车辆荷载对邻近原有桥梁基础的影响分析

车辆荷载对邻近原有桥梁基础的影响分析

吕永喜张贺锋

中交二公局第五工程有限公司陕西省西安市710065

摘要：因施工需要，需在已建成特大桥桥下中分带处作为施工便道，考虑到便道下存在较厚淤泥层，重载交通的情况下对原有桥墩会存在一定的影响，采用Plaxis软件对运土车量在不同行驶状态、不同工况、不同车辆间距下对原有的桩基桩最大变形和最大内力进行模拟分析研究。

关键词：车辆荷载；邻近桥桩；影响分析；行驶状态；Plaxis程序；

1概述

东莞长安至深圳南山高速公路（广深沿江高速公路深圳段）二期第4合同段为国际会展中心互通立交，主线为已建的广深沿江高速公路保税区特大桥。为便于施工，采用保税区特大桥桥下中分带作为施工便道。由于整个区域处于海滩，便道下存在较厚淤泥层，淤泥层厚达10余米，重载交通的情况下对原有桥墩基础可能会存在一定的影响。

本文采用Plaxis软件对运土车量在不同行驶状态、不同工况、不同车辆间距下对原有的桩基桩最大变形和最大内力进行模拟分析研究，提出合理化的车辆荷载和通行建议，同时可供其他类似工程参考。

2计算模型及模型参数

2.1计算模型

采用Plaxis程序进行计算建模。Plaxis程序是荷兰开发的岩土工程有限元软件，能够模拟复杂的工程地质条件，尤其适合于变形和稳定分析，为能够高效解决大多数岩土工程问题。

根据设计图纸并结合地勘资料，选取最不利桩位进行计算，因此，选取保税区特大桥80#墩，并引用80#墩处地勘资料。地勘显示此处地层剖面淤泥层较厚、强风化岩埋置深度较深，达到47m深，在桥下中分带道路车辆荷载作用下，邻近桥墩受力更加不利。因此，选取80#桥墩作为计算分析对象并建立模型。

图1桥梁桩基及桥下中分带道路模型示意图

2.3参数取值

（1）模型参数取值

桥下中分带便道宽6m，采用吹砂工艺先填筑中粗砂约5m厚，再在其上铺筑约50cm厚水稳层。该处土层物理力学参数见下表。模型同时建立了水稳层及中粗砂。数值模拟考虑地下水的影响，地下水位以下取浮重度；土体材料采用摩尔库伦模型]，桩身为线弹性材料，并且考虑桩-土接触面的接触-滑动-脱开。

表1土层物理力学参数

根据保税区桥墩尺寸设计表，80#桥墩桩基的桩径为1.8m，桩长为40.0m，桩底标高为-38.7m，桩顶标高为1.3m，承台顶标高为3.3m，承台尺寸为9.4m*3.0m*2.0m（长*宽*厚）。在保税区特大桥桥下承台边缘打设钢板桩，钢板桩采用规格为400×170×15.5mm的U型钢板桩，桩长12m，模型中桩基和板桩单元参数取值详见下表2中参数所示，钢板桩布设见图5和图6所示。

表2桩模型材料参数

图2保税区特大桥墩位处防护图

（2）荷载取值

广深沿江高速桥梁处于正常运营阶段，建模分析考虑桩顶荷载，结合设计图，单桩荷载取1000t，则80#桥墩两根桩合计2000t，荷载施加在承台上。计算的荷载工况为运土作业时车辆荷载，车型采用星马牌AH3312-A型自卸汽车，根据车辆不同状态得到相应车辆荷载，见下表。

表2车辆荷载取值

3运土车不同行驶状态不同工况数值模拟分析

3.1运土车静止状态不同工况

便道为双向通行，运土车可能会堵车，因此研究运土车静止荷载对邻近桥桩的影响，静载作用下主要考虑以下4种工况：

（1）前后车10m间距一边空载车一边满载；

（2）前后车10m间距两边均满载；

（3）前后车0m间距一边空载车一边满载；

（4）前后车0m间距两边均满载。

3.2运土车动力状态不同工况

为了研究运土车在桥下中分带便道运动活荷载效应，运土车考虑动力系数后对邻近桥桩的影响，工况同上。

3.3计算结果

通过分析，可统计得到车辆在不同行驶状态、不同工况、不同间距下桩身变形和内力，见下表。

表3不同运土车量不同行驶状态、工况、车辆间距桩身下桩身最大变形和最大内力结果

从上表可以看出，运土车辆在桥下中分带便道上运输时，两边满载计算结果比单侧满载单侧空载工况计算结果大，而且车辆间距越近时，计算结果越大，对邻近桥桩影响也越大。不管是在静止车辆荷载影响下，还是在考虑动力荷载效应影响下，便道上的运土车辆荷载对邻近桥桩的内力及位移影响均较小，最大的水平位移值仅2.5mm，满足工程安全要求。

4结论

（1）从有限元三维数值模拟分析可见，运输车辆在桥下中分带便道上运输时，两边满载计算结果比单侧满载单侧空载工况计算结果大，而且车辆间距越近时，对邻近桥桩产生的位移和内力影响也越大，即对邻近保税区特大桥不利影响相应增加。

（2）不管是在静止车辆荷载影响下，还是在考虑动力荷载效应影响下，在桥下中分带便道上运输车辆时，便道上的运土车辆荷载对邻近桥桩影响总体不是太大，桥桩的水平位移较小，内力也较小，满足工程安全要求。

（4）为了考虑车辆长期动荷载引起的位移累积影响，车辆通行时前后车之间尽量保持一定的安全距离，而且车辆行驶过程距离邻近桥桩尽量远些，即靠近路中间一侧行驶，以减少便道上重载行驶对原有保税区特大桥的不利影响。

（5）数值计算分析表明，在保税区特大桥既有墩位附近打设钢板桩隔离作用显著，可以在很大程度上限制土体的侧移与沉降，显著减小了对桥梁桩体的影响，因此在既有桥墩附近打设隔离钢板桩是非常必要的工程措施。

（6）对施工用重车或其他重量非常大的车辆，要分开通行，尽量不要集中于同一时间通过桥墩附近，避免荷载过大。特别强调的是，施工过程中要注意管控，防止车辆严重超载与近距离跟车。

（7）以上计算结果，可供类似工程参考。

参考文献：

[1]许剑峰.基坑工程旋喷搅拌加劲桩支护体系研究[D].上海：上海交通大学，2012.

[2]王璇.软质岩高边坡变形机理及加固方案研究[D].长沙：中南大学，2012.

[3]罗俊，金振山，杜晓伟.软土地区大直径盾构对邻近浅基础建筑物影响研究[J].施工技术，2014，43（10）：118-122.