迟 劼

(辽宁省公路勘测设计公司 沈阳市 110006)

0 引言

近年来,随着城市化进程的加快,城市桥梁道路的修筑与维护工程增多,再加上城区高、快速道路较狭窄,导致空间越来越拥挤,给城市交通造成更大的压力[1]。道路施工建设中最难处理控制的便是基路基填筑对桥梁桩基损伤[2]。通常情况下,为确保工程进度,大多数的施工人员会采用单向填筑的形式施工,在完成建设工作的同时,可以保持桥梁道路的稳定、安全[3]。但是这种形式一定程度上也会造成其他桥梁区段的外界压力增加,超负荷路段常常会出现塌陷、下沉甚至断裂等危险,时刻威胁着人们的生命安全,为此提出基于地基侧向变形预测模型的复合地基路基填筑对桥梁桩基的影响研究。

所谓地基侧向变形预测模型,实际上是一种多方向测定的多维预测模型,在对建设结构异常预测的过程中,能够通过数值模拟、精准测算出建筑结构数据上的偏差,以此来定位异常结构的具体位置,确保施工建设的工程质量[4]。此外,在地基侧向变形预测模型的辅助支持下,地形限制、下卧层地质条件变化、桥梁桩基下沉等问题也可以更好、更快地解决,采用比照的方式展开分析,从多方面分析地基路基填筑对桥梁桩基所产生的影响,为后续桥梁道路的建设提供科学的参考依据。

1 试验准备

此次主要是对地基侧向变形预测模型下的复合地基路基填筑对桥梁桩基的影响进行分析和研究。考虑到最终测试结果的真实性与稳定性,采用对比的方式展开分析,选定A桥梁道路工程作为实际的测定对象,设定对应的辅助性测试结构,接下来,综合真实的测定需求及标准,进行试验材料的准备以及试验环境的布置。首先,能应用到的材料基本可以划分为三类,分别是路基开挖装置、路基填方设备以及路面施工装置等,主要包括:推土机、挖掘机、压路机、装载机、混凝土拌和站、混凝土运输车、翻斗车、振动冲击夯等[5]。应用到的辅助性材料为水、电、砂、泥、模板、钢筋以及配套排水设施等。

完成基础材料的准备之后,接下来,进行试验环境的布置[6]。进行主体填筑结构的设定。该项工程属于复合性的承接建筑,桥梁道路位于十字交叉互通立交范围之内,在建设的初期,为确保工程的进度,路基坡脚线范围中的地基采用水泥搅拌桩加固处理,虽然可以实现预期的加固效果,但是水泥搅拌桩的支撑性与荷载性是十分有限的,承载的能力并不强,且使用寿命也十分有限,因此,在建设中期时,桥梁道路的桩基出现沉降、塌陷等问题,影响后续施工进度[7]。可以先对基础性的结构进行加固,在水泥搅拌桩的附近增设辅助钢柱,设定柱高8.5m,柱径55cm,硬路肩宽和内桩之间的距离为1.2m,钢柱上碎石褥垫为45cm,桩基之间还需要设定摩擦桩作为搭接,形成基本的加固条件,具体如图1所示。

图1 路基基础布置设定图

根据图1,完成对路基基础布置设定。接下来,综合侧向变形预测模型,进行应用数值的合理调整与更改,边坡内桩间距设定为2.5m,路基填8.5m左右即可,摩擦桩总量设定为12根。完成基础设定与布置之后,进行具体的试验测定与验证分析。

2 试验方法及过程设计

在上述搭建的测试环境中,综合侧向变形预测模型,进行具体的验证和分析。可以根据实际的测定情况,对此时的路基填筑桩柱的实际偏移状态进行研究。受填土深度和范围的双重影响,承压墩桩在外力的作用之下,会逐渐向主线路基的坡脚、匝道以及中央分隔带进行偏向移动,测算出范围之内的极限偏移距离,如式(1)所示:

(1)

式中:G表示极限偏移距离;k表示横向偏移范围;R表示总控受力区域;f表示坡脚覆盖范围;v表示搅拌桩数量;d表示增设数量。

根据上述测算,最终完成对极限偏移距离的测算。在该范围的限制与约束之下,进行水泥搅拌桩和承压桩的同步搭接,进一步强化路基的稳定性和安全性。

对应的偏移位置作出相应的标定。根据实际的墩柱偏移情况,划定出5个测试点位和区域,并制定对应的填筑比,如表1所示。

表1 墩柱偏移及填筑比设定表

根据表1,完成对墩柱偏移及填筑比的设定。接下来,以此为基础,对填筑的面积以及总量进行设定,同时,测定出不同环境下桥梁桩基的受力承压情况。综合地基的固结沉降变形状态,针对各个标定测试区域,融合线性变形分布理论,计算出单元变形量,如式(2)所示:

