裙邊加固對鄰近基坑的既有橋梁結構保護效果研究

于 品

同濟大學土木工程學院，上海 200092

0 前言

當基坑鄰近有橋梁時，基坑土體開挖使得橋梁結構產生負面擾動，影響橋梁結構的正常運作。為保證基坑開挖過程中橋梁結構的安全，需采用相應的加固措施來降低基坑開挖對鄰近橋梁的擾動。楊慶年［1］、木林?。?］分別基于理論分析及數值模擬等方法分析討論了基坑開挖對鄰近橋樁變形的影響機理，章榮軍［3］、丁勇春［4］分別驗證了工程實例中降水方案優化、隔離樁、土體加固及基坑圍護體系調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對鄰近橋樁影響機理及具體工程案例中加固措施對橋樁加固效果的討論分析，針對裙邊加固加固區域變化對其加固效應影響的研究較少。本文針對裙邊加固在鄰近基坑開挖橋梁保護的應用做三維數值模擬，研究裙邊加固加固區域變化對鄰近橋梁結構加固效果的影響。

1 三維數值模型

1.1 模型建立

利用PLAXIS 3D 對鄰近橋梁結構的基坑開挖問題進行建模分析，模型示意圖如圖1。

基坑的平面尺寸為40m ×40 m，開挖深度為11 m，圍護結構采用0.8 m 厚長24 m 的地連墻?；觾戎尾捎脙蓪?00mm ×800 mm 的鋼筋混凝土支撐，分別位于距離地表2 m 及7 m 處。鄰近橋梁結構與基坑間距10 m，承臺尺寸為4 m×2.5 m×3 m，橋梁樁基為直徑500 mm、樁長為30 m的圓樁。在鄰近橋梁結構的地連墻一側設置坑底裙邊加固，加固寬度和加固深度均為6 m，加固體頂部位于基坑坑底。為消除邊界條件對計算結果的影響，模型邊界與圍護結構間距均大于4 倍開挖深度，橋梁樁基與模型邊界距離約為一倍樁基長度。

圖1 三維數值計算模型示意

1.2 參數選取

考慮到土體的小應變特性，土體本構選用HSS 模型，具體參數如表1 所示。地連墻、支撐及橋梁承臺分別采用板單元、梁單元及實體單元模擬彈性模量取3.0×107kPa，重度取25 kN/m3，泊松比為0.2。橋樁采用嵌入式梁單元模擬（彈性模量取3.0×107 kPa，重度取25 kN/m3，泊松比為0.2）?？紤]到上部橋梁結構的荷載，在承臺表面設置300 kPa 的均布面荷載。裙邊加固加固體彈性模量為200000 kPa，泊松比為0.35，黏聚力和內摩擦角分別為100 kPa 及25°。

表1 土體參數表

2 計算結果分析

2.1 裙邊加固加固深度的影響

為研究裙邊加固加固深度對其加固效果的影響規律，分別改變裙邊加固的加固深度為2 m、4 m、6 m、8 m、10 m、12 m，橋梁承臺變形及橋樁側移如圖2 及圖3 所示。當加固深度從0m 增加至6m 時，承臺變形及樁基側移的減小幅度較為明顯，加固深度的增加對于裙邊加固效果的改善有明顯促進作用。當加固深度增加至6 m 時，承臺側移及沉降變形分別減少52.25%及45.08%，橋樁側移減少27.62%。加固深度繼續增加，承臺變形及橋樁側移的減小幅度則沒那么明顯，可見坑底裙邊加固對于承臺的保護存在臨界深度（6 m，約0.55 倍基坑開挖深度），當加固深度大于臨界深度時，加固深度增加對于加固效果改善不顯著。

圖2 裙邊加固加固深度對橋梁承臺變形的影響

2.2 裙邊加固加固寬度的影響

為考慮裙邊加固加固深度對其加固效果的影響規律，分別改變裙邊加固的加固深度為2 m、4 m、6 m、8 m、10 m，對應的橋梁承臺變形及橋樁側移如圖4 及圖5 所示。

圖3 裙邊加固加固深度對橋樁側移的影響

圖4 裙邊加固加固寬度對橋梁承臺變形的影響

圖5 裙邊加固加固寬度對橋樁側移的影響

隨著加固寬度的增加，橋梁承臺變形及橋樁側移均有減弱趨勢，但其變化幅度逐漸減小。當加固寬度由8 m 增加至10 m時，承臺側移及沉降變形的控制幅度分別增加了0.226 mm 及0.188 mm，橋樁最大側移減少了0.146 mm，加固效果增強已不太明顯?？梢娍拥兹惯吋庸虒蛄簶痘谋Ｗo效果臨界寬度為8 m（約0.75 倍基坑開挖深度）。

3 結論

裙邊加固可以增強坑底土體的抵抗變形能力，對鄰近橋梁有加固作用。整體隨著加固寬度、加固深度的增加，裙邊加固對鄰近橋梁的加固效果逐漸增強。加固效果改善存在臨界值，加固寬度與加固深度臨界值分別為0.75 h 及0.55 h（h 為基坑開挖深度）。加固寬度及加固深度繼續增加對于裙邊加固的加固效果增強則不太明顯。