裙边加固对邻近基坑的既有桥梁结构保护效果研究

于 品

同济大学土木工程学院，上海 200092

0 前言

当基坑邻近有桥梁时，基坑土体开挖使得桥梁结构产生负面扰动，影响桥梁结构的正常运作。为保证基坑开挖过程中桥梁结构的安全，需采用相应的加固措施来降低基坑开挖对邻近桥梁的扰动。杨庆年［1］、木林隆［2］分别基于理论分析及数值模拟等方法分析讨论了基坑开挖对邻近桥桩变形的影响机理，章荣军［3］、丁勇春［4］分别验证了工程实例中降水方案优化、隔离桩、土体加固及基坑围护体系调整等加固措施的位移控制效果。

上述研究成果主要集中在基坑对邻近桥桩影响机理及具体工程案例中加固措施对桥桩加固效果的讨论分析，针对裙边加固加固区域变化对其加固效应影响的研究较少。本文针对裙边加固在邻近基坑开挖桥梁保护的应用做三维数值模拟，研究裙边加固加固区域变化对邻近桥梁结构加固效果的影响。

1 三维数值模型

1.1 模型建立

利用PLAXIS 3D 对邻近桥梁结构的基坑开挖问题进行建模分析，模型示意图如图1。

基坑的平面尺寸为40m ×40 m，开挖深度为11 m，围护结构采用0.8 m 厚长24 m 的地连墙。基坑内支撑采用两层800mm ×800 mm 的钢筋混凝土支撑，分别位于距离地表2 m 及7 m 处。邻近桥梁结构与基坑间距10 m，承台尺寸为4 m×2.5 m×3 m，桥梁桩基为直径500 mm、桩长为30 m的圆桩。在邻近桥梁结构的地连墙一侧设置坑底裙边加固，加固宽度和加固深度均为6 m，加固体顶部位于基坑坑底。为消除边界条件对计算结果的影响，模型边界与围护结构间距均大于4 倍开挖深度，桥梁桩基与模型边界距离约为一倍桩基长度。

图1 三维数值计算模型示意

1.2 参数选取

考虑到土体的小应变特性，土体本构选用HSS 模型，具体参数如表1 所示。地连墙、支撑及桥梁承台分别采用板单元、梁单元及实体单元模拟弹性模量取3.0×107kPa，重度取25 kN/m3，泊松比为0.2。桥桩采用嵌入式梁单元模拟（弹性模量取3.0×107 kPa，重度取25 kN/m3，泊松比为0.2）。考虑到上部桥梁结构的荷载，在承台表面设置300 kPa 的均布面荷载。裙边加固加固体弹性模量为200000 kPa，泊松比为0.35，黏聚力和内摩擦角分别为100 kPa 及25°。

表1 土体参数表

2 计算结果分析

2.1 裙边加固加固深度的影响

为研究裙边加固加固深度对其加固效果的影响规律，分别改变裙边加固的加固深度为2 m、4 m、6 m、8 m、10 m、12 m，桥梁承台变形及桥桩侧移如图2 及图3 所示。当加固深度从0m 增加至6m 时，承台变形及桩基侧移的减小幅度较为明显，加固深度的增加对于裙边加固效果的改善有明显促进作用。当加固深度增加至6 m 时，承台侧移及沉降变形分别减少52.25%及45.08%，桥桩侧移减少27.62%。加固深度继续增加，承台变形及桥桩侧移的减小幅度则没那么明显，可见坑底裙边加固对于承台的保护存在临界深度（6 m，约0.55 倍基坑开挖深度），当加固深度大于临界深度时，加固深度增加对于加固效果改善不显著。

图2 裙边加固加固深度对桥梁承台变形的影响

2.2 裙边加固加固宽度的影响

为考虑裙边加固加固深度对其加固效果的影响规律，分别改变裙边加固的加固深度为2 m、4 m、6 m、8 m、10 m，对应的桥梁承台变形及桥桩侧移如图4 及图5 所示。

图3 裙边加固加固深度对桥桩侧移的影响

图4 裙边加固加固宽度对桥梁承台变形的影响

图5 裙边加固加固宽度对桥桩侧移的影响

随着加固宽度的增加，桥梁承台变形及桥桩侧移均有减弱趋势，但其变化幅度逐渐减小。当加固宽度由8 m 增加至10 m时，承台侧移及沉降变形的控制幅度分别增加了0.226 mm 及0.188 mm，桥桩最大侧移减少了0.146 mm，加固效果增强已不太明显。可见坑底裙边加固对桥梁桩基的保护效果临界宽度为8 m（约0.75 倍基坑开挖深度）。

3 结论

裙边加固可以增强坑底土体的抵抗变形能力，对邻近桥梁有加固作用。整体随着加固宽度、加固深度的增加，裙边加固对邻近桥梁的加固效果逐渐增强。加固效果改善存在临界值，加固宽度与加固深度临界值分别为0.75 h 及0.55 h（h 为基坑开挖深度）。加固宽度及加固深度继续增加对于裙边加固的加固效果增强则不太明显。