(2)

式中:T表示单元变形量;m表示定向承压区域;n表示单向偏移距离;c表示堆叠距离;i表示变形次数。

综合上述测算得出的路基单元变形量。综合地基侧向变形模型以及有限元分析技术,研究标定的复合路基填筑对桥梁桩基的影响。

首先,采用有限元软件对路基和下卧层地势进行建模分析。获取对应的数据以及信息。之后,对受力点位作出二次标记,在完成填筑之后,对路基的内置结构形变情况研究,如图2所示。

图2 桥梁桩基水平形变情况分析图

根据图2,完成对桥梁桩基水平形变情况的分析和研究。综合对应的形变量,采用有限元分析,融合经典Mohr-Coulomb理论构建弹塑性模型,测算预估出此时路基的沉降状态,分析出复合地基路基填筑对桥墩桩基的影响。通过综合地基侧向变形模型,测定出不同环境下桥梁路基的沉降情况,并对变动的物理指标进行测定采集。填筑复合地基会对桥梁桩基产生一定的力学负荷影响,主要表现为增加桩基的竖向承载力、侧向剪切力和弯矩等力学负荷。这些影响因素需要在工程实践中加以考虑,以确保桥梁基础设施的安全性和可靠性。其中,泊松比是指在材料受到拉伸时,由于材料体积不变,其横向变形与纵向变形相对应比值的物理量,即材料在受力时,沿着受力方向的收缩量与垂直受力方向的膨胀量之比。具体测定分析结果如表2所示。

表2 物理指标测定分析表

根据表2,完成对物理指标的测定与分析。以此为基础,在不同水平位移量的背景下,利用地基侧向变形预测模型再次进行复合地基路基的模拟量填筑,填筑深度分别为5.5m、8.5m、10.5m、12.5m以及14.5m。测算出桥梁桩基的位移值,如式(3)所示:

(3)

式中:T表示桥梁桩基位移值;δ表示沉降系数;R表示定向偏移距离;e表示预测次数;l表示极限承载值;μ表示变形量。

根据上述测定,完成对桥梁桩基位移值的测算。在5.5m、8.5m、10.5m、12.5m以及14.5m的5种填筑深度环境下,最终通过地基侧向变形预测模型及有限元分析测算得出的位移值分别为0.3m、0.5m、0.8m、1.1m以及1.3m。根据获取的结果,进行最终的分析研究。

3 试验结构分析及讨论

综合上述测试和分析,根据获取的数据及信息,对最终获取的结果比照研究。利用地基侧向变形预测模型和有限元分析,针对5.5m、8.5m、10.5m、12.5m以及14.5m不同复合地基路基填筑深度环境,最终得出的桥梁桩基的水平位移值也存在差异。具体如表3所示。

表3 测试结果对比分析表

根据表3,完成对测试结果的分析:针对5.5m、8.5m、10.5m、12.5m以及14.5m不同复合地基路基填筑深度环境,最终得出的桥梁桩基的水平位移值分别为0.3m、0.5m、0.8m、1.1m以及1.3m。这说明在地基侧向变形预测模型的辅助测定下,复合地基路基填筑会造成桥梁桩基的水平位移,填筑深度越大,水平位移值越大;反之,填筑深度越小,水平位移值越小,整体呈现出正向的变动关系。

4 结语

文章针对基于地基侧向变形预测模型的复合地基路基填筑对桥梁桩基的影响展开研究。与普通的填筑形式不同的是,复合地基路基填筑的覆盖范围相对更大,再加上支撑结构和辅助复合桩体的设定,进一步增加了桥梁道路的承压,桥梁桩基超负荷,容易导致塌陷、下沉甚至断裂等问题,埋下较大的安全隐患。综合地基侧向变形预测模型,测算预估出桥梁路基沉降与变形的具体数值、信息,针对性地加固,在填筑过程中确保下方桥梁路基的承压在合理范围之内,最大程度降低偏移、桥梁断裂等问题,营造更为稳定、安全的施工环境,确保工程顺利完成。