橋下堆載對既有橋樁基受力影響及策略研究

摘要 高填方堆載對既有橋梁樁基影響較大，不合理的堆載可能誘發橋梁產生側向偏位，對既有橋梁的安全運營帶來不利影響。文章以某臨近既有橋梁的高填方堆載為例，根據場地地質情況，采用有限元軟件分析了不同地質情況下的堆載對既有橋梁的影響。結果表明，填方堆載距離橋梁越近，產生的位移增量越大；在同等距離條件下，下部地層為土質時，產生的位移增量更大。針對有限元分析結果，提出了分區填方的理念，后期監測的結果與有限元分析結果基本一致，項目的實施確保了既有橋梁安全，可為類似項目提供借鑒。

關鍵詞 非對稱堆載；橋梁樁基；數值模擬；橋梁位移

中圖分類號 U213 文獻標識碼 A 文章編號 2096-8949（2025）02-0096-03

0 引言

隨著城市邊界的不斷外拓，為便于地塊綜合利用，通常需對地塊進行場地平整，在此過程中通常會遇到臨近既有橋梁的堆載。橋梁在非對稱堆載作用下易引起樁基出現側向位移[1]，若工程建設區域存在軟土地基，橋梁樁基會因軟土地基的不均勻沉降而產生偏位[2-3]，導致樁身內力分布改變，影響橋梁結構安全。大面積堆載會使原狀土發生新的固結沉降，導致樁身產生負摩阻力，降低橋梁的安全系數，使橋梁出現開裂破壞。該文以某臨近既有橋梁的不對稱堆載為研究背景，采用數值模擬方法，模擬堆載距離、地質情況等控制條件下，新近堆載對既有橋梁的位移影響，最后提出了分區填方堆載的理念，確保了既有橋梁的運營安全。

1 工程概況

研究區既有橋梁結構為3×40 m連續箱梁，下部結構采用承臺樁基礎，單個承臺下設6根樁，樁基直徑為1.8 m，承臺厚3 m，墩柱最大高度為30 m，樁長30～40 m之間，樁基均按嵌巖樁設計，持力層為中風化砂巖及泥巖。根據既有橋梁周邊場地的平整要求，需根據周邊路網規劃高程對既有橋梁右側進行填方，填方最高約11 m，非對稱堆載較為不利。場地填方區與既有橋梁之間的典型剖面如圖1～2所示，其中圖1中的基巖埋深較淺，而圖2中的基巖埋深較大。

2 場地地質條件

根據地質鉆孔揭露，研究區原始地形為構造剝蝕丘陵地貌，坡度5°～40°，在修建既有橋梁時已對該場地進行填平，現狀地形坡度除場地邊界區域外，場地內部坡度均小于10°。場地下伏基巖為侏羅系中統新田溝組砂質泥巖及砂巖。場地內地下水主要匯聚在原始地形的溝心地帶，水位埋深基本位于巖土分界線附近，水量不大。場地巖土層物理力學參數見表1所示：

3 分析模型

3.1 模型建立及計算工況

此次分析選取場地內兩種不同的地質典型斷面，詳見圖1～2所示，后續按照1號與2號剖面進行命名。場地內新近堆載邊坡的填方最高約11 m，模型中土體采用平面應變單元，模型邊界考慮橋梁邊線以外60 m，分析橋梁周邊不對稱堆載對既有橋梁的不利影響。模型邊界條件采用側向約束及底板豎向約束、地面自由[4]，網格尺寸為1 m，計算工況分為4步，包括初始應力形成、既有橋梁修建、位移清零、此次新近堆載。

3.2 1號典型剖面分析

1號典型剖面處的基巖埋深較淺，新近堆載的填方邊坡坡腳位于既有橋梁邊線20 m處。由分析得到的單側堆載后地層位移云圖（如圖3～4所示）可知，基巖埋深較淺時，堆載區應力傳遞至下部基巖后基本消散，新近堆載產生的效應傳遞至既有橋梁橋墩有限。由圖3可知，堆載后地層的最大水平位移為向左23 mm，位于新近堆載填方邊坡的坡腳；既有橋梁最大水平位移位于墩頂，墩頂水平位移為向左0.2 mm。由圖4可知，堆載后地層產生的最大豎向位移為63 mm，位于新近堆載的填方邊坡場地中部區域，分析其豎向變形主要由新近堆載產生的附加荷載引起，既有橋梁墩頂產生的豎向位移為向下0.1 mm。由此可知，基巖埋深較淺時，新近堆載對既有橋梁的影響較為有限。

