魏相榮

摘 要：路橋在變形特性方面是存在差異的，這就對(duì)行車的安全性造成了影響，因此，如何完善不同結(jié)構(gòu)物連接處的過(guò)渡段設(shè)計(jì)是工程設(shè)計(jì)者普遍關(guān)注的問(wèn)題。該文通過(guò)建立路橋過(guò)渡段三維數(shù)值分析模型，對(duì)計(jì)算結(jié)果和離心模型試驗(yàn)的結(jié)果進(jìn)行分析，對(duì)路橋變形耦合特性進(jìn)行了研究，并得出了相關(guān)結(jié)論。

關(guān)鍵詞：離心模型試驗(yàn) 路橋變形耦合特性 數(shù)值模擬 研究

中圖分類號(hào)：U443 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1674-098X（2014）08（b）-0103-01

目前，我國(guó)對(duì)于過(guò)渡性問(wèn)題的研究主要集中在動(dòng)力學(xué)分析方面，缺少對(duì)路橋變形耦合性的分析研究。過(guò)渡段路基的變形會(huì)對(duì)其剛度指標(biāo)造成直接影響，而且臺(tái)背路基變形會(huì)影響橋臺(tái)的水平位移和傾角，從而影響路橋的使用。因此，要對(duì)橋臺(tái)和路基之間的關(guān)系進(jìn)行分析，為路橋設(shè)計(jì)工作提供依據(jù)。接下來(lái)，我們就利用三維數(shù)值分析模型，對(duì)路橋的變形耦合特性和相互作用進(jìn)行研究。

1 路橋過(guò)渡段數(shù)值仿真模型的建立

（1）數(shù)值分析模型的建立。

（2）采用數(shù)值分析軟件建立的三維數(shù)值分析模型，然后利用力學(xué)計(jì)算和流體滲流模式進(jìn)行計(jì)算，對(duì)橋路的變形特性進(jìn)行分析。

（3）在橋臺(tái)樁基礎(chǔ)形式不變的情況下，對(duì)過(guò)渡段的地基樁間距進(jìn)行變動(dòng)，從而能夠發(fā)現(xiàn)過(guò)渡路橋的沉降規(guī)律。在實(shí)際工程中，直接對(duì)路基填筑時(shí)橋臺(tái)的地基沉降的規(guī)律進(jìn)行研究是比較困難的，因此，可以通過(guò)對(duì)路橋未開始沉降和地基沉降已經(jīng)完成兩種極端情況進(jìn)行研究。

（4）計(jì)算參數(shù)和材料本構(gòu)關(guān)系。

在計(jì)算過(guò)程中，要把樁作為線彈性材料，然后利用軟件中的cs_scoh和cs_sfric作為計(jì)算參數(shù)。由于過(guò)渡段的路基通常采用的是級(jí)配碎石調(diào)料，因此，路基往往具有較大的壓實(shí)度和剛度，壓縮沉降量較小。針對(duì)這種情況，可以采用彈性模型進(jìn)行模擬，橋臺(tái)同樣可以使用這種模型。

2 離心模型試驗(yàn)和數(shù)值分析結(jié)果研究

2.1 路橋同時(shí)加載下過(guò)渡段的路基沉降規(guī)律

在樁間距和時(shí)間相同的情況下，路基面的沉降度是隨與橋臺(tái)距離的增加而增加的。在不同的樁間距下，路基面的沉降度是隨著樁間距的增加而增加的。在樁間距不同的情況下，路基和橋臺(tái)的沉降縱向分布規(guī)律的實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)與計(jì)算結(jié)果是相同的，因此，此結(jié)論能夠?qū)?shí)際工程中過(guò)渡路基和橋臺(tái)固結(jié)沉降的變化特征較為準(zhǔn)確的反映出來(lái)，也可以對(duì)過(guò)渡段路基的沉降變化規(guī)律進(jìn)行合理預(yù)測(cè)。在進(jìn)行實(shí)際設(shè)計(jì)的過(guò)程中，要對(duì)過(guò)渡段地基的樁間距進(jìn)行合理選擇，盡量讓路基面的差異沉降和坡差降到最低，還要將過(guò)渡段地基樁間距對(duì)于線路平順性的影響考慮在內(nèi)。

