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隧道施工对邻近桥梁桩基变形影响及加固效果分析

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摘要:经济的发展,城镇化进程的加快,促进交通建设项目的增多。在地铁施工中,想要更好的维护周围的建筑与桥梁稳定性,应当积极探究地铁随隧道挖掘过程中,对附近建筑与乔装的影响,遵循土质迁移变化规律,在明确的桥梁迁移基础上,制定合理的下降掌控措施。现阶段,我国地铁施工急需解决的问题主要包括,明确桥梁变形的影响要素,合理掌控桥梁变形策略,保障地铁施工的安全性与合理性,推动我国交通事业的可持续发展。本文就隧道施工对邻近桥梁桩基变形影响及加固效果展开探讨。

关键词:隧道施工;邻近桥梁桩基变形;影响

引言

随着盾构施工技术的不断完善,盾构法在地铁施工中得到广泛应用。在地铁选线时,通常的做法是依路选线,这大大增大了与城市桥梁交汇的概率。因此,地铁区间隧道施工对桥梁桩基影响的研究具有十分重要的意义。

1工程概况

某城市地铁隧道工程下穿既有高架桥,由于高架桥的两个独立桩基邻近拟建隧道,因此需要考虑隧道施工对桥梁桩基的影响。图1为拟建隧道与既有桩基之间的位置示意图。已知拟建隧道外直径为6.0m,衬砌厚度为50cm,双隧道之间间距为15.0m,左右侧桩基均为10个Φ1.5m的钻孔桩构成,桩深约65m,且左右桩基与隧道最小距离均为8.5m。左右两侧拟采用20根Φ1.5m的钻孔隔离桩进行加固处理,隔离桩的桩心距取1.5m,总加固长度为30m,隔离桩距离隧道外围最近距离为2m,桩长为40m。

图1隧道与桩基位置示意图

2地铁施工与邻近桥梁的作用关系

当地铁施工邻近既有桥梁时,地铁结构、土体、桩基以及上部结构之间存在着复杂的相互作用关系。地铁施工不可避免地对土体产生扰动,引发不同程度的地层位移和变形。施工引起的地层变形传递到既有桥梁的基础上,引起桩基变形。桩基变形导致桩侧和桩端阻力发生变化,降低桩基承载力的同时造成一定程度的桩基沉降。桩基沉降和变形使上部结构产生附加应力,出现不同程度的损害,影响上部结构的安全和正常使用。

3数值建模

如图2所示,采用有限元软件PLAXIS建立数值模型图,即采用隔离桩来减小双隧道开挖对桥梁桩基影响的模型图,模型的长、宽、高分别为120m、80m和80m,隧道中心埋深约为18m,土体从上至下厚度依次为1.2m、1.8m、26m、16m和35m,模型左右、前后边界以及底部均进行位移和边界约束。计算过程中土体的本构模型均采用摩尔-库伦本构模型。衬砌采用C60混凝土,衬砌厚度取50cm,表1给出了模型从上至下的土体和支护结构的物理力学参数。

图2数值模型

4地铁盾构工程施工策略

想要实现安全防护的最终策略,不仅要依据实际情况,合理改善地铁盾构施工设备指数,还需要合理优化地铁工程施工,针对不同的施工工序,采取针对性的解决对策。地铁盾构施工策略主要包括:(1)合理应用阻隔墙,在工程施工中阻隔墙防范技术得到了广泛应用,在施工过程要求具备一定的工作空间。在地铁施工过程中,是在挖掘过程中添加阻隔墙,其目的是为防止挖掘设备对地铁邻近桥梁的威胁与影响,在桩基与隧道之间增加一道阻隔墙。在实际应用中,阻隔墙能够在地表、地下开展施工,借助密排打孔灌注桩,袖阀灌注浆等开展作用。(2)科学应用桩基托换技术,针对陈旧的桩基需要及时将其替换,将新桩基作为地铁隧道上层构造物的负荷桩,促使桩基与工程地基基底构成全新的桩基系统,两者相互协作,共同承受上层荷载力,不断完善与优化原本的地铁工程地基应力,确保将桥梁下沉掌控在合理范围内。在地铁盾构施工中常用的桩基托换技术主要包括:桩基转变层技术、张继负压板技术。(3)提升土地牢固度,土体牢固在工程安全防范策略中属于关键性步骤,提升土地牢固度技术主要包括:喷射搅拌与化学注浆。喷射搅拌是借助桩基附近土壤的硬度,提升附近土壤的健全性,全面降低地铁施工过程中对周围桥梁桩基的干扰。化学注浆,是针对土壤开展相应的化学灌浆,提升土壤的硬度与刚性,以此降低地铁施工对周围桥梁桩基的影响。

5隔离桩的加固效果分析

为了验证本工程中隔离桩的加固效果,将左右桩基在有隔离桩和无隔离桩下的桩基位移进行对比分析。设立以下10种工况,对工程中的每一步工序进行评判,如表1所示。

表1隧道结构力学参数

桩基的位移值是评判桩基安全与否的常用标准,主要包括沿桩基上部桥梁方向(称之为顺桥向,方向以向右为正)、沿垂直桥梁方向(称之为横桥向,以向隧道掘进方向为正)和沿桩基垂直方向(称之为垂直向,方向以向上为正)。如图3所示,为有、无隔离桩时各工况下桩基顶部顺桥向位移图。由图可知,对于左侧桩基,发生向右侧的倾斜,在未设隔离桩时最大顺桥向位移为1.71mm,在设隔离桩后最大顺桥向位移为0.63mm,设隔离桩之后位移减小了63.2%。对于右侧桩基,发

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