3.3 高架橋樁基樁端應(yīng)力分析 高架橋樁基樁端應(yīng)力變化規(guī)律如圖 5 所示。
從圖 5 中可以看出,樁基樁端應(yīng)力隨施工的進(jìn)行呈逐漸遞增趨勢(shì)。左洞右幅施工,樁基 1 的樁端應(yīng)力遞增幅度較大,遞增量可達(dá) 0.570 MPa,占整個(gè)遞增量的 57%。后繼施工中,樁基 1 樁端應(yīng)力變化幅度較小,平均每步遞增量?jī)H為 0.026 MPa,最終施工完畢后,樁基 1 樁端最大應(yīng)力為 3.620 MPa。由廣州市軌道交通五號(hào)線詳細(xì)勘測(cè)階段巖土工程參數(shù)建議值表提供的高架橋樁基樁端圍巖的承載力標(biāo)準(zhǔn)值為 3.100 MPa 可以得出:樁基 1 樁端圍巖的承載力不足,由于樁基底端位于粉砂巖中風(fēng)化層中,其巖石相對(duì)比較堅(jiān)硬,且樁基埋深較大,無法對(duì)樁基底端圍巖進(jìn)行加固處理[10,11]。因此,建議采用隧道洞內(nèi)加固和樁周土體聯(lián)合加固的方法來控制樁端應(yīng)力。樁基 2 的樁端應(yīng)力在前 5 步施工中變化較大,平均每步變化幅度為 0.103 MPa,最終狀態(tài)下的樁端應(yīng)力超過了巖石的承載力標(biāo)準(zhǔn)值,也需要采用預(yù)加固措施,才能保證樁基和上部結(jié)構(gòu)的安全。從圖 5(b)中也可以看出,樁端應(yīng)力呈對(duì)稱分布,中間大兩端小。4 人行橋樁基計(jì)算結(jié)果4.1 人行橋樁基內(nèi)力及安全系數(shù)分析人行橋樁基軸力及安全系數(shù)變化規(guī)律如圖 6 所示。
人行橋樁基軸力隨施工基本上沒有發(fā)生變化,最大軸力為-462 kN,且軸力分布為上端大下端小,受力模式為摩擦樁。人行橋樁基頂部荷載主要由樁周摩擦力來平衡,這就有必要研究樁周摩阻力隨隧道開挖過程的變化情況,以確定對(duì)既有人行橋樁基采用何種加固措施,才能確保人行天橋的安全。4.2 人行橋樁基位移分析 人行橋樁基位移變化規(guī)律如圖 7 所示。
人行橋樁基最大側(cè)向位移為 2.75 mm,且在左洞右幅施工達(dá)到最大,發(fā)生在樁頂。后繼施工中,側(cè)向位移又開始回落,最終側(cè)向位移僅為 1.00 mm,人行橋樁基發(fā)生的是整體傾斜,傾斜率為 0.14‰,左洞上半部右幅施工和左洞臨時(shí)支護(hù)拆除對(duì)人行橋樁基的縱向位移影響較大,平均每步變化幅度為5.00 mm,此施工期間發(fā)生的縱向位移占最終位移量的 65%。通過以上分析可以得出,左洞右幅施工和左洞臨時(shí)支護(hù)拆除是人行橋樁基位移變化劇烈的關(guān)鍵工序。4.3 人行橋樁基樁周土體剪應(yīng)力分析 人行橋樁基樁周土體剪應(yīng)力變化規(guī)律如圖 8 所示。
人行橋樁基樁周土體剪應(yīng)力隨施工的進(jìn)行呈遞增趨勢(shì)。左洞上半部施工,樁周土體剪應(yīng)力遞增幅度較大,平均每步遞增量可達(dá) 2.2 kPa,此施工期間的遞增量占整個(gè)遞增量的 80%多,是人行橋樁基樁周土體剪應(yīng)力遞增幅度較大的關(guān)鍵工序;最終施工完畢后,樁周土體剪應(yīng)力為 78.0 kPa。由廣州地鐵五號(hào)線詳細(xì)勘測(cè)階段巖土工程參數(shù)建議值表提供的樁周土體剪應(yīng)力標(biāo)準(zhǔn)值為 30.0 kPa,計(jì)算得出的樁周土體剪應(yīng)力均大于土體剪應(yīng)力標(biāo)準(zhǔn)值。