邻近软基区堆载对桥梁桩基偏位的影响探讨

罗旭飞

摘要 某公路桥梁项目，桩基处于软土地基段，其邻近堆载将导致桥梁桩基出现侧向偏位，且桩身会产生附加弯矩，严重影响桥梁的安全性能。基于此，文章通过分析具体工程项目案例，运用有限元分析手段，根据现场实地测量桩基偏位结果，开展全面分析，得出以下结论：（1）桩基受单侧堆载影响，会出现侧向偏移及附加弯矩，情况加重时，桩顶区域会出现开裂破坏；（2）受到双侧堆载影响，其作用力对桩基的偏位有决定性作用；（3）双侧卸载不会明显影响到桩基偏位，但会对缓解桩身附加弯矩有较大作用。

关键词 软土地基；邻近堆载；桩基侧向偏位；有限元分析

中图分类号 TU472.33文献标识码 A文章编号 2096-8949（2023）09-0050-03

0 引言

位于软土地基中的桥梁，常由于施工期间堆载和路基填土等问题，导致桥梁地基土发生变形，桥梁由此会出现偏位，增加桥梁的危险性。该文将针对邻近堆载，引发桥梁桩基偏位的具体工程实例进行分析，从而对邻近堆载安全性进行有效管控，并有效消除桩身偏位及内力的消极影响。

1 工程概况

1.1 桥梁尺寸

该桥梁上部结构为连续箱梁，由九联预应力混凝土浇筑而成，其底部主要结构为两柱或一柱两桩+承台结构，钻孔灌注桩为基础，桩基直径为φ1 800 mm，桩长度在55～70 m之间，利用地基层花岗岩作为持力层，各桩之间的距离最小为4.8 m、最大为5.4 m，承台长度7.8 m、宽度为3.0 m、厚度为1.8 m，墩柱为椭圆形。

1.2 场地地质条件

图1显示此场地的土层分布情况，以及地层断面呈现的各项物力理学参数。淤泥层属于流塑状，质地不均匀，其中有部分腐殖物残骸，显水平层理，层间夹粉、细砂薄层，层厚为20～30 m；中砂层呈中密—密实状，淤泥质黏土层以透镜体形状分布在里面[1]。

1.3 桥梁桩基偏移状况

分析图1可知，桥梁建设竣工后，其中一侧共填土两次，土高为2～3 m。桥梁的LD10#墩柱北侧使用砂土堆积，高3 m，宽度约为30 m。在上述2次填土堆载及堆砂的共同作用下，桥梁桩基发生了偏位，并直接导致桥面伸缩缝处发生错位[2]。

53 mm、70 mm、75 mm、124 mm，LD9#～LD13#偏位量依次为63 mm、13 mm、8 mm、10 mm、5 mm，LD7#墩柱上发生的桩基偏位非常明显，偏位量等于124 mm。其中，LD5#、LD6#和LD9#墩柱也有比较明显的偏位，其偏位量依次是70 mm、75 mm、63 mm，其他墩柱的桩基偏位比较小，砂场侧的桩基偏位量最小。通过上述数据可知，桥梁受到堆载的影响，偏位比较明显，这就需要全面研究堆载所导致的桥梁桩基偏位[3]。

2 分析步骤

该文运用平面有限元分析方法，模拟分析工程状况，是为掌握桥梁桩基偏位受邻近堆载的具体影响。

（1）土体本构模型属于硬化土模型，其参数主要有主偏量加载刚度模量E50，卸载、再加载刚度模量Eur及侧限压缩刚度模量Eoed。

（2）结合软土地区施工积累的经验和试验数据，该文，土体通过15节点三角形单元实现模拟。

（3）开展施工状況计算：1）堆积土层初始地层应力，位移量为零；2）桥梁项目的桩基、承台、桥面分别搭建计算模型，并在上部施加荷载，将位移清零；3）实行第一次填土；4）实行第二次填土及填砂；5）将第二次的填土及填砂卸除；6）将第一次填土卸除。

（4）全面分析LD7#墩基和LD11#墩基，从而具体掌握堆载对桩基偏位产生的影响，具体原因为LD7#墩基会出现最大偏位，属于单侧堆载。相比之下，LD11#墩基发生的偏位非常小，属于双侧堆载[4]。

3 结果分析

3.1 LD7#墩基结果分析

3.1.1 单侧堆载工况

针对LD7#墩基实行两次填土，高度都是3 m，前一次的宽度为50 m左右，后一次的宽度为30 m左右。受填土堆载的影响，桩基、墩柱及箱梁都出现了水平偏移，如图2所示；具体的桩基的内力及变形如图3所示，其具体的内力及位移值如表2所示。

