新建道路下穿既有桥梁对桥墩和桩基影响的分析

赵 煜 星

(1.华南理工大学土木与交通学院，广东 广州 510641； 2.华南理工大学亚热带建筑科学国家重点实验室，广东 广州 510641)

0 引言

随着高速公路的大规模建设，城市规模不断扩大，高速公路分割作用日渐显著，越来越多的市政道路必须穿越已建成及在建的桥梁。正是由于大量下穿既有桥梁工程的施工，众多专家学者以有限元方法为基础，对新建道路对既有桥梁的影响进行了大量的研究工作，从变形和应力计算方法、施工中变形控制等角度出发，研究了既有桥梁施工变形控制和保护等相关问题，取得了一系列的成果[1-6]。

本文以新建道路穿越佛山高赞大桥为例，对新建道路的软基处理的施工过程对高赞大桥的桥墩和桩基的影响进行数值模拟计算。

1 工程概况

拟建道路位于顺德高新区，宽度40 m，双向六车道。该道路下穿高赞大桥，桥底净空16 m。

既有高赞大桥双向六车道设计，跨线段为简支桥，详见图1，表1。

桥下路基需要进行软基处理。对于高赞大桥底施工空间受限的路段采用高压旋喷桩处理。新建道路软基处理方案详见表1，图2。

表1 新建路下穿高赞大桥详细情况表

2 三维模型建立

2.1 土层参数

根据勘察报告，具体土层参数见表2。

表2 德富路下穿高赞大桥土层参数及本构关系

2.2 分析工况

表3 施工工况

本次分析主要分为10个工况，具体如表3所示。分析主要在高压旋喷桩施工对既有桥梁的影响，考虑的是高压旋喷桩施工引起的位移和应力。

2.3 有限元网格

整体有限元网格如图3所示。共有267 904个单元，46 672个节点。

3 软基处理过程的数值分析

袖阀管、高压旋喷桩施工过程造成桥梁产生位移和应力结果为：图4为纵桥向位移(T1)，图5为横桥向位移(T2)，图6为竖桥向位移(T3)，图7为竖桥向应力(S-ZZ)。结果云图中箭头所指为极值的位置及大小。

根据以上既有桥梁的位移云图，提取可得地基处理阶段对应于各方向最大位移、最大应力结果汇总表，如表4，表5所示。定义水平方向位移指向坐标轴正向为正，反之为负，竖向位移向下为负。应力方向受拉为正，受压为负。

表4 工况8桥梁结构位移计算结果汇总表

表5 工况4桥梁结构应力计算结果汇总表

4 结论和建议

对高压旋喷桩施工引起的既有桥梁变形特性进行了分析与评估，主要得到如下计算结果：

高压旋喷桩施工的过程中，由于搅拌作用，导致一定范围内土体弱化，引起邻近桥梁产生变形。在工况S8中，由于旋喷桩还未完全硬化，桥梁墩顶产生了-0.41 mm的纵桥向最大变形和0.071 mm横桥向最大变形；承台产生了-0.1 mm竖桥向的最大变形；桥桩产生了最大的竖桥向应力-0.457 N/mm2。

根据上述结论及相关工程经验，提出以下几点建议:

1)高压旋喷桩施工采用跳作法。控制同步注浆量和浆液质量，减少施工过程中的土体变形。

2)施工期间延长高压旋喷桩龄期。

3)建立监测预警系统，进行信息化管理。

4)建议新建道路下穿高赞大桥桥墩的位置增设防撞栏等防撞设施，防止新建道路交通事故导致高赞大桥桥墩受损。

参考文献:

[1] 杨红春.新建道路下穿高速铁路桥梁对高铁桥墩和桩基影响的分析[J].中国市政工程，2016(2)：7-9.

[2] 李智彦.钻孔灌注桩施工对邻近桥桩基影响的数值模拟[J].公路交通科技，2013(4)：70-75.

[3] 王 翠.深基坑开挖对邻近桥桩的影响机制及控制措施研究[J].岩石力学与工程学报,2010,29(S1):2994-3000.

[4] 李 悄，孙宗磊，张 军，等.软土地区新建道路下穿既有高速铁路影响分析及对策[J].高速铁路技术，2013(1):26-30.

[5] 高世强.高速铁路桥梁桥下新建公路工程的安全性分析[J].铁道标准设计,2015(4)：35-37.

[6] 王立志.新建高速铁路灌注桩施工对邻近既有线桥墩基础的影响研究[D].北京：北京交通大学,2015.