因此,必須擴(kuò)大左洞洞周加固范圍,確保人行天橋的安全。從圖 8(b)中可以看出,樁周土體剪應(yīng)力是兩端大中間小的分布特性。5 結(jié) 論 針對(duì)廣州地鐵五號(hào)線西村站暗挖隧道的設(shè)計(jì)和施工方案,進(jìn)行了有限元數(shù)值模擬分析,論證了地鐵車站暗挖隧道施工過程中,其附近既有樁基的受力特性及位移變化規(guī)律,提出了相應(yīng)的施工關(guān)鍵工序,供設(shè)計(jì)和施工參考。由此可得出如下主要結(jié)論: (1) 在隧道施工過程中,樁側(cè)摩阻力呈負(fù)摩阻力狀態(tài),對(duì)樁基的受力非常不利,必須采用有效措施減小樁側(cè)的負(fù)摩阻力效應(yīng),提高樁體的承載能力。 (2) 高架橋樁基最薄弱的部位出現(xiàn)在底端以上10 m 處,最小安全系數(shù)僅為 4.7,與初始安全系數(shù)相比,降低了 40%,相應(yīng)的樁基承載能力就降低40%,故需注意關(guān)鍵工序的施工;樁基 1 最大軸力為-3 978 kN,同比遞增了 20%,最大彎矩為-588kN·m,遞增了 1.8 倍多;樁基 2 最大軸力為-3 906kN,同比遞增了 30%,最大彎矩為 526 kN·m,遞增了 2 倍多;中洞、左洞臨時(shí)支護(hù)拆除是高架橋樁基安全性降低的關(guān)鍵工序。 (3) 在中洞、左洞施工期間,高架橋樁基發(fā)生了整體傾斜,最大傾斜量可達(dá) 3.8 mm,右洞施工期間,側(cè)向位移雖沒有較大變化,但由整體傾斜過渡到屈曲變形,這種變形模式對(duì)樁基的受力是不利的;高架橋樁基縱向位移比較小,但兩樁基的不均勻沉降會(huì)導(dǎo)致上部結(jié)構(gòu)的應(yīng)力重分布,出現(xiàn)應(yīng)力集中現(xiàn)象,最大沉降差為 2 mm。 (4) 高架橋樁基屬于端承樁,樁端圍巖將承受絕大部分的橋梁荷載。計(jì)算結(jié)果表明,樁端圍巖承載力不足,由于樁基底端位于粉砂巖中風(fēng)化層中,其巖石相對(duì)比較堅(jiān)硬,且樁基埋深較大,無法對(duì)樁基底端圍巖進(jìn)行加固處理,建議采用隧道洞內(nèi)加固和樁周土體聯(lián)合加固的方法來控制樁端應(yīng)力。 (5) 人行橋樁基內(nèi)力變化較小,從內(nèi)力分布來看,人行橋樁基屬于摩擦樁,其上部荷載主要由樁周土體剪應(yīng)力來平衡。計(jì)算結(jié)果表明,樁周土體剪應(yīng)力標(biāo)準(zhǔn)值小于計(jì)算剪應(yīng)力。因此,在隧道施工之前,必須對(duì)人行橋樁基樁周土體進(jìn)行預(yù)加固處理。 (6) 人行橋樁基發(fā)生的是整體傾斜,傾斜率為0.14‰;人行橋樁基縱向位移較大,特別是左洞上半部右幅施工和左洞臨時(shí)支護(hù)拆除對(duì)人行橋樁基的縱向位移影響較大,為了保證人行橋樁基上部結(jié)構(gòu)的安全,需要擴(kuò)展左洞拱部洞內(nèi)加固的范圍。參考文獻(xiàn)(References):[1] 張志強(qiáng),何 川. 地鐵盾構(gòu)隧道近接樁基的施工力學(xué)行為研究[J].鐵道學(xué)報(bào),2003,25(1):92–95.(Zhang Zhiqiang,He Chuan. 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