000)

结合具体工程实例，在国内外学者的研究成果上，通过Plaxis有限元数值模拟分析了人工堆载对桥桩的影响，得出了人工堆土对邻近桥桩的内力与位移变化规律，得到的结论与前期监测数据相吻合，对今后施工具有一定的指导意义。

堆土，桥桩，位移，桩基

0 引言

随着我国经济和城市化进程的加快，由于土地规划和道路绿化等原因，在建筑物或道路桥梁附近人工堆土成为一种常见现象。在我国东南软土地区，道路桥梁一般采用桩基础，但其抗侧移刚度较差，临近的人工堆土会增加桩基的侧向变形并产生附加弯矩[1]。因此，这种堆载对桥梁桩基的不利影响应引起技术人员的高度重视。

关于桥梁周边堆土对桩基的影响，国内外学者通过现场试验或室内试验等[2-4]进行过较多研究，普遍得到相一致的结论，即在桩基侧面进行不均匀堆载会使软土地基产生侧向变形，进而导致桩基偏位，对整体结构产生较大影响[5]。由此可见，当预期堆载过大时分析判断堆载对桩基的影响对工程设计及施工都显得尤为必要。

本文结合具体工程案例，利用有限元方法对堆土稳定性进行评估，并进一步结合已有的桥墩变形数据，通过PLAXIS软件模拟桥墩基础侧方土方堆载，分析临近堆载对桥桩的影响，以判断道路外侧堆土对高架桥桩是否产生安全影响。

1 工程概况

1.1 工程简介

某机场路因绿化需要，在地面道路北侧部分地段(K0+895.50 km～K2+664.50 km，七甲闸河与金鸡路间)进行了人工堆土绿化，根据设计要求，最大堆土高度为9 m，现堆土已基本完成，实际堆土最大高度8 m，堆土边缘离机场路高架桥墩最近距离约30 m。

1.2 工程地质和水文地质条件

根据工程地质勘察报告，该工作区位于冲海积平原，地势低平。地表为层厚不等的填土；浅部地层为冲海积相、冲积相，灰色、灰黄色粉土、粉砂，稍密～中密，厚约9.2 m～18.3 m；中部为海积流塑淤泥质土，厚度约4.8 m～16.3 m，具层理，夹薄层粉土、粉细砂；其下为灰绿色、灰黄色冲湖积相，可塑～硬塑粉质粘土，厚度1.8 m～9.6 m；中下部为冲积粉细砂、圆砾、卵石等，灰色、灰黄色，中密～密实状，厚度较大，厚度约19.5 m～35.4 m；底部为白垩系砂砾岩，局部差异风化明显，中风化层夹强风化碎块状，偶夹粉砂岩。评价区典型工程地质剖面图如图1所示。

工作区地下水主要为松散岩类孔隙水和红层裂隙孔隙水两类。根据松散岩类地下水赋存条件分析，工作区内主要为松散岩类孔隙潜水、孔隙承压水，孔隙潜水主要分布于浅层粉土、粉砂层，其透水性稍好，受地层中上部的海积相淤泥质粘性土、粉质粘土的阻断，该层孔隙潜水无承压性，与地表水体联系紧密，受大气降水和洪水期补给，也与地表径流互相侧向补给，径流缓慢。孔隙承压水分布在砂砾石层中，透水性好，承压水地下径流缓慢，侧向和垂向补给均有限，一般以人工深井开采为主要排泄途径。红层裂隙孔隙水主要赋存于白垩系的砂砾岩、粉砂岩、泥质粉砂岩等岩体中，埋藏于平原深部，主要充填于风化裂隙以及半胶结～微胶结的粉砂岩、砂砾岩裂隙孔隙中，水量贫乏，分布不均匀，单井涌水量8 t/d～65 t/d，水位埋深一般0.5 m～3.13 m。

1.3 堆土基本特征

该堆土主要用于路边绿化，根据设计要求，最大堆土高度为9 m，堆土底宽一般85 m～95 m间，实际堆土最大高度约8 m，堆土边缘离机场路高架桥墩最近距离约30 m，堆土堆载坡度一般不大于15°，堆土上有3 m宽的人行道路(园路)设置。部分堆土现状如图2所示，堆土的典型剖面如图3所示。

2 堆土稳定性分析

2.1 分析方法

目前，堆土周边已建成的构筑物主要为道路，包含机场路、博奥路、金鸡路等，除机场路为高架桥路外均为地面道路，堆土对地面道路影响较小，因此，本处主要分析堆土对机场高架桥的影响。采用有限元进行分析，所用软件为Plaxis岩土工程有限元分析软件。

2.2 模型及参数选取

本工程土体材料与桩土界面采用的是土体硬化模型(HS模型)，不同于理想弹塑性模型，该模型的屈服面在主应力空间中不是固定的，而是随着塑性应变的发生而扩张。HS模型是一个可以模拟包括软土和硬土在内的不同类型土体行为的先进模型，模拟结果与实际情况吻合较好，并且应用广泛。