3.3 2號典型剖面分析

（1）堆載距離既有橋梁邊線20 m

2號典型剖面處基巖埋深較大，新近堆載的填方邊坡坡腳位于既有橋梁邊線20 m處。由分析得到的單側堆載后地層位移云圖（如圖5～6所示）可知，堆載區的應力傳遞范圍較大，新增位移云圖變形已擴散至既有橋梁的樁基范圍，新近堆載對既有橋梁樁基的影響較大。由圖5可知，堆載后地層的最大水平位移為向左68 mm，位于新近堆載填方的邊坡坡腳；既有橋梁的最大水平位移位于墩頂，墩頂水平位移為向左4.5 mm，橋梁樁基水平位移為向左3.6 mm。由圖6可知，堆載后地層的最大豎向位移為180 mm，位于新近堆載的填方邊坡坡頂區域，其豎向變形主要由新近堆載產生的附加荷載引起。由于堆載下方土層較厚，在堆載的附加荷載影響下，土層產生明顯的向下豎向位移，導致既有橋梁墩頂豎向向下位移0.3 mm。綜上，基巖埋深較大時，土層在新近堆載影響下產生的豎向變形較大，巖層相對較小。

（2）堆載距離既有橋梁邊線30 m為減小對既有橋梁的影響，擬將新近堆載的填方邊坡坡腳移動至既有橋梁邊線30 m處。由分析得到的單側堆載后地層位移云圖（如圖7～8所示）可知，新近堆載邊界線遠離既有橋梁后，地層產生的位移增量明顯減小。由圖7可知，堆載后地層的最大水平位移為向左55 mm，位于新近堆載的填方邊坡坡腳，既有橋梁的最大水平位移位于墩頂，墩頂水平位移為向左1.9 mm，橋梁樁基水平位移為向左1.3 mm。由圖8可看出，堆載后地層的最大豎向位移為98 mm，位于新近堆載的填方邊坡坡頂區域，此范圍填土較厚，下部土層在新近堆載的附加荷載影響下，產生向下的明顯豎向位移，既有橋梁墩頂豎向位移為向下0.1 mm。由此可知，當新近堆載遠離既有橋梁時，既有橋梁增量位移明顯變小。

3.4 場地堆載方案設計

根據分析結果可知，填方堆載距離、地質情況均對既有橋梁樁基變形產生影響，其中地質情況對既有橋梁的影響較為明顯，故地塊填方堆載應采用分區設計。針對地質情況較厚的土層段，新近堆載的填方邊坡線與既有橋梁邊線的水平距離按照30 m控制；針對基巖埋深較淺段，水平距離按照20 m控制。填方堆載建議采用豎向對稱的分層填筑，分層厚度不大于1 m，避免對既有橋梁縱向造成新偏壓，同時在分層壓實過程中應采用振動較小的機械設備。后期地塊開發時，在場地未填方區域采用架空層結構進行修建，建筑結構采用樁基礎，減小再次堆載對既有橋梁的影響。

4 現場監測

為控制新近堆載對既有橋梁的影響程度，研究區在堆載過程中采用全過程監測[5]。通過在既有橋梁墩身及墩頂位置布置監測點，通過前后兩次監測數據的矢量差對比，得到監測點的新增位移。根據現場監測結果，場地分層填筑完成后，1號剖面墩頂的水平位移為向左0.15 mm，未見明顯豎向位移，1號剖面處監測數據與有限元分析結果基本吻合。2號剖面填方堆載完成后，既有橋梁墩頂的水平位移為向左1.86 mm，墩底的水平位移為向左1.27 mm，監測數據與分析結果基本接近。

堆載完成后，對既有橋梁樁基及地表進行了完好性檢查，既有橋梁與周邊地表之間未出現明顯的開裂跡象，說明新近堆載對既有橋梁影響較小。新近堆載邊界處邊坡坡腳區域地表出現一定的擠壓變形，根據監測點位移顯示，2號剖面堆載邊界處的邊坡坡腳水平位移為40.3 mm，與分析得到的42.6 mm基本接近。這表明研究區的填土堆載對既有橋梁的影響較小，但堆載完成后的附近地表產生了一定的橫向位移，進一步驗證了數值模擬結果的合理性。

5 結論

該文基于數值模擬，結合現場實測，分析了不同方案的新增不對稱堆載對既有橋梁的位移變化規律。得到如下結論：

（1）在堆載填土自重影響下，土層厚度大時，土體產生的豎向變形較大，不對稱堆載對既有橋梁產生橫向位移且最大橫向位移位于墩頂。

（2）堆載應盡量按照場地地質條件，當地質情況較好時，可適當減小堆載與既有橋梁之間的水平距離；當地層中土層較厚時，應適當加大堆載與既有橋梁之間的水平距離，減小堆載對橋梁的影響。

參考文獻

[1]聶如松，冷伍明，律文田.軟基臺后路基填土對橋臺樁基側向影響的試驗研究[J].巖土工程學報， 2005（12）：1487-1490.

[2]范立盛.大面積堆土引起橋梁結構破壞的數值分析及影響因素的敏感性分析[D].杭州：浙江工業大學， 2017．

[3]王曉佳，張啟偉.軟土地區地面堆載對橋梁下部結構的影響分析[J].結構工程師， 2020（4）：145-150．

[4]孫劍平，唐超，王軍，等.堆載致橋梁樁基偏移機理分析與糾偏技術研究[J].建筑結構， 2020（6）：61-67+33.

[5]周平.軟土地區鐵路橋梁橋下堆載安全敏感性分析[J].世界橋梁， 2023（2）：97-103．