新建公用设施对临近市政桥梁影响的数值分析

郑　涛，蒋超越

(重庆交通大学，重庆　400074)

新建公用设施对临近市政桥梁影响的数值分析

郑涛，蒋超越

(重庆交通大学，重庆400074)

郑涛(1989—)，男，在读研究生，研究方向：桥梁检测与加固。

摘要：拟建公厕位于某立交上跨桥正下方，为保证公厕施工期间桥梁的安全，需要分析并确定其对桥墩的影响程度。文章以设计为基础，针对该工程的特点和现状，采用ABAQUS对新建公厕临近桥梁地段的施工过程进行数值模拟，定量预测施工对既有桥梁的影响程度，并提出针对性的技术保障方案，给类似施工提供参考。

关键词：新建设施；既有市政桥梁；施工影响；数值分析

0引言

随着城市建设的不断进展，市政设施在原有的设计中考虑不足，以及社会新增功能需求，需要在既有建筑旁新建市政设施。在建设中会遇到各种各样的不可避免的问题，如下穿一些建筑物，上行一些建筑物，临近既有地铁、桥梁及其他建筑物，这些问题必须克服才能在保证既有建筑物的安全下发挥新建公用设施的作用。

本文主要以某高架桥下新建公厕为例，研究新建公厕施工对临近桥梁工程的影响。研究关键为预测桥墩墩顶位移值，并针对性提出施工保证措施，减少对临近桥梁的影响。

1工程概况

1.1　工程背景

拟修建的公厕设计为一层，占地61.69 m2，内外墙结构为240 mm厚的页岩砖墙体。公厕上方为高架桥，其为3×30 m+﹙2×32+2×30)m预应力混凝土连续箱梁结构。针对公厕的修建对现状地形地貌的改变，分析其对附近的上跨桥桥墩的影响。拟修建公厕见图1。

图1　拟修建公厕剖面图

1.2　地质情况

通过参考桥梁竣工资料的地质说明，查明岩土的空间分布从上向下分布为填筑土、强风化亚粘土层、弱风化砂质泥岩层。取最不利参数作为有限元计算的参数取值，地层分布及其计算参数见表1。

表1　地层分布及计算参数表

1.3　水文情况

拟建场地地势较高，并且有一定的道路纵坡，有利于地表水和地下水的径流、排泄，沿线除有城市排水通道以外，无其他地表水体。场区内地下水主要赋存在地表松散土层及基岩浅层风化裂隙和层间裂隙中，以第四系孔隙水和浅层基岩裂隙水的形式存在。根据现场调查，场区内砂岩露头处均没有发现地下水渗出。道路沿线为Ⅲ类水环境类型，地下水对构筑物无腐蚀性。

2数值模拟分析

2.1　风险点分析

公厕的修建对该上跨桥现状的影响主要有两点，分别是：(1)公厕在修建过程中对桥墩附近的地面进行基础开挖，引起上跨桥桥墩的位移；(2)公厕在修建完成后，对桥墩附近的地面进行了大面积加载，引起上跨桥桥墩的位移。

2.2　模拟参数及荷载的确定

计算模型采用ABAQUS通用有限元软件建模，程序使用“生死”单元的方法实现基坑开挖、回填和结构物的修建。岩、土体材料的屈服条件采用Drucker-Prager屈服准则。计算范围内的岩土体及桥墩结构均采用CPE8R单元，即八结点双向二次平面应变四边形减缩积分单元进行计算。

计算荷载选取结构自重，桥墩墩顶荷载，公厕自重对地面施加竖向荷载参与计算，其中墩顶荷载取值4 989 kN，公厕自重2 231.7 kN。

计算模型的底面约束竖直方向Y方向的自由度，侧面约束侧向X方向的自由度，地表为自由面。

2.3　分析结果

根据拟建区域地质剖面，建立二维有限元计算模型，计算各个工况对桥墩的影响。并依次模拟计算，得到桥墩在以下三个工况下的结构变形和内力，并以此进行结构安全性评价。

工况一：施工前初始状态模拟(图2~4)

图2　初始状态总位移云图

图3　初始状态桥墩水平位移云图

图4　初始状态桥墩竖向位移云图

工况二：基坑开挖后状态模拟(图5~7)

图5　开挖后总位移云图

图6　开挖后桥墩水平位移云图

图7　开挖后桥墩竖向位移云图

工况三：公厕竣工后状态模拟(图8~10)

图8　公厕竣工后总位移云图

图9　公厕竣工后桥墩水平位移云图

图10　公厕竣工后桥墩竖向位移云图

由图2~10平面有限元计算结果可以总结出桥墩墩顶受公厕施工的影响而产生的位移情况(见表2)。

表2　桥墩墩顶位移汇总表(单位：mm)

从模拟分析的结果可以得出以下结论：

(1)公厕在修建过程中，引起桥墩的最大水平位移为0.073 mm，方向为3号墩向公厕方向偏移；最大竖向位移为0.005 mm，方向为3号墩竖直向上偏移。

(2)在修建完成后，引起桥墩的最大水平位移为-0.251 mm，方向为3号墩远离公厕方向偏移；最大竖向位移为-0.023 mm，方向为3号墩竖直向下偏移。

3施工及使用注意事项

结合本工程的特点，在施工及使用过程中应注意如下几点：

(1)公厕在修建期间，应对附近桥梁、桥墩及道路路面进行变形监测，发现变形过大等异常情况，应及时找出原因并处理。

(2)公厕基坑开挖回填后应注意及时夯实，以减小对桥墩的影响。

(3)公厕在施工过程中应确保附近管道等设施无侧漏，不会发生爆炸的情况。在使用过程中不渗漏。

4结语

本文针对具体的施工图纸及方案，建立了新修公厕与临近桥墩的整体模型，模拟了公厕从修建到使用的过程中对桥墩的影响，得出了该过程中桥墩的位移数值。本次分析在建立计算模型时是将墩顶当作自由端，而在实际结构中，墩顶与梁底的支座之间会有一定的摩擦约束，上部结构之间也有相互作用，如要得到更精确的位移影响，应作进一步分析。

参考文献

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[3]嵇正永.桥梁工程施工阶段的风险识别与评估研究[D].北京：北京交通大学，2009.

[4]姜余丰.地铁暗挖施工对临近桥梁影响的研究[D].北京：北方工业大学，2013.

Numerical Analysis on the Impact of New Utilities on Nearby Municipal Bridges

ZHENG Tao，JIANG Chao-yue

(Chongqing Jiaotong University，Chongqing，400074)

Abstract：The proposed public toilets is located just below the overpass of a crossroad bridge，so in order to ensure the safety of the bridge during the construction of this public toilet，it is required to ana-lyze and determine its impact on the piers.Based on the design，and regarding the characteristics and current status of this project，this article used the ABAQUS for the numerical simulation on the construc-tion process of nearby bridge areas for this new public toilet，quantitatively predicted the impact degree of construction on existing bridges，and proposed the targeted technical support programs，thereby providing the reference for similar construction.

Key Words：New facilities；Existing municipal bridges；Construction impact：Numerical analysis

收稿日期：2015-02-06

文章编号：1673-4874(2015)02-0030-04

中图分类号：U448.15

文献标识码：A

DOI：10.13282/j.cnki.wccst.2015.02.008

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