羅宏偉

(廣東華迪工程管理有限公司，廣州 510030)

0 引 言

隨著城市基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的不斷進(jìn)行，新建設(shè)施跨越既有工程的現(xiàn)象較為常見(jiàn)。張偉光等[1]對(duì)地鐵施工過(guò)程中穿越既有建筑物的風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行分析，認(rèn)為施工過(guò)程中嚴(yán)格按要求施工，可控制對(duì)既有建筑物的影響，韓健勇等[2]采用數(shù)值模擬方法分析了深基坑開(kāi)挖對(duì)既有工程的影響；李二偉等[3]研究了臨近既有建筑物深水植樁復(fù)合圍堰施工技術(shù)，以減少對(duì)既有工程的擾動(dòng)。根據(jù)前人研究可知，雖然提前采取加固措施、控制施工質(zhì)量，可降低新工程建設(shè)對(duì)既有工程的影響，但新工程建設(shè)對(duì)既有工程產(chǎn)生的影響程度是各不相同的，針對(duì)這方面進(jìn)行研究是十分重要的。目前，針對(duì)臨近既有建筑物新工程建設(shè)的研究方法主要為數(shù)值模擬方法，采用數(shù)值模擬方法，具有建模簡(jiǎn)便，計(jì)算速度快，可模擬多種工況等優(yōu)勢(shì)[4-7]。

1 跨越方案研究

1.1 新建特大橋概況

根據(jù)大橋設(shè)計(jì)圖紙，92#-93#墩橋面結(jié)構(gòu)采用預(yù)制無(wú)砟軌道后張法預(yù)應(yīng)力混凝土簡(jiǎn)支箱梁(CRTSI型雙塊式無(wú)砟軌道，雙線；直線：70.60kN/m；曲線：80.96kN/m)。梁體混凝土強(qiáng)度等級(jí)為C50，梁長(zhǎng)為32.6m，防護(hù)墻內(nèi)側(cè)凈寬9m，橋梁寬度12.6m，橋梁建筑總寬12.9m。橋臺(tái)采用雙線矩形空心橋臺(tái)，橋墩均采用圓端形實(shí)體墩。支承墊石采用C40鋼筋混凝土，頂帽及托盤采用C35鋼筋混凝土，墩身混凝土采用C35。每個(gè)橋墩采用鉆孔灌注樁基礎(chǔ)，底部設(shè)置8根摩擦樁，樁徑1.0m，92#墩每根樁樁長(zhǎng)34m，93#墩每根樁樁長(zhǎng)31.5m。

1.2 供水工程概況

輸水箱涵采用現(xiàn)澆鋼筋混凝土雙孔矩形斷面結(jié)構(gòu)型式，單孔尺寸3.2mX4.0m(凈寬×凈高)。輸水箱涵沿線設(shè)四級(jí)檢修公路，寬度7.0m。永馬公路-西枝江泵站進(jìn)廠段檢修公路為混凝土路面，其余均為泥灰結(jié)石路面。輸水箱涵頂標(biāo)準(zhǔn)覆土厚度為1.0m，涵側(cè)及涵頂回填土料郵碎石、砂土、黏性土等組成，回填密實(shí)度≥90%。輸水箱涵標(biāo)準(zhǔn)斷面(A型)見(jiàn)圖1所示。箱涵采用C30混凝土，以10m一段進(jìn)行分縫，以銅片止水，混凝土保護(hù)層為35mm。

圖1 箱涵標(biāo)準(zhǔn)斷面

1.3 大橋承臺(tái)基坑及樁基施工方案

1.3.1 基坑施工方案

大橋基坑根據(jù)不同的地質(zhì)條件分別采用鋼板樁、開(kāi)挖放坡、開(kāi)挖放坡+錨噴防護(hù)等形式，具體防護(hù)措施見(jiàn)表1所示。根據(jù)表1，距供水箱涵最近的92#墩承臺(tái)基坑開(kāi)挖深度為3.21m，土層為：素填土及粉質(zhì)黏土層，采用放坡開(kāi)挖型式。

表1 基坑支護(hù)方案

1.3.2 樁基施工

大橋樁基共2058根，每樁長(zhǎng)17-45.5m，樁徑有Φ1.0m、Φ1.25m、Φ1.5m、Φ2.0m四種。其中Φ1.0m的1841根；Φ1.25m的99根；Φ1.5m的64根；2.0m的54根。根據(jù)地質(zhì)情況結(jié)合嵌巖深度分析，采用沖擊鉆機(jī)施工墩臺(tái)4個(gè)，旋挖鉆機(jī)施工墩臺(tái)241個(gè)。大橋跨越水源工程供水箱涵的92#、93#墩樁基直徑為1.0m，樁的類型屬摩擦樁，采用旋挖鉆機(jī)施工。