分析表2可知：①首次填土完成后，桩身在水平方向发生的位移最大为74.50 mm，在远离堆载侧的桩顶处的桩身出现的弯矩最为明显，约为2 872.8 kN·m；②第二次填土结束，桩基桩身在水平方向发生的位移最大为138.21 mm，在远离堆载侧的桩顶处的桩身出现的弯矩也最为明显，约为6 224.4 kN·m，桩身受填土堆载的影响，已达到其抗弯承载力[5]。所以，受填土影响，一方面墩基会出现明显的侧向位移，另一方面还会出现较大弯矩，桩身会受压出现开裂破坏[6]。

3.1.2 卸载工况

以下内容是具体分析卸土工况，将其比较实测数据，目的是对分析结果是否准确进行验证，相关内容如表3所示。

分析表3可知：①在填土层卸除之后，桩身偏位下降33.24 mm，其弯矩明显变小；②当最外层填土被卸除时，桩身偏位值为60.69 mm，对比前后，桩基偏位值下降77.52 mm。由此可知，桩基受到邻近填土的严重推挤，在其影响下，桩基出现明显偏移，并出现较大弯矩，严重影响桩基的安全性[7]。

3.2 LD11#墩基结果分析

3.2.1 双侧堆载工况

将填土堆积到LD11#墩基周边，土堆高约为2.8 m、宽约为50 m。将砂土堆积到墩基的另一侧，其高度为3 m左右，宽度为30 m左右。

只进行填筑填土时，LD11#墩基的内力及变形如图4所示，和LD7#桩大体一致。当填筑砂土后，桩基的偏位会有较大幅度的下降。此时，不论是填土侧还是堆砂侧，桩基变形曲线都会发生改变[8]。分析其原因，受砂土堆载影响，堆砂侧的桩基被挤压，变形曲线发生变化，如图5所示。

堆砂作用对桩基的偏位有明显的缓解效果，可是无法有效缓解桩身的附加弯矩，不但如此，还会稍微增加桩基的附加弯矩，桩身最大弯矩为4 107.6 kN·m，要小于桩身抗弯设计承载力。结合上述分析可以发现，在堆砂的作用下，桩基的偏位能得到有效缓解，当时并不一定会缓解桩基附加弯矩。

3.2.2 卸载工况

填土及砂土被同时卸载后，此时的桩身偏位值为25.36 mm，与填土及堆砂卸除前相比，桩基回位了1.47 mm。与此同时，填土和砂土堆载被卸除，桩基的附加弯矩也明显下降，这会较大程度地影响桩基的安全性[9]。卸除砂土后，图6表示墩基回位状况，其中粗线表示卸载阶段的墩基回位值。

通过分析图6可知：当填土及砂土被卸除时，墩基回位并不十分明显，这就接近于运用有限元分析方法的结果。结合上文的分析可知，同时对桩基实行堆载，桩身的侧向偏位量会有部分下降，可是这种双侧堆载会对桩身弯矩产生较大影响，需要高度重视这一点[10]。

4 结论

综上所述，该文依托工程实践，分析了邻近软基区堆载，对该桥梁桩基偏位的影响，并得出了以下主要结论：

（1）桩基受到单侧堆载的影响，会发生一定程度的侧向偏移，使桩基的形状呈S形变化；单侧堆载作用下，桩身产生附加弯矩，若堆填荷载不断增大时，桩顶区域受其影响，会出现开裂破坏。

（2）桩基受到双侧堆载的影响，哪一侧的堆载影响力弱，桩基将会向哪一侧偏移。在双侧堆载的作用下，桩基的偏位量会得到一定程度的纠正，加快实现桩基回位，但此时桩身会出现明显的附加弯矩，这一点必须高度重视。

（3）双侧卸载不会对桩基偏位产生明显影响，可对桩身附加弯矩有良好的缓解作用。

参考文献

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[2]侯兰新. 深厚软土地基堆载预压对邻近桥梁桩基影响分析[J]. 铁道建筑技术， 2022（6）： 140-144.

[3]吴兴正. 堆载预压下高速公路软土地基路堤形变量预测研究[J]. 建设科技， 2021（22）： 94-96.

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[8]张宇， 李同春， 齐慧君. 软土地基水闸底板有限元分析的桩基模拟方法[J]. 水利水电技术， 2020（6）： 65-71.

[9]梁兰. 基于软土地基上泵闸整体式底板的有限元分析[J]. 工程技术研究， 2019（10）： 98-100.

[10]陈秀娟. 公路桥梁施工中软土地基施工技術的应用分析[J]. 建筑技术开发， 2022（21）： 163-165.