HS模型的计算参数主要根据岩土工程勘察报告取用，部分参数通过地勘报告结合理论、经验及软件说明中的公式进行推导反演分析获得，详见表1。除此之外，土体HS模型相关参数还包括：Eoed=0.9ES～1.0ES；E50=2Eoed(淤泥质土)，E50=Eoed(粉砂土)；Eur=3E50。材料参数取值详见表2。

表1 土体参数表

表2 材料计算取值参数

根据表1，将邻近相似土层进行了合并，简化后将模型土层分7层。土体材料与桩土界面采用土体硬化模型，桩土单元均采用高精度的15节点三角形等参单元，桩土界面采用Goodman单元。对高架桥桩基，考虑到其为混凝土结构，弹性模量大，受力后主要表现为弹性变形，因此选用弹性模型进行模拟。

2.3 有限元模型

根据堆土分布特征，本次计算选取了K1+431.5，K1+814.5和K2+94.5处的桥墩作为计算对象(分别对应1—1′剖面、2—2′剖面、3—3′剖面)，分别进行数值模拟，分析周边堆土对桥桩基础变形和内力的影响。

以1—1′剖面为例，建立的有限元计算模型如图4所示，网络划分图如图5所示。模型计算长度水平方向取170 m，竖直方向自地表向下取80 m。模型两侧水平约束(水平方向固定，竖直方向自由)，底边竖向及水平约束(水平、竖直方向固定)。

模型分析步骤为:1)初始应力场生成；2)激活承台、桥桩结构和承台顶部荷载；3)位移清零；4)激活外侧堆土和临近荷载。经计算，外侧堆土和临近荷载激活工况下的位移云图、桥桩位移和桥桩弯矩图分别如图6，图7和图8所示。图7中A桩、B桩、C桩分别为1—1′剖面下从左往右三根桥桩。

2.4 数值模拟结果

根据1—1′剖面、2—2′剖面、3—3′剖面的计算结果，桥桩的最大变形、弯矩、剪力如表3所示。可见，桥桩最大的桩身弯矩和最大桩身剪力均出现在1—1′剖面，最大桩身弯矩为263.6 kN·m，最大桩身剪力-214.8 kN。桥桩最大水平位移出现在桩顶以下5 m～10 m范围，弯矩较大位置基本出现在桩顶至桩顶以下10 m范围。距离侧方堆土最近的桩水平位移相对较大，距离堆土较远的桩水平位移相对较小。对于同一个剖面，A桩和C桩的桩身弯矩和剪力相对较大，中间位置的B桩桩身弯矩和剪力相对较小。

表3 数值计算结果

剖面号最大水平位移/mm最大桩身弯矩/kN·m最大桩身剪力/kN1—1'3.49263.6-214.82—2'2.83189.7-147.33—3'2.95209.296.0

3 结语

在软土地区，人工堆土对高架桥桩基影响的有限元数值模拟表明：

1)距离侧方堆土最近的桩水平位移相对较大，距离堆土较远的桩水平位移相对较小。2)对于同一个剖面，两边位置的桩的桩身弯矩和剪力相对较大，中间位置的桩身弯矩和剪力相对较小。3)工作区堆土产生的弯矩和剪力对高架桩基础的影响相对较小，处于可控状态。4)结合实际检测数据，堆土附近的机场路桥墩未出现明显的位移，桥梁的安全未受到影响，这与数值模拟的结果基本吻合。

[1] 李志伟,杨建学,俞 伟,等.软土地基堆载对桥梁桩基影响及保护分析[J].工程建设与设计,2016(7):81-85.

[2] 聂如松,冷伍明,律文田.软基台后路基填土对桥台桩基侧向影响的试验研究[J].岩土工程学报,2005,27(12):1487-1490.

[3] 李仁平,陈云敏,陈仁朋.软基中桥头路基对邻近桩基的影响分析[J].中国公路学报,2001,14(3):73-77.

[4] 蔡国军,刘松玉.软基上桥头路基填筑对桥台桩的影响研究综述[J].岩土力学与工程学报,2004,23(12):1487-1490.

[5] 谢洪涛,杨春和.软基侧向变形对邻近桥台及桩基的影响和防治[J].岩土力学,2002,23(6):742-746.

The analysis of soil stability on the lateral surface of a road and its effect on the overhead bridge pile

Lin Gang Zhao Yi Guo Shuaishuai Huang Kunxiong

(ZhejiangGeologyandMineralResourcesExplorationInsitute,Hangzhou310000,China)

In this paper, combined with specific engineering example, the research results of scholars at home and abroad, through the Plaxis finite element numerical simulation analysis of the effect of artificial heap load on the bridge pile, the artificial pile soil is obtained the change law of internal force and displacement of adjacent bridge pile. The conclusion is consistent with the previous monitoring data, and has some guiding significance for future construction.

pile soil, bridge pile, displacement, pile foundation

1009-6825(2017)15-0070-03

2017-03-06

林 刚(1985- )，男，工程师

U448

A