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摘要：本文根据拟定的评估方案，采用有限元数值分析法模拟某新建桥穿过既有桥时，新建桥桩基开挖过程中对既有桥四个桩的安全性影响分析；分析结果表明：新桥施工完成后，距离新桥最近的两个既有桥桩基变形量沿着X、Y、Z方向变化量分别为：0.284mm、0.094mm、0.103mm以及0.486mm、0.340mm、0.426mm；新建桥采用跳桩施工法引起的应力重叠效应随着施工的不断推进，既有桥桩基土体拉应力逐渐增大，当施工完成后，土体间拉应力增加约0.049MPa，成桥后为2.19 MPa。因此，新建桥对既有桥的影响均在规范允许的安全范围内。在评估方案中提供的地勘和设计的前提下，从施工安全性、工期和经济性等方面综合考虑，本工程新建桥桩基的开挖采取跳桩开挖法是可行的。
关键词：安全性；变形量；应力重叠；跳桩开挖法引言
国家的发展促进了交通网的逐步加密以及更加严谨的理论知识和在发展中不断改进并创新施工技术。学者们通过大量研究，目前基本形成了以弹性理论法、剪切位移法、荷载传递法、变分法、有限单元法、边界单元法以及其各种组合的混合法来研究竖向荷载作用下群桩的力学特性。杨克己[1]将应力叠加考虑在内，进行了一些改进，弥补了各种方法的不足，进而得出桩在非整体破坏前提下的群桩效率式。王成[2]通过一系列实验，得出粘性土桩距与有效桩长的关系曲线以及粘性土中超长群桩的合理桩距。本文通过某新建桥桥墩不等桩间距桩基的开挖模拟开挖及加载后对某既有桥桥墩的水平位移以及沉降安全影响进行分析，结果对类似工程具有重要的参考价值。
1.工程概况
某新建桥与其与既有桥交叉而行，新建桥在既有桥两侧将各修建四个桩，并且设于地下部分的桩埋置深度为25米，桩的直径为1.8米的圆形人工挖孔桩；既有桥设于地下部分的桩埋置深度为18米，桩的直径为2.5米。新建桥与既有桥的交叉位置以及桥位平面布置图如图1所示。新建桥与既有桥桩平面关系图如图2。新桥桩孔位置距离既有桥桩的最近位置不足10米，因此，因此，新建的某新建桥桩基的施工过程可能会对既有老桥的桥墩可能产生位移影响，危及既有桥的安全；下文将通过有限元软件模拟分析新建桥桩孔开挖方案对既有桥的安全稳定性影响。
2.跳桩法开挖分析
2.1土体情况及物理力学参数
工程区及周边主要出露基岩为侏罗系上统蓬莱镇组（J3p）地层，为紫红色粉砂质泥岩、泥质粉砂岩与灰白色长石石英砂岩不等厚互层，按岩性的组合方式又可细分九层，工程区沿长江一带岸坡出露基岩主要为蓬莱镇组的第六层～第八层。
基岩由于自身岩石矿物成分、成岩条件及受自然地质营力影响不同，其风化程度有明显的差异。本次评估参数的选取相对较弱。模型参数土层物理力学性质指标以及岩体物理性质指标结合地区经验以及前期勘察资料综合取值。计算时将岩土视为各向同性的理想弹性-塑性材料，并采用Drucker-Prager屈服准则。
2.2 新建桥施工工况介绍
模型中对新建桥的桩孔开挖采用跳桩法，即对新建桥需要进行评估的桩间隔开挖，两边各有两个开挖孔开挖进尺为4米，为6个工况施工；前六个工况施工结束后，对开挖桩孔灌注后完成后再进行剩下的四个孔同时开挖，开挖进尺为4米，为7～12工况；此次模拟分析各个工况施工是否对某既有桥桩基的沉降、水平位移产生影响，以及开挖的桩孔自身的位移、孔侧壁应力是否在容许范围之内。计算过程及结果显示若超过容许范围，则停止开挖模拟，即方案不可行，需要更改方案；若在容许范围之内，则进行下一个工况；当开挖完成后仍满足要求，则对某新建桥成桥加载分析。模拟分析中坐标轴y为桩沉降，x，z表示水平面，其中x 为红星高架桥行桥方向，z为忠县长江大桥行桥方向。
2.3跳桩法开挖过程对某新建桥桩的位移、侧壁土压力分析
某新建桥桩孔开挖过程中桩孔位移及侧壁土压力在工况1～6情况下，产生的影响如下：