2.2 橋臺(tái)先施工情況下過(guò)渡路基面沉降規(guī)律

在橋臺(tái)先施工情況下，隨著距離橋臺(tái)距離的增加，過(guò)渡段路基面沉降程度也在增加，達(dá)到一定距離時(shí)，過(guò)渡段路基面的沉降變化有所減小。對(duì)不同的樁間距下路基面沉降分布數(shù)據(jù)進(jìn)行分析和比較以后，可以得出結(jié)論，隨著地基處理程度的加深，不同位置的沉降是逐漸減小的，但是，各個(gè)斷面的敏感程度是不同的。一般來(lái)說(shuō)，隨著距離臺(tái)背距離的減小，過(guò)渡段路基面的沉降坡度是增加的。

2.3 路橋差異性研究

剛性橋臺(tái)和柔性路基的基礎(chǔ)設(shè)置方式是不同的，而且，橋臺(tái)與路基也存在著剛度上的差異。因此，臺(tái)背處的差異沉降通常較大，而差異沉降過(guò)大會(huì)對(duì)線路結(jié)構(gòu)的使用性能造成影響，造成線路平順性的惡化，影響車輛的運(yùn)行速度和安全性。面對(duì)這種情況，設(shè)計(jì)人員要將路橋銜接處的差異沉降值降到最低。臺(tái)背和路基交界處得差異沉降是不受路橋施工順序的影響的，而且會(huì)隨著過(guò)渡段地基樁間距的增加而變大。另外，橋臺(tái)狀態(tài)的不穩(wěn)定也會(huì)影響過(guò)渡段的路基，使橋臺(tái)發(fā)生變形，從而導(dǎo)致路基沉降的增加。因此，在設(shè)計(jì)過(guò)程中，要保證橋臺(tái)的穩(wěn)定性。

2.4 橋臺(tái)水平位移和轉(zhuǎn)角變化規(guī)律

對(duì)不同加載順序的橋臺(tái)水平位移情況進(jìn)行分析以后可以發(fā)現(xiàn)，隨著過(guò)渡段地基樁間距的不斷減小，橋臺(tái)傾斜方向也在變化，在地基樁間距達(dá)到某一特定值時(shí)，橋臺(tái)的傾斜角能夠變?yōu)? °。而且，路填土?xí)?duì)臺(tái)背產(chǎn)生水平方向的壓力，使橋臺(tái)基礎(chǔ)底面出現(xiàn)不均勻的附加應(yīng)力，臺(tái)后地基土的壓縮會(huì)在橋臺(tái)樁基處產(chǎn)生負(fù)摩擦阻力，從而使基礎(chǔ)前后出現(xiàn)傾斜。如果先進(jìn)行橋臺(tái)施工，受到臺(tái)后填土作用的影響，橋臺(tái)頂部會(huì)朝填土方向移動(dòng)，底部朝著橋跨方向移動(dòng)。橋臺(tái)傾斜度會(huì)受到地基土側(cè)向流動(dòng)的影響，地基土的水平流動(dòng)程度會(huì)隨著過(guò)渡段地基樁間距的增加而增加，土壓力對(duì)橋臺(tái)的影響會(huì)隨之減小。

