軟土區橋下路面施工對樁基的影響研究

梁廣朋

【摘? ? 要】：針對軟土地質導致路面施工對樁基產生的作用并非是以直接方式作用的特點，結合路面、土體、樁基結構之間的關系，分析了施工對樁基的作用方式，結合三維彈塑性有限元分析方法計算路面土體的間隙參數值，充分考慮土體的折減作用，對樁基應力進行的計算分析。結果表明，設計方法可以實現對路面施工狀態下樁基應力數據的準確分析，與實際檢測結果的誤差穩定在2.50 kN以內。

【關鍵詞】：軟土；路面；樁基；土體

【中圖分類號】：U443.15【文獻標志碼】：C【文章編號】：1008-3197（2023）03-15-03

【DOI編碼】：10.3969/j.issn.1008-3197.2023.03.005

Research on the Influence of Pavement Construction under Bridge in Soft Soil Area on Pile Foundation

LIANG Guangpeng

（China Construction Second Engineering Bureau Co. Ltd.， Shanghai 200000， China）

【Abstract】：Based on the particularity of soft soil geology， the effect of pavement construction on the pile foundation is not directly affected，combined with the relationship between pavement， soil and pile foundation structure， the action mode of construction on the pile foundation is analyzed， and the gap parameter value of the pavement soil is calculated with the three-dimensional elastic-plastic finite element analysis method， and the reduction effect of the soil is fully considered. Realize the calculation and analysis of pile foundation stress. The results show that the design analysis method can realize the accurate analysis of the pile foundation stress data under the pavement construction state， and the error of the actual test results is stable within 2.50 kN.

【Key words】：soft soil area; pavement; pile foundation; soil mass

路面施工時，軟土區橋下的地層結構與現有橋梁樁基是以共同作用體系形式存在的[1]，施工的目標是實現軟土區地質、樁基及施工建筑三者之間的穩定，確保其處于一種相對平衡的狀態[2]；而實際施工對周圍地層產生擾動是動態的，無論影響強度還是影響形式，其作用產生的效果都會對原有的應力平衡關系造成破壞[3]，環境的平衡狀態也發生變化。與其他類型的施工相比，軟土區橋下路面施工帶來的最直接影響就是地層結構的變化[4]；因此可以認為，路面施工對軟土區地層作用的影響是對橋梁樁基附近應力作用的直觀體現，而在巖土體物理力學性質的差異性作用下，樁基的應力狀態也會發生對應的變化[5]。

本文在分析土體及樁基之間相互作用的基礎上，對施工作用下樁基的應力情況進行分析，通過試驗驗證方法的準確性。

1 土體與樁基間作用關系

路面施工過程中，路面、土體、樁基結構是在同一個體系中共同存在的，三者之間的作用也是相互的[6]。見圖1。

路面施工對樁基的影響主要是通過3方面實現。

1）施工過程中樁基自身出現明顯下沉，同時這種下沉并未與樁基周圍土體沉降實現同步，導致樁身會受到來自周圍土體的摩阻作用，當這種作用大于樁基強度系數或超過其應力極限時，樁基在豎向方向上就會發生變形，此時樁基原本的應力平衡遭到破壞，各位置應力出現不均勻分布。

2）路面施工帶來的地層變形會在水平方向上改變樁側土體的分布，這種扭矩力作用于樁基，會使樁基產生變形。

3）當路面施工位于樁基上方時，不會引起土體的沉降，但會大大增加樁基上部端點的承載力，導致樁基整體出現沉降情況。

可以看出，路面施工對樁基的影響主要是以周圍土體為中間載體間接實現的；而在軟土區，這種作用傳遞效果也會根據土體屬性的變化而發生一定程度的改變。因此，在對軟土區橋下路面施工對樁基的影響進行分析時，需要充分考慮該部分因素。

2 路面施工對樁基的影響

2.1 施工環境基礎參數確定

路面施工的作用效果與土體的屬性參數直接相關，先分析計算軟土區的土質間隙參數及施工狀態下樁基荷載。沉降主要是由施工產生的擾動引起的，在此狀態下樁基的荷載是包含施工擾動的廣義荷載，對應的土體間隙參數也是相對于動態的。為此，本文采用三維彈塑性有限元分析方法計算路面土體的間隙參數值。