由图5可知，对于某新建桥桩的开挖，随着开挖深度的增加，开挖桩孔位移收敛逐渐减小（向桩心方向收敛）；未开挖时，位移收敛值最大，为13.166mm，开挖至24m时，位移收敛值为0，位移收敛值随着开挖深度的增加逐渐减小。当开挖深度小于10m以及15m～24m范围时，位移收敛值随着开挖深度的增加近似呈线性减小；在15m～24m范围内，位移收敛值减小速率小于开挖深度小于10m范围的速率。
由图6可知，对于某新建桥桩，未开挖时，地表天然土压力为54KN，是由于桩孔位置处地形为坡地，倾斜的坡传递了土压力作用。开挖深度小于4m时，桩孔侧壁土压力几乎无变化；开挖范围在4～12m、16～24m内，桩孔侧壁土压力随桩顶距离的增大近似呈线性增大；4～24m范围桩孔侧壁土压力随桩顶距离的增大整体近似呈线性增大。
2.4跳桩开挖法对既有桥桩基的安全影响分析
跳桩法分析某新建桥墩桩基的开挖工程及成桥加载后对既有桥桩基水平位移与沉降的影响。根据《城市桥梁养护技术规范》（GJJ99—2009）[3]中6.2.3第5条规定：沉降小于，水平位移小于0.5。为邻墩最小跨径长度，小于25mm时以25mm计算。新建桥桩与某既有桥桩的最小跨径为6.2m，根据规范容许沉降﹤2.490cm，容许水平位移﹤1.245cm。
（注：括号外的数据成桥后所得结果，括号里的数据为桩孔施工结束所得结果。）
由表2知：新建桥施工过程中对既有桥桩间土体应力值影响是很小的，在整个施工过程中，既有桥1、2桩间土体第3主应力值均未发生变化，1主应力逐渐增加，最终增加约0.049MPa，即当新建桥开始开挖基岩时，既有桥墩间土体拉应力逐渐增大，当施工完成后，土体间拉应力增加约0.049MPa；新建高架桥成桥后，对既有桥1、2桩间土体第1、3主应力影响明显增大，其中1主应力增加0.144MPa，3主应力增加2.19MPa，这说明新建桥成桥后，使得既有桥1、2桩间土体第1、3主应力增加，主拉应力增加0.144MPa，主压应力增加2.19MPa，但由于既有桥桩大部分处于基岩中，岩体受力均未超过其极限抗拉与极限抗压状态，经过以上数值模拟分析可以看出，高架桥桩基的开挖是安全可行的。
3、结论与展望
基于有限元在现有地勘和设计基础上模拟的评估分析从静力及施工安全性考虑，得出方跳桩法施工是有效可行的。新建桥成桥后对既有桥1号桩影响最大，位移变形X、Y、Z方向变化量为：0.486mm、0.340mm、0.426mm；既有桥2号桩位移变形量X、Y、Z方向变化量分别为：0.284mm、0.094mm、0.103mm；既有桥3号和4号桩距离新建桥墩距离较远，因此高架桥成桥后对其影响较小。应力重叠效应对既有桥的影响较为复杂，新建桥成桥后，既有桥墩间土体主拉应力值增加0.144MPa，主压应力值增加2.19MPa，因此，新建桥对既有桥的影响均在规范允许的安全范围内。在评估方案中提供的地勘和设计的前提下，从施工安全性、工期和经济性等方面综合考虑，本工程新建桥桩基的开挖采取跳桩开挖法是可行的。
由于采用人工挖孔方法开挖桩基，且上层土体为素填土和杂填土，土体性质较弱，建议做好充足的安全措施，保证人员的安全。开挖桩基与既有桩基的距离较近，考虑到地下结构存在不确定性因素，地质勘查的局限性，建议对某既有桥做好监控，随时掌控结构物的响应，为安全施工提供指导，实行动态信息化施工。
参考文献：
[1] 杨克己.实用桩基工程[M].北京：人民交通出版社，2004：25-30.
[2] 王成.桩基计算理论及实践[M].成都；西南交通大学出版社，2011：147-161.
[3]城市桥梁养护技术规范（GJJ99—2009）[M].北京：中国建筑工业出版社，2008：43.
论文作者:张洋
论文发表刊物:《基层建设》2017年第28期
论文发表时间:2017/12/28
标签：桥桩论文; 应力论文; 位移论文; 桩基论文; 建桥论文; 桥墩论文; 侧壁论文; 《基层建设》2017年第28期论文;