2.5 過(guò)渡段地基樁間距的確定

如果橋臺(tái)樁的基礎(chǔ)形式不發(fā)生變化，那么過(guò)渡路基面中心的總沉降幅度是隨著過(guò)渡段地基的樁間距的增加而增加的。隨著過(guò)渡段路基收斂沉降值的不斷增加，橋臺(tái)水平位移和傾角也是不斷增加的，因此，如果路基收斂沉降值過(guò)大，會(huì)對(duì)橋臺(tái)的水平位移和橋臺(tái)傾角造成較大影響，從而降低線路結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。針對(duì)這種情況，在實(shí)際施工過(guò)程中，要將臺(tái)后路基的收斂沉降值增加，以提高橋臺(tái)結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。另外，路基的變形程度影響著路基的后期剛度，因此，也要控制好路基收斂變形值。

3 路橋變形耦合特性研究結(jié)論

通過(guò)三維數(shù)據(jù)分析模型對(duì)路橋變形耦合特性進(jìn)行分析后，可以得出以下結(jié)論：

第一，由于飽和松軟土地基的強(qiáng)度較低，在加載過(guò)程中會(huì)出現(xiàn)瞬間沉降，臺(tái)頂會(huì)出現(xiàn)明顯的傾斜。因此，在實(shí)際施工過(guò)程中，如果土地強(qiáng)度低，要采用堆載預(yù)壓的方式實(shí)現(xiàn)排水固結(jié)，使地基的瞬間沉降量和橋臺(tái)的傾斜度降低。

第二，隨著地基處理程度的增強(qiáng)，距離臺(tái)背不同位置處的沉降是不斷減小的，而是，各個(gè)斷面有著不同的敏感度，路基面的沉降坡度隨著距臺(tái)背距離的減小而增加。因此，要采用變樁距或者變樁長(zhǎng)法對(duì)過(guò)渡段地基進(jìn)行設(shè)計(jì)，要加強(qiáng)對(duì)靠近臺(tái)背范圍內(nèi)的沉降控制。

第三，一般來(lái)說(shuō)，在臺(tái)路的交界處會(huì)有差異沉降，而且，隨著過(guò)渡段地基樁間距的不斷增加，差異沉降值也是不斷增加的。高速鐵路要求線路具有更高的平順性，因此，施工時(shí)要在橋頭設(shè)置搭板，使路橋邊界處的臺(tái)階式跳躍沉降轉(zhuǎn)變?yōu)檫B續(xù)斜坡式沉降，這樣可以使橋頭跳車的危害大大減弱甚至消除。

第四，線路結(jié)構(gòu)會(huì)受到路基差異變形的影響，水平位移和過(guò)渡段路基的收斂沉降值大小影響著橋臺(tái)傾角和傾斜方向。因此，在進(jìn)行臺(tái)后過(guò)渡路段的設(shè)計(jì)時(shí)，要做好收斂沉降值的控制工作。

4 結(jié)語(yǔ)

路橋的變形耦合特性影響著路橋的使用狀況，對(duì)線路的平順性和行車的安全性有著直接影響，路橋過(guò)渡段路基的設(shè)計(jì)是影響路橋穩(wěn)定性的重要因素。本文在離心模型試驗(yàn)的基礎(chǔ)上，建立了路橋過(guò)渡段三維數(shù)值分析模型，對(duì)路橋變形的耦合特性進(jìn)行了研究，并得出了科學(xué)結(jié)論。建設(shè)單位在設(shè)計(jì)和施工過(guò)程中，要根據(jù)路橋變形耦合特性，確定合理的設(shè)計(jì)和施工方案，保證路橋結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。

參考文獻(xiàn)

[1] 范臻輝，張春順，肖宏彬.基于流固耦合特性的非飽和膨脹土變形仿真計(jì)算[J]. 中南大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2011（3）.

[2] 蔣關(guān)魯，王力偉，杭紅星.基于離心模型試驗(yàn)的路橋變形耦合特性數(shù)值模擬研究[J].土木工程學(xué)報(bào)，2012（8）.

[3] 徐炎兵，韋昌富，李幻，等.非飽和土滲流與變形耦合問(wèn)題的有限元分析[J].巖土力學(xué)，2009（5）.endprint