鄰近軟基區堆載對橋梁樁基偏位的影響探討

羅旭飛

摘要 某公路橋梁項目，樁基處于軟土地基段，其鄰近堆載將導致橋梁樁基出現側向偏位，且樁身會產生附加彎矩，嚴重影響橋梁的安全性能。基于此，文章通過分析具體工程項目案例，運用有限元分析手段，根據現場實地測量樁基偏位結果，開展全面分析，得出以下結論：（1）樁基受單側堆載影響，會出現側向偏移及附加彎矩，情況加重時，樁頂區域會出現開裂破壞；（2）受到雙側堆載影響，其作用力對樁基的偏位有決定性作用；（3）雙側卸載不會明顯影響到樁基偏位，但會對緩解樁身附加彎矩有較大作用。

關鍵詞 軟土地基；鄰近堆載；樁基側向偏位；有限元分析

中圖分類號 TU472.33文獻標識碼 A文章編號 2096-8949（2023）09-0050-03

0 引言

位于軟土地基中的橋梁，常由于施工期間堆載和路基填土等問題，導致橋梁地基土發生變形，橋梁由此會出現偏位，增加橋梁的危險性。該文將針對鄰近堆載，引發橋梁樁基偏位的具體工程實例進行分析，從而對鄰近堆載安全性進行有效管控，并有效消除樁身偏位及內力的消極影響。

1 工程概況

1.1 橋梁尺寸

該橋梁上部結構為連續箱梁，由九聯預應力混凝土澆筑而成，其底部主要結構為兩柱或一柱兩樁+承臺結構，鉆孔灌注樁為基礎，樁基直徑為φ1 800 mm，樁長度在55～70 m之間，利用地基層花崗巖作為持力層，各樁之間的距離最小為4.8 m、最大為5.4 m，承臺長度7.8 m、寬度為3.0 m、厚度為1.8 m，墩柱為橢圓形。

1.2 場地地質條件

圖1顯示此場地的土層分布情況，以及地層斷面呈現的各項物力理學參數。淤泥層屬于流塑狀，質地不均勻，其中有部分腐殖物殘骸，顯水平層理，層間夾粉、細砂薄層，層厚為20～30 m；中砂層呈中密—密實狀，淤泥質黏土層以透鏡體形狀分布在里面[1]。

1.3 橋梁樁基偏移狀況

分析圖1可知，橋梁建設竣工后，其中一側共填土兩次，土高為2～3 m。橋梁的LD10#墩柱北側使用砂土堆積，高3 m，寬度約為30 m。在上述2次填土堆載及堆砂的共同作用下，橋梁樁基發生了偏位，并直接導致橋面伸縮縫處發生錯位[2]。

53 mm、70 mm、75 mm、124 mm，LD9#～LD13#偏位量依次為63 mm、13 mm、8 mm、10 mm、5 mm，LD7#墩柱上發生的樁基偏位非常明顯，偏位量等于124 mm。其中，LD5#、LD6#和LD9#墩柱也有比較明顯的偏位，其偏位量依次是70 mm、75 mm、63 mm，其他墩柱的樁基偏位比較小，砂場側的樁基偏位量最小。通過上述數據可知，橋梁受到堆載的影響，偏位比較明顯，這就需要全面研究堆載所導致的橋梁樁基偏位[3]。

2 分析步驟

該文運用平面有限元分析方法，模擬分析工程狀況，是為掌握橋梁樁基偏位受鄰近堆載的具體影響。

（1）土體本構模型屬于硬化土模型，其參數主要有主偏量加載剛度模量E50，卸載、再加載剛度模量Eur及側限壓縮剛度模量Eoed。

（2）結合軟土地區施工積累的經驗和試驗數據，該文，土體通過15節點三角形單元實現模擬。

（3）開展施工狀況計算：1）堆積土層初始地層應力，位移量為零；2）橋梁項目的樁基、承臺、橋面分別搭建計算模型，并在上部施加荷載，將位移清零；3）實行第一次填土；4）實行第二次填土及填砂；5）將第二次的填土及填砂卸除；6）將第一次填土卸除。

（4）全面分析LD7#墩基和LD11#墩基，從而具體掌握堆載對樁基偏位產生的影響，具體原因為LD7#墩基會出現最大偏位，屬于單側堆載。相比之下，LD11#墩基發生的偏位非常小，屬于雙側堆載[4]。

3 結果分析

3.1 LD7#墩基結果分析

3.1.1 單側堆載工況

針對LD7#墩基實行兩次填土，高度都是3 m，前一次的寬度為50 m左右，后一次的寬度為30 m左右。受填土堆載的影響，樁基、墩柱及箱梁都出現了水平偏移，如圖2所示；具體的樁基的內力及變形如圖3所示，其具體的內力及位移值如表2所示。

分析表2可知：①首次填土完成后，樁身在水平方向發生的位移最大為74.50 mm，在遠離堆載側的樁頂處的樁身出現的彎矩最為明顯，約為2 872.8 kN·m；②第二次填土結束，樁基樁身在水平方向發生的位移最大為138.21 mm，在遠離堆載側的樁頂處的樁身出現的彎矩也最為明顯，約為6 224.4 kN·m，樁身受填土堆載的影響，已達到其抗彎承載力[5]。所以，受填土影響，一方面墩基會出現明顯的側向位移，另一方面還會出現較大彎矩，樁身會受壓出現開裂破壞[6]。

