道路改擴建中擬建橋梁對既有橋梁結構的影響

(重慶市南川區公路工程質量監督檢查站 重慶 408400)

引言

近年來，我國交通事業發展迅速，道路建設及改建工程逐年增加。當前，由于城市化加劇及交通量的迅速增長，既有城市道路已無法與實際需求相匹配[1]。對于此類問題的產生，主要有兩個原因：一是在進行城市交通規劃過程中缺乏精確的預測，導致眾多城市道路交通量遠遠超過預期，；二是超載現象無法遏制，致使很多道路發生車轍、裂縫坑槽等早期病害，從而大大縮短其服務壽命[2-5]。因此，對一些不能滿足要求的既有城市道路進行改擴建勢在必行。因此，對一些不能滿足要求的既有城市道路進行改擴建勢在必行。

城市道路改擴建工程相比高速公路有很大的差異，涉及到對周圍既有構筑物的影響[6-7]。所以，合理分析、精確評估城市道路改擴建過程對既有構筑物的影響非常重要。本文以某市道路改擴建工程為依托，分析道路改擴建中擬建橋梁對既有橋梁的影響并對其結構安全進行評估。

一、工程概況

改擴建路段于2004年完工，約9.43km長，其定位為城市主干道，路幅為規范規定的38-41m，雙向5-6車道，設計時速60km/h。此次改造主要針對該路段進行拓寬處理，按規劃紅線寬度41m，雙向6車道拓寬改造，為城市主干道Ⅰ級。

道路拓寬在橋梁上進行，全長520米，擬建橋梁橋跨布置與既有橋梁相互對應設置。擬建橋梁下部結構與既有橋墩保持一致，上部結構采用現澆箱梁、預制箱梁及預制吊裝小箱梁等結構形式，單幅采用雙柱式橋墩，橋墩蓋梁為變截面預應力蓋梁，橋墩墩柱直徑為1.8 m，樁基直徑為2.0 m，如圖1所示。橋墩均采用支架現澆，樁基采用鉆孔灌注嵌巖樁，嵌入中風化巖層不小于3倍樁徑，巖石飽和單軸極限抗壓強度不小于6 Mpa。

圖1 典型橫斷面圖

二、數值計算模型及參數選擇

本文采用midas civil有限元軟件對新建和既有樁基以及計算范圍內的土體采用三維實體單元計算，樁基護壁采用三維殼體單元計算。考慮到三維模型在計算過程中的精度要求以及計算工作量偏大，所以本文在計算過程中對相關計算范圍進行了一定的約束。樁基礎橫向、縱向均沿影響范圍向外擴展25m，樁底向下擴展25m，如圖2所示。

本文計算中所涉及的荷載主要包括：結構自重、擬建樁基和既有樁基開挖過程中產生的圍巖釋放荷載、既有橋梁使用產生的地面超載(78800KN)、擬建樁基使用產生的地面超載(12660KN)。

本文計算的邊界條件設置如下：以地表為自由面，豎直方向Z方向的自由度受到計算模型的底面約束，X、Y方向的自由度由計算模型側面約束。

圖2 三維有限元模型

計算范圍內的巖層主要以土層和中風化砂巖為主。有限元計算采用的材料參數如表1 所示。

表1 計算參數選取值表

三、結果分析

(一)擬建樁基逐層開挖及澆筑對土體的影響

圖3為各個階段模擬擬建樁基逐層開挖及澆筑對土體影響云圖，由圖可知，隨著擬建樁基逐層開挖和澆筑，對周邊土體產生了一定的變形。在樁基施工開挖過程中，土體最大變形產生4.58mm，容易引起既有橋梁結構的安全問題。

擬建樁基開挖階段1 擬建樁基開挖階段2

擬建樁基開挖階段3 擬建樁基開挖階段4

擬建樁基澆筑階段

(二)擬建樁基逐層開挖及澆筑對既有橋梁基礎的影響

新建橋梁1-4號軸橋墩基礎與既有大橋4號墩基礎距離最近，樁中距約5.71m，該位置覆土較厚，約12～15m，因此，本文主要分析對既有橋4號墩基礎的影響。圖4為擬建樁基逐層開挖及澆筑對既有橋4號墩變形的影響云圖，由圖知，隨著擬建樁基逐層開挖步驟的增加，4號墩承臺首先產生較大變形，為0.911mm，隨著開挖深度的增加，4號墩最外側樁基變形逐漸增大，在第四階段開挖所引起的既有橋墩的結構變形最大，為3.28mm。擬建樁基灌注回填，使得4號墩樁基礎的變形減小，最大值為3.45mm。

擬建樁基開挖階段1 擬建樁基開挖階段2

擬建樁基開挖階段3 擬建樁基開挖階段4

擬建樁基灌注階段

將擬建樁基不同開挖步驟、樁基灌注及回填土過程對既有大橋4號墩的承臺變形及樁基底變形進行了統計，結果見表2。并繪制了新建樁基引起土體變形的范圍圖，如圖5所示。

表2 既有大橋4號墩基礎不同階段變形

圖5擬建樁基施工引起土體最大變形范圍圖

由上可知，在對擬建橋梁進行基礎開挖時，對既有大橋4號墩周邊土體形成卸載，致使既有橋梁承臺頂在水平方向的最大變形約0.3mm，豎直方向的最大變形約0.33mm；樁基在水平方向上的最大變形約0.5mm，豎直方向上的最大變形約0.34mm。

根據工程經驗可知，既有大橋4號墩承臺和樁基在擬建橋梁進行基礎開挖的過程中受到的擾動很小，基本不會對混凝土內力重分布產生影響，因此建議不采用加固防范措施，但仍注意加強監控量測。

四、結論

(1)在樁基施工開挖過程中，土體最大變形產生4.58mm，容易引起既有橋梁結構的安全問題。

(2)既有大橋4號墩承臺和樁基在擬建橋梁進行基礎開挖的過程中受到的擾動很小，基本不會對混凝土內力重分布產生影響，因此建議不采用加固防范措施，但仍注意加強監控量測。