1.4 大橋與箱涵關(guān)系

淡水河特大橋以橋跨方式跨越東部供水水源工程，跨越位置大橋樁號(hào)為DK143+880-DK143+913(對(duì)應(yīng)大橋墩號(hào)為 92#-93#)。跨越位置東部供水水源工程的樁號(hào)約為 21+280(屬永馬路交叉-淡水河段輸水箱涵 19+414.372-22+664.851段)。淡水河特大橋中心線與水源工程供水箱涵中心線夾角約為 89°，大橋 92#橋墩樁基距離供水箱涵結(jié)構(gòu)邊線為 5.24m， 93#橋墩樁基距離供水箱涵結(jié)構(gòu)邊線為15.01m，兩者關(guān)系如圖2所示。

圖2 大橋與箱涵關(guān)系

2 數(shù)值模擬分析

通過(guò)三維地層結(jié)構(gòu)法分析特大橋樁基對(duì)輸水管道影響的定量分析主要從樁基施工前、后輸水管道受力變化情況來(lái)判定樁基施工的影響。建模分析按實(shí)際的施工步驟模擬，把回填土狀態(tài)作為初始狀態(tài)，于是主要施工步驟為：①供水管現(xiàn)狀(考慮樁基施工期間供水箱涵位于通水狀態(tài)，故供水管現(xiàn)狀為運(yùn)行狀態(tài))→→②承臺(tái)基坑開(kāi)挖→→③樁基開(kāi)挖及澆注→→④承臺(tái)及橋面施工→→⑤大橋運(yùn)行。

2.1 模型建立

根據(jù)相應(yīng)的地質(zhì)鉆孔資料以及施工步驟，建立有限元模型如下列圖所示(模型長(zhǎng)×寬×高為100m×50m×60m，網(wǎng)格數(shù)量為270000)。

2.2 計(jì)算工況

本次輸水箱涵結(jié)構(gòu)安全復(fù)核，主要研究淡水河特大橋樁基對(duì)箱涵結(jié)構(gòu)的影響。根據(jù)相關(guān)單位提供的施工圖設(shè)計(jì)資料：92號(hào)橋墩樁基礎(chǔ)：樁基礎(chǔ)單根灌注樁的最大豎向力為3983.1kN，共8根樁。93號(hào)橋墩樁基礎(chǔ)：樁基礎(chǔ)單根灌注樁的最大豎向力為3977.1kN，共8根樁。

荷載步1：未打樁，箱涵受自重應(yīng)力作用；

荷載步2：承臺(tái)基坑開(kāi)挖，箱涵靠92號(hào)墩側(cè)存在一定卸荷作用；

荷載步3：全部樁基開(kāi)挖及澆注，……；

荷載步4：樁基和承臺(tái)施工，……；

荷載步5：大橋投入運(yùn)行，施加樁頂設(shè)計(jì)荷載，箱涵受自重應(yīng)力及樁頂荷載對(duì)箱涵側(cè)邊土體作用。

2.3 計(jì)算結(jié)果分析

依照主要施工步驟進(jìn)行實(shí)際模擬，各個(gè)計(jì)算步驟供水箱涵變形及主應(yīng)力值見(jiàn)表2。供水箱涵整體變形見(jiàn)圖3所示。各步驟箱涵最大大主應(yīng)力(拉應(yīng)力)及最小小主應(yīng)力(壓應(yīng)力)如圖4所示(由于研究主要對(duì)象為供水箱涵，模型中未考慮橋面箱梁自身預(yù)應(yīng)力的作用，僅考慮相關(guān)結(jié)構(gòu)自重及外荷載作用)。由表3可以看出，隨著不同施工步驟，供水箱涵的變形值有一定的增加，最大變形值為3.771mm。箱涵最大大主應(yīng)力隨著不同施工步驟變化量基本穩(wěn)定，增量未超過(guò)3%，同時(shí)最大大主應(yīng)力數(shù)值也未超過(guò)箱涵混凝土C30抗拉強(qiáng)度設(shè)計(jì)值1.43MPa；箱涵最小小主應(yīng)力隨著不同施工步驟有一定的增加，最大增幅為10.78%，但最小小主應(yīng)力值未超過(guò)-0.5MPa，遠(yuǎn)小于箱涵混凝土C30抗壓強(qiáng)度設(shè)計(jì)值-14.3MPa。綜合上述分析結(jié)果，特大橋施工期及運(yùn)行期對(duì)供水箱涵的影響基本可控。

表2 地層分布表

表3 供水箱涵變形及主應(yīng)力值

(1)初始狀態(tài)

(1)初始狀態(tài)

3 結(jié) 論

以淡水河新建特大橋工程為例，采用有限元數(shù)值模擬方法分析大橋建設(shè)及運(yùn)行使用過(guò)程中對(duì)既有供水箱涵工程的影響，通過(guò)建立數(shù)值模型，分析大橋基坑開(kāi)挖、樁基施工、主體施工、建成使用等不同階段箱涵的變形和應(yīng)力。隨著施工階段的進(jìn)行，箱涵變形有所增大，最大變形值為3.771mm。箱涵應(yīng)力整體變化較小，特大橋施工期及運(yùn)行期對(duì)供水箱涵的影響基本可控。