3.1.2 卸載工況

以下內容是具體分析卸土工況，將其比較實測數據，目的是對分析結果是否準確進行驗證，相關內容如表3所示。

分析表3可知：①在填土層卸除之后，樁身偏位下降33.24 mm，其彎矩明顯變小；②當最外層填土被卸除時，樁身偏位值為60.69 mm，對比前后，樁基偏位值下降77.52 mm。由此可知，樁基受到鄰近填土的嚴重推擠，在其影響下，樁基出現明顯偏移，并出現較大彎矩，嚴重影響樁基的安全性[7]。

3.2 LD11#墩基結果分析

3.2.1 雙側堆載工況

將填土堆積到LD11#墩基周邊，土堆高約為2.8 m、寬約為50 m。將砂土堆積到墩基的另一側，其高度為3 m左右，寬度為30 m左右。

只進行填筑填土時，LD11#墩基的內力及變形如圖4所示，和LD7#樁大體一致。當填筑砂土后，樁基的偏位會有較大幅度的下降。此時，不論是填土側還是堆砂側，樁基變形曲線都會發生改變[8]。分析其原因，受砂土堆載影響，堆砂側的樁基被擠壓，變形曲線發生變化，如圖5所示。

堆砂作用對樁基的偏位有明顯的緩解效果，可是無法有效緩解樁身的附加彎矩，不但如此，還會稍微增加樁基的附加彎矩，樁身最大彎矩為4 107.6 kN·m，要小于樁身抗彎設計承載力。結合上述分析可以發現，在堆砂的作用下，樁基的偏位能得到有效緩解，當時并不一定會緩解樁基附加彎矩。

3.2.2 卸載工況

填土及砂土被同時卸載后，此時的樁身偏位值為25.36 mm，與填土及堆砂卸除前相比，樁基回位了1.47 mm。與此同時，填土和砂土堆載被卸除，樁基的附加彎矩也明顯下降，這會較大程度地影響樁基的安全性[9]。卸除砂土后，圖6表示墩基回位狀況，其中粗線表示卸載階段的墩基回位值。

通過分析圖6可知：當填土及砂土被卸除時，墩基回位并不十分明顯，這就接近于運用有限元分析方法的結果。結合上文的分析可知，同時對樁基實行堆載，樁身的側向偏位量會有部分下降，可是這種雙側堆載會對樁身彎矩產生較大影響，需要高度重視這一點[10]。

4 結論

綜上所述，該文依托工程實踐，分析了鄰近軟基區堆載，對該橋梁樁基偏位的影響，并得出了以下主要結論：

（1）樁基受到單側堆載的影響，會發生一定程度的側向偏移，使樁基的形狀呈S形變化；單側堆載作用下，樁身產生附加彎矩，若堆填荷載不斷增大時，樁頂區域受其影響，會出現開裂破壞。

（2）樁基受到雙側堆載的影響，哪一側的堆載影響力弱，樁基將會向哪一側偏移。在雙側堆載的作用下，樁基的偏位量會得到一定程度的糾正，加快實現樁基回位，但此時樁身會出現明顯的附加彎矩，這一點必須高度重視。

（3）雙側卸載不會對樁基偏位產生明顯影響，可對樁身附加彎矩有良好的緩解作用。

參考文獻

[1]楊奕. 堆載預壓法處理軟土地基的應用研究[J]. 建筑結構， 2022（S2）： 2155-2157.

[2]侯蘭新. 深厚軟土地基堆載預壓對鄰近橋梁樁基影響分析[J]. 鐵道建筑技術， 2022（6）： 140-144.

[3]吳興正. 堆載預壓下高速公路軟土地基路堤形變量預測研究[J]. 建設科技， 2021（22）： 94-96.

[4]曹文昭， 楊志銀， 蔡巧靈， 等. 軟土地基超長樁靜載試驗中樁側堆載影響分析[J]. 建筑科學與工程學報， 2021（6）： 1-10.

[5]劉巖， 劉海鵬. 堆載聯合排水板處理渣土回填地基分析[J]. 路基工程， 2021（5）： 175-179.

[6]任宗朋. 堆載預壓法在軟土地基處理中的應用及效果評價[J]. 廣東建材， 2021（2）： 38-41.

[7]黃臣瑞， 林偉斌. 真空-堆載聯合預壓法加固軟土地基的效果分析[J]. 工程建設， 2021（1）： 29-33.

[8]張宇， 李同春， 齊慧君. 軟土地基水閘底板有限元分析的樁基模擬方法[J]. 水利水電技術， 2020（6）： 65-71.

[9]梁蘭. 基于軟土地基上泵閘整體式底板的有限元分析[J]. 工程技術研究， 2019（10）： 98-100.

[10]陳秀娟. 公路橋梁施工中軟土地基施工技術的應用分析[J]. 建筑技術開發， 2022（21）： 163-165.