[c=w（cp+d）]? （1）

式中：c為施工狀態下路面土體的間隙參數；cp為原有平衡狀態下土體的間隙參數；d為路面施工作用下土體徑向上產生的等效三維位移距離；w為施工作用系數。

式（1）中，cp的取值與土體的構成直接相關。

[cp=γa+bk+lm] （2）

式中：[γ]為土體的飽和重度；a為土體盾殼的厚度；k為土體的彈性模量；b為泊松比；l為土體的初始孔隙比；m為土體的基礎重度。

式（1）可以表示為

[c=w（γa+bk+lm+d）] （3）

計算得到軟土區地質在路面施工狀態下的基礎參數。

2.2 樁基在施工狀態下荷載

路面施工對土層原有的平衡狀態造成破壞導致地面出現沉降現象，此時樁基的應力也會改變；實際工程中，充填穩定土質將沉降控制在一定范圍內。考慮到充填土質的差異會產生一定的折減，因此，按照表1的標準對不同土質的折減效果進行設置。

按照表1的標準，結合實際施工環境土質，樁基在施工狀態下的荷載可以表示為

[F=r（G+cf）] （4）

式中：F為樁基在施工狀態下的荷載；r為地質折減作用效果；G為重力荷載；f為施工作用強度。

需要注意的是，樁基應力隨著施工推進也會發生變化，無論是施工強度的改變還是施工的調整都會對f值產生相應的影響；因此在實際的影響分析計算過程中，f取值具有較強的針對性，以具體的施工情況為基礎取值。

3 現場試驗測試與分析

3.1 工程概況

施工區域位于某高架橋下方，樁基布置見圖2。

6個樁基均分布于承臺之下，直徑均為1.60 m，對應的承臺大小為11.0 m×6.5 m×2.5 m。樁基鋼筋籠的主筋數量共計30根，為?30 mm鋼筋；周圍外圈的螺旋箍筋型號為?8 mm，排布間距為1.0 m；最外圈的加強箍筋型號為?22 mm的加強箍筋，排布間距為2.5 m。施工位置的土體參數見表2。

在各土層分界面處設置了鋼筋應力傳感裝置，每個樁基對應4個應力傳感器，安裝位置位于樁基鋼筋籠的主筋結構上。采用具有較高智能化程度的JMZX-428鋼筋應力計采集樁基鋼筋應力，采用具有較強綜合屬性的JMZX-3001測試儀采集樁基整體應力。

3.2 測試結果

考慮到部分受施工因素的干擾是不可避免的，異常數據客觀存在；因此對數據進行篩選，在刪除不可取數據的基礎上將同一截面樁基鋼應力平均值作為判定標準。

分別統計了樁基在施工狀態下的應力變化情況以及實際檢測到的數據。見表3。

4 結語

本文設計分析方法得出的樁基應力結果與實際檢測結果之間的誤差始終穩定在2.50 kN以內，具有較高的準確性，在對6個樁基的應力分析中，最小誤差為5號樁基，誤差僅為0.91 kN。表明本文提出的分析方法可以達到準確判定軟土環境下路面施工對樁基帶來的影響。

參考文獻：

[1]王曉晶. 冷換設備和容器基礎遇軟土地基提高樁基水平承載力問題[J]. 化工管理， 2021，（36）：181-182.

[2]洪俊青，包華，周威，等. 基于m法的勁性復合樁單樁水平承載力計算方法[J]. 南通大學學報（自然科學版），2021，20（4）：78-86.

[3]苗博泉，趙旺. 某高層建筑樁基下溶洞頂板的FLAC3D數值模擬[J]. 貴州科學，2021，39（6）： 91-96.

[4]李元，段然，葉雄偉，等. 高烈度軟土區大型動臂塔式起重機基礎優化設計分析[J]. 建筑技術，2021，52（12）：1488-1490.

[5]張東豪，王維成. 長短樁基坑支護結構在深厚軟弱土層中的設計應用[J]. 建筑技術開發，2021，48（23）：158-159.

[6]張磊，周騰，芮瑞，等. 軟黏土場地樁基橋墩系統地震損傷特性的三維有限元動力分析[J]. 振動與沖擊，2021，40（23）：109-119.