管廊下穿對(duì)既有橋梁結(jié)構(gòu)影響的數(shù)值分析

賀曉銘 黃 文 范 琨

(重慶交通大學(xué)土木工程學(xué)院 重慶 400074)

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管廊下穿對(duì)既有橋梁結(jié)構(gòu)影響的數(shù)值分析

賀曉銘 黃 文 范 琨

(重慶交通大學(xué)土木工程學(xué)院 重慶 400074)

依托某綜合管廊下穿高速公路橋梁段，運(yùn)用ANSYS軟件對(duì)綜合管廊下穿既有橋梁的橋樁位移變化進(jìn)行分析。計(jì)算結(jié)果顯示：受綜合管廊開(kāi)挖的影響，橋樁頂面最大累計(jì)豎向位移為3.24mm。數(shù)值分析結(jié)果表明綜合管廊的開(kāi)挖對(duì)橋樁影響滿足安全要求。

綜合管廊；下穿；既有橋梁；數(shù)值分析

隨著我國(guó)城市化發(fā)展，城市地下綜合管廊是消除城市建設(shè)過(guò)程中“拉鏈馬路”，“蜘蛛網(wǎng)線路”等現(xiàn)象的基礎(chǔ)性工程[1]。但多數(shù)城市在規(guī)劃方面缺乏經(jīng)驗(yàn)，導(dǎo)致在城市地下管廊建設(shè)中不可避免地對(duì)既有建筑結(jié)構(gòu)的安全造成影響[2]。綜合管廊施工會(huì)擾動(dòng)周圍土體，導(dǎo)致臨近建筑物產(chǎn)生不均勻沉降。本文運(yùn)用ANSYS軟件對(duì)綜合管廊下穿高速公路橋梁段進(jìn)行有限元模擬和計(jì)算，對(duì)管廊開(kāi)挖后橋梁橋樁頂面位移變化情況進(jìn)行具體分析。

一、工程概況

擬建綜合管廊沿道路路基中心線布設(shè)，穿過(guò)高速公路橋梁段。本方案須破除原道路部分路面，開(kāi)挖管廊溝槽，再澆筑完成管廊結(jié)構(gòu)后回填至原地面，恢復(fù)路面結(jié)構(gòu)。

綜合管廊結(jié)構(gòu)外部尺寸為5.45m×3.9m(寬×高)，頂板埋深2m，從路面需下挖約6m。開(kāi)挖前先施工3排φ108×6mm的鋼管樁，注漿加固橋梁承臺(tái)靠近管廊一側(cè)路基，鋼管樁間距0.5m，距道路邊緣0.25m。管廊溝槽開(kāi)挖由上至下逐級(jí)開(kāi)挖，逐級(jí)防護(hù)，開(kāi)挖坡率按1:0.5，坡面采用φ42×2mm的鋼花管注漿加固，坡口距外側(cè)鋼管樁0.7m。管廊溝槽每施工節(jié)段不大于3m，綜合管廊和橋梁位置見(jiàn)圖1。

圖1 綜合管廊下穿高速公路開(kāi)挖示意圖

二、數(shù)值模擬

根據(jù)圣維南原理可知，超出一定的結(jié)構(gòu)受力范圍，受力影響減弱可以忽略以提高其計(jì)算效率[3]。本工程建立三維有限元模型：40m36m20m，共劃分70026個(gè)單元，見(jiàn)圖2。整個(gè)計(jì)算模型有限元網(wǎng)格采用3種單元：其中solid45單元模擬巖體和橋樁，shell63單元模擬支擋結(jié)構(gòu)，link180模擬鋼管灌注樁。三維模型兩側(cè)采用水平對(duì)稱約束，底面約束豎向位移，前后采用對(duì)稱約束，其余采用自由邊界。

圖2 三維模型示意圖

三、工況分析與模擬

依據(jù)綜合管廊開(kāi)挖施工方案，考慮綜合管廊開(kāi)挖施工過(guò)程中對(duì)橋樁的影響，簡(jiǎn)化模擬過(guò)程，本工程模型分為三個(gè)工況：(1)綜合管廊未開(kāi)挖時(shí)。(2)綜合管廊開(kāi)挖第一步。(2)綜合管廊開(kāi)挖第二步。

(一)計(jì)算結(jié)果與分析

綜合管廊采用逐段開(kāi)挖，逐段澆筑，每次開(kāi)挖3m，分兩步開(kāi)挖。依據(jù)綜合管廊開(kāi)挖施工方案，在橋樁頂面選取參考點(diǎn)，分析其橋樁位移隨不同工況的變化情況。

圖3 綜合管廊開(kāi)挖完成后橋樁豎向位移云圖

圖4 橋樁樁頂選取點(diǎn)豎向位移累計(jì)變化圖

根據(jù)圖4可知，綜合管廊開(kāi)挖過(guò)程中，對(duì)橋樁編號(hào)為7的豎向位移產(chǎn)生最大影響，最大豎向位移累計(jì)變化值為3.2410mm，沉降程度最大位置處于橋面中間。

綜上所述，綜合管廊開(kāi)挖完成后，橋樁頂面最大累計(jì)豎向位移為3.2410mm，位移均未超過(guò)5mm。橋樁豎向累計(jì)位移遠(yuǎn)小于規(guī)范規(guī)定的沉降量控制值20mm，故高速公路橋梁處于安全范圍[4]。但管廊開(kāi)挖使橋樁產(chǎn)生不均勻沉降，使高速公路的行車舒適性和服務(wù)等級(jí)受到影響。

四、結(jié)論

通過(guò)對(duì)綜合管廊下穿高速公路設(shè)計(jì)施工方案分析，并運(yùn)用ANSYS軟件分析管廊開(kāi)挖對(duì)橋樁沉降變化影響，得出如下結(jié)論：(1)綜合管廊下穿高速公路過(guò)程中，由于開(kāi)挖對(duì)巖土體產(chǎn)生擾動(dòng)，橋樁頂面產(chǎn)生不均勻沉降，沉降峰值為3.2410mm，滿足規(guī)范對(duì)沉降要求。綜合管廊開(kāi)挖過(guò)程中，橋樁出現(xiàn)沉降，說(shuō)明管廊開(kāi)挖對(duì)既有橋梁正常運(yùn)營(yíng)有一定影響。(2)防止綜合管廊開(kāi)挖過(guò)程中橋樁的沉降位移增加，應(yīng)合理安排施工工序以及加強(qiáng)監(jiān)控量測(cè)工作，及時(shí)反饋橋樁沉降情況。

[1]李胤龍，王小飛，陳華峰，等.淺談國(guó)內(nèi)綜合管廊發(fā)展現(xiàn)狀及存在問(wèn)題[J].建筑節(jié)能,2017,4(179).179-180.

[2]陳國(guó)祥.綜合管廊施工影響下既有建筑變形控制變形[J].建筑工程技術(shù)與設(shè)計(jì),2017(1月中),385-386.

[3]謝欽方.新建公路下穿某鐵路橋梁基礎(chǔ)位移分析[J].鐵路建筑技術(shù),2013(增1),11-13.

賀曉銘(1993-)，男，漢，河南禹州，碩士研究生，重慶交通大學(xué)，地下空間方向；黃文(1993-)，男，漢，重慶，碩士研究生，重慶交通大學(xué)，巖土工程；范琨(1993-)，男，漢，安徽阜陽(yáng)，碩士研究生，重慶交通大學(xué)，